超临界CO-水环境中杂质对二氧化碳传输管线钢腐蚀行为的影响.doc

超临界CO?2-水环境中杂?质对二氧化?碳传输管线?钢腐蚀行为?的影响 YOON-SEOK CHOI，SRDJA?N NESIC?，ANDDA?VID YOUNG? Insti?tute for Corro?sion and Multi?phase? Techn?ology?，Depar?tment? of Chemi?cal Biomo?lecul?ar Engin?eerin?g，Ohio Unive?rsity?，Athen?s，Ohio 45701?，Unite?d State?s Recei?ved Augus?t 3，2010. Revis?ed manus?cript? recei?ved Septe?mber 29，2010. Accep?ted Octob?er 22，2010. 碳钢的腐蚀?特性是由在?CO2为8? MPa，温度50℃，以O2和S?O2为杂质?的具有CO?2饱和水相?和水饱和C?O2相的高?温高压容器?中模拟碳的?2传输管线?的腐蚀来评?价的。结果显示碳?钢在CO2?饱和水溶液?中的腐蚀速?度是非常高?的，并且随着体?系中O2的?引入而提高?，因为O2对?保护性Fe?CO3膜形?成的抑制作?用。值得注意的?是腐蚀发生?在没有游离?态水存在超?临界条件下?2中。O2的加入?提高了碳钢?在水饱和C?O2中的腐?蚀速率。气相中增加?0.08MPa?的SO2就?会将碳钢的?腐蚀速率从?0.38mm/a显著提高?到5.6mm/a。如果同时加?入O2 和SO2腐?蚀速率会超?过7mm/a。SO2会促?进比碳酸亚?铁盐保护性?弱的水合亚?硫酸亚铁盐?在钢表面的?形成，并且当CO?2富集相中?O2 和SO2共?存时会进一?步氧化生成?FeSO4? 和FeOO?H。在CO2饱?和水环境中?13Cr不?锈钢腐蚀速?率比碳钢低?很多，然而在具有?O2 和SO2的?2中腐蚀速?率和碳钢一?样高。对于二氧化?碳传输从采?集设备到永?久存储设备?（1）过程，一套完整的?碳开采和存?储循环需要?安全、稳定并且经?济的方案。对于大规模?中等距离C?O2传输，碳钢管线被?认为是最经?济的方式。在规划长距?离管线时力?学性能和低?成本是重要?的考虑因素?。然而，碳钢对由于?CO2、H2O、O2 、SO2及其?它会引起腐?蚀产物形成?的成分的流?态气体环境?的腐蚀非常?敏感（2）。 eCO3的?碳钢的腐蚀?特性是由以?O2和SO?2为杂质的?具有CO2?饱和水相和?水饱和CO?2相的高温?高压容器中?模拟碳的开?的。 实验试样是?用尺寸为2?5×15×4mm的碳?钢（API 5LX65?） 图1 水富集相中?氧气和浸泡?时间对碳钢?腐蚀速率的?影响 图1显示的?是碳钢在5?0℃下，具有O2和?没有O2的?CO2饱和?水中的腐蚀?速率。碳钢在CO?2饱和水中?的腐蚀速率?非常高，而且体系中?O2（PO2=0.33MPa?）的引入在初?始阶段并没?有显著提高?腐蚀速率。然而，120小时?之后，在没有O2?的条件下腐?蚀速率从1?9.2mm/a下降到1?0.6mm/a，相应的有O?2的条件下?腐蚀速率从?19.3mm/a下降到1?4.1mm/a。SI图S2?显示的是5?0℃下有和没有?O2的条件?下水富集相?中24小时?之后腐蚀试?件表面的形?态。可以看出形?态几乎是相?同的，且表面附近?覆盖着腐蚀?产物（Fe3C）。 图2 浸泡在CO?2饱和水中?120小时?试样表面腐?蚀的SEM?照片和能谱?图：（a）没有O2，（b）有O2 图3 有和没有O?2条件下C?O2饱和水?中浸泡24?小时碳钢和?13Cr的?腐蚀速率 图3显示的?是浸泡24?小时后，在有和没有?O2的条件?下，在CO2饱?和水中碳钢?和13Cr?不锈钢腐蚀?速率的比较?。13Cr不?锈钢的腐蚀?速率（低于0.01mm/a）相对于碳钢?非常低；这与文献（14）的数据是相?符的。SI图S3?展示的是在?有O2的条?件下，水富集相中?浸泡24小?时13Cr?不锈钢表面?的SEM照?片。表面上抛光?的痕迹清晰?可见，这表明由于?13Cr不?锈钢表面钝?化膜的产生?没有发生腐?蚀破坏的迹?象。这说明13?Cr不锈钢?对于有游离?态水和O2?存在的条件?下，特别是短距?离CO2输?送管线的备?选材质。 3.2 水饱和CO?2相中的腐?蚀试验 图4 水饱和CO?2环境下浸?泡24小时?氧含量对碳?钢腐蚀速率?的影响 为研究O2?在超临界C?O2环境下?碳钢腐蚀的?影响，腐蚀实验在?50℃下CO2分?压8MPa?不同O2分?压（PO2=0.16MPa?（2%），0.33MPa?（4%）和0.51MPa?（6%））的条件下进?行。图4显示的?是碳钢在水?饱和CO2?中，不同O2含?量，