co2腐蝕機(jī)理及某氣田防腐措施大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-09-11 08:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 2 腐蝕的陰極過程，當(dāng)硫化氫濃度較高時 ,由于生成較厚的 FeS 沉積膜而減緩腐蝕。 另外 H2S 對 Cr 鋼的抗蝕性有很大的破壞作用 ， 可使其發(fā)生嚴(yán) 重的局部腐蝕 ， 甚至應(yīng)力腐蝕開裂。 不同溫度下少量 H2S 對 CO2 腐蝕速度的影響 蠟的作用 9 油氣管線中存在的蠟影響 CO2 腐蝕損害有兩種方式，加速或是減緩，其效果取決于其他操作參數(shù)，如溫度、流動狀態(tài)以及蠟層的均勻性和本質(zhì)等。 一般認(rèn)為，蠟在加速 CO2 腐蝕過程中的機(jī)理是這樣的： CO2 在蠟層中擴(kuò)散，提供了大型的陰極區(qū)，它使蠟層不連續(xù)在鋼鐵表面產(chǎn)生陽極溶解反應(yīng)，造成無蠟質(zhì)覆蓋部位的局部腐蝕。 與此相對比的實(shí)際場礦資料顯示，印度尼西亞一條長 20km、直徑 20in 的輸油管線，由于厚蠟層的沉積，在 10 年運(yùn)轉(zhuǎn)期間腐蝕幾 乎為零，而其含水量最高時為 50%，但是當(dāng)一個氣田生產(chǎn)的輕烴通過該管線時，管線內(nèi)部腐蝕開始了，通過對被腐蝕管線檢查發(fā)現(xiàn)，由于蠟層被輕烴溶解，鋼管表面暴露出來，從而導(dǎo)致了腐蝕的發(fā)生。 五、 CO2 腐蝕控制 CO2 腐蝕損害和嚴(yán)重性可通過采取一系列措施而得到減緩 ，這主要分為兩大類：一是改變碳鋼和低合金鋼的成分來增強(qiáng)它的抗腐蝕性，二是改變所處的環(huán)境從而使腐蝕減到最小 。 微合金鋼和低合金鋼 通過添加少量的合金元素能夠增加碳鋼和低合金鋼的抗腐蝕性，在這個過程中，添加的合金的種類和鋼的微結(jié)構(gòu)是很重要的。 ⑴、 鉻的作用 ： 鉻是最常用的添加到鋼里以增加其在濕 CO2 環(huán)境中的抗腐蝕性的合金元素。實(shí)踐表明，把鉻加入碳酸鐵膜里可以使它更穩(wěn)定，選擇含鉻 %的合金是較好的， 它 可以使 合金鋼具有較好的抗腐蝕性而幾乎沒有任何強(qiáng)度的損失。 ⑵、 碳的作用： 碳的效果是與碳化物狀態(tài)和碳化鐵有聯(lián)系的，碳化鐵石形成碳鋼的微觀結(jié)構(gòu)的一部分，碳化鐵有兩個效果值得強(qiáng)調(diào)： ① 、當(dāng)鐵溶解時，碳化鐵暴露在鋼表面上，會造成腐蝕速度的增加。這可以通過原電池效應(yīng)來解釋，在這個反應(yīng)中，碳化鐵作為陰極 。 ② 、碳化鐵可作為制造防腐蝕膜的結(jié)構(gòu)材料。 由于新的管線用鋼含碳量低（＜ %），所以在這種鋼里，碳化鐵的效果將變得不太重要。 ⑶、 其它合金元素的作用： 鎳經(jīng)常被加到鋼里和管線鋼的電焊條里以提高其焊接性能和焊接沉積物的韌性。已有報(bào)告指出了鎳、銅、鉬、硅和鈷等元素在 CO2 防腐方面的積極作用。 乙二醇和甲醇的作用 大量的乙二醇和甲醇常用于濕氣生產(chǎn)系統(tǒng)來預(yù)防和控制水合物的形成，以避免水合物形成堵塞問題，同時，在有足夠濃度的情況下，這兩種化學(xué)物質(zhì)都能抑制 CO2 腐蝕，通過稀釋自由水和減小已生成水相的腐蝕性對于降低 CO2 腐蝕速度是很有效的。 盡管有些運(yùn)營商確實(shí)用乙二醇來控制 CO2 腐蝕 ，但是很多人并不贊成使用它，因?yàn)橐獌?yōu)先考慮緩蝕劑，而乙二醇和甲醇并不是通常所說的添加劑。 pH 值控制 10 作為水分子的電離產(chǎn)物， H+（或與其相對應(yīng)的 OH）通常與水腐蝕動力學(xué)和水化學(xué)平衡有關(guān)。用產(chǎn)出的水的自然堿度來進(jìn)行 pH 值控制或緩沖是預(yù)測 CO2腐蝕率的一個主要方面。 在無硫天然氣傳輸管線中，如果地層水中沒有 Ca2+、 Mg2+離子的存在，將可以成功的進(jìn)行水化抑制劑的 pH 值控制，這是一種節(jié)省成本的有效的控制腐蝕的方法。 目前在天然氣管線中用于控制 pH 值的化學(xué)品主要有以下幾種： NaMBT（縮硫醇苯并噻唑鈉）用于 乙二醇中、 MDEA（甲基二乙醇胺）用于乙二醇中、Na2CO3 10H2O（碳酸鈉）用于乙二醇或甲醇中。 目前對于 pH值控制腐蝕的有效性的理解是認(rèn)為高 pH值條件下能降低碳酸鐵的溶解度極限，這樣有利于生成強(qiáng)防腐層。在現(xiàn)場的系統(tǒng)中， pH 值一般應(yīng)緩沖在 左右。 表面涂層保護(hù) 油管的表面涂層防腐，是延緩油管腐蝕的一種發(fā)展性工藝技術(shù)，涂層技術(shù)對油氣井的生產(chǎn)影響相對較小，成本低，使用方便， 因此在防腐蝕過程中應(yīng)用也很廣泛。涂層涂料大都是環(huán)氧類、改進(jìn)環(huán)氧類、環(huán)氧酚醛類、醇酸類或氯化橡膠類等系列的涂層。但這些聚合物類型的涂料，普遍都有老化問題，其使用壽命隨操作條件而異，另外在沖刷、沖擊和高溫等場合下，涂層易受破壞而脫落。再者，內(nèi)涂層的處理工藝復(fù)雜，而且表面一旦有缺陷，極易導(dǎo)致更嚴(yán)重的局部腐蝕。 緩蝕劑 緩蝕劑對油氣生產(chǎn)和輸送過程中的腐蝕控制起著重要作用，目前油氣生產(chǎn)廠家大多使用碳鋼和低合金鋼，這些材料雖比含 Cr 量高的鋼要便宜許多，但耐 CO2 腐蝕的性能很差。添加緩蝕劑可以經(jīng)濟(jì)有效地達(dá)到控制腐蝕 的目的 ， 但是緩蝕劑并不具有廣泛適用性。必須根據(jù)該地區(qū)的油 氣 田實(shí)際工礦環(huán)境選擇合適的緩蝕劑，緩釋劑對防止均勻腐蝕效果較好，但對局部腐蝕效果則作用不同。目前，國內(nèi)外現(xiàn)在研究的緩蝕劑主要有以下幾種類型：①起阻活作用的緩蝕劑，緩蝕劑分子吸附在金屬表面腐蝕反應(yīng)活性中心，增加腐蝕反應(yīng)活化能，減少活性中心的數(shù)量，使腐蝕速率降低；②起覆蓋作用的緩蝕劑，緩蝕劑分子吸附在整個材料表面，抑制整個腐蝕反應(yīng)；③改變雙電層性質(zhì)的緩蝕劑，緩蝕劑分子在金屬界面的吸附改變了雙電層的結(jié)構(gòu)和分散層電位差，從而削弱了腐蝕反應(yīng) 。 陰極保護(hù) 從理 論上說 ， 設(shè)備管線的金屬材料在 CO2 介質(zhì)中的腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕。根據(jù) CO2 腐蝕的電化學(xué)原理 ， 將發(fā)生 CO2 腐蝕的材料進(jìn)行陰極極化 ,這就是陰極保護(hù)。陰極保護(hù)可以通過外加電流法和犧牲陽極法兩種途徑來實(shí)現(xiàn)。對于管線內(nèi)腐蝕 ， 實(shí)際上很難通過陰極保護(hù)來實(shí)現(xiàn)管線的防護(hù)。 六、 某氣田 設(shè)計(jì)中采取的防腐措施 某氣田 介質(zhì)特征 11 必要的防腐措施必須針對特定的氣質(zhì)條件，因此在對 某 氣田的設(shè)計(jì)中，必須針對該氣田的介質(zhì)特征針對性的采取防腐措施。 下表列出的是 井流物性質(zhì)天然氣成分： 組分代號 組分 井流物（ mol%） N2 N2 CO2 CO2 1P nC1 2P nC2 3P nC3 4P1 iC4 4P nC4 5P1 iC5 5P nC5 6P C6 6A Benzene 7P C7 7A Toluene XF1 FRACHAR XF2 FRACHAR XF3 FRACHAR XF4 FRACHAR XF5 FRACHAR XF6 FRACHAR XF7 FRACHAR XF8 FRACHAR XF9 FRACHAR XF10 FRACHAR 12 XF11 FRACHAR 由上表及 井流物 測試可以看出 該氣田 介質(zhì)特征 ：①、 高壓 ；②、 高產(chǎn)量 ；③、氣體組分中幾乎不含 H2S； ④、 氣體組分中含有一定量的 CO2；⑤、 氣田開采中期要出水 ；⑥、 天然氣水中 Cl含量為 100677mg/L；⑦、 介質(zhì)輸送溫度為 40℃～ 80℃ 。 由于氣田幾乎不含 H2S，所以不考慮 H2S 腐蝕。 該 氣田氣體中 CO2 含量為%，分壓為 ， pH 值為 ~，氣田水 Cl含量高達(dá) 100677mg/L，因此在材料的選擇上
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