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    注蒸汽管道在CO2/O2/SO2環(huán)境中的腐蝕行為

    2022-07-27 02:56:06鄒慶廖柯熹劉昕瑜何國璽冷吉輝趙帥彭沐霖
    表面技術(shù) 2022年7期
    關(guān)鍵詞:鋼材基體形貌

    鄒慶,廖柯熹,劉昕瑜,何國璽,冷吉輝,趙帥,彭沐霖

    注蒸汽管道在CO2/O2/SO2環(huán)境中的腐蝕行為

    鄒慶1,廖柯熹1,劉昕瑜2,何國璽1,冷吉輝1,趙帥1,彭沐霖1

    (1.西南石油大學(xué) 石油與天然氣工程學(xué)院,成都 610000;2.四川菲思福石油天然氣工程有限公司,成都 610000)

    揭示45#鋼、3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中的腐蝕行為及力學(xué)性能規(guī)律,為新疆油田注蒸汽管道的安全運行提供理論支撐?;谧⒄羝艿垃F(xiàn)場運行工況,結(jié)合高溫高壓釜、結(jié)合掃描電子顯微鏡、3D顯微鏡、X射線衍射儀(XRD)等手段,進(jìn)行失重測試、產(chǎn)物表征及拉伸測試試驗。隨著溫度(100~250 ℃)升高,45#鋼、3Cr鋼的腐蝕速率呈減小的趨勢;隨著O2含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),0~3%)升高,45#鋼、3Cr鋼的腐蝕速率呈先增大后減小的趨勢,在O2含量2%~3%時腐蝕受到抑制。XRD測試結(jié)果表明45#鋼在CO2/O2/SO2體系中腐蝕產(chǎn)物主要包括FeSO4·H2O、FeCO3、Fe2O3,3Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物主要有Cr2O3、FeSO4·H2O、FeCO3、Fe2O3。3D顯微鏡結(jié)果顯示45#鋼基體表面存在較為明顯的局部腐蝕缺陷,3Cr鋼未出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象;力學(xué)性能結(jié)果顯示45#鋼腐蝕后抗拉強度減小1.36%,延伸率減小6.85%,3Cr鋼腐蝕后抗拉強度減小0.39%,延伸率減小21.34%。在高溫高壓CO2/O2/SO2環(huán)境中,SO2在腐蝕過程中占據(jù)主導(dǎo)地位;高溫(100~250 ℃)下腐蝕產(chǎn)物膜致密,抑制腐蝕;O2參與陰極反應(yīng),在低濃度氧(0~2%)時腐蝕產(chǎn)物膜被破壞從而促進(jìn)腐蝕,高濃度氧(2%~3%)時鋼材基體鈍化抑制腐蝕;腐蝕后鋼材力學(xué)性能退化,腐蝕對鋼材延伸率影響較大,對抗拉強度影響較小。

    CO2/O2/SO2體系;高溫高壓;腐蝕行為;溫度;O2含量;力學(xué)性能

    注蒸汽管道是油氣田開采系統(tǒng)的重要組成部分[1]。在新疆油田注蒸汽管道中,輸送介質(zhì)常含有CO2、SO2酸性氣體和O2強氧化性氣體,致使管道發(fā)生嚴(yán)重腐蝕[2-3]。

    在CO2/O2體系中,溫度一直是許多學(xué)者研究的重點。朱春明等[4]研究發(fā)現(xiàn)3Cr鋼的腐蝕速率隨溫度(60~100 ℃)的升高而增加。Luo等[5]研究表明在較低溫度(<140 ℃)時,X52、3Cr、13Cr腐蝕速率隨著溫度升高而增大。王秀民[6]發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度升至150~250 ℃時,N80和P110鋼的腐蝕速率降低。孫永濤等[7-9]研究P110鋼和N80鋼在40~280 ℃時,腐蝕速率在60 ℃和180 ℃附近存在極大值現(xiàn)象。分壓比對腐蝕影響較為明顯。黃天杰等[10]發(fā)現(xiàn)CO2和O2分壓比增大(6~3 000),N80鋼材主要為CO2腐蝕,腐蝕膜主要為FeCO3晶體結(jié)構(gòu),含有少量的Fe2O3。腐蝕產(chǎn)物膜在腐蝕過程中尤為重要。Zhao等[11]研究發(fā)現(xiàn)腐蝕過程中產(chǎn)生的氣體會從內(nèi)部沖破腐蝕產(chǎn)物膜,促進(jìn)腐蝕。Lin等[12]發(fā)現(xiàn)溶解氧會在局部區(qū)域生成Fe(OH)3,破壞3Cr鋼腐蝕產(chǎn)物膜完整性,導(dǎo)致Cr元素分布不均勻,促進(jìn)點蝕的發(fā)生。Hua等[13]研究O2含量對X65鋼在超臨界CO2環(huán)境中的腐蝕行為時發(fā)現(xiàn),O2含量由0增加到10–3時,X65鋼均勻腐蝕速率降低,局部腐蝕程度增大,原因在于O2抑制了FeCO3膜的形成,并生成了Fe2O3。

    在CO2/O2/SO2體系中,劉慧楓[14]發(fā)現(xiàn)SO2主導(dǎo)腐蝕進(jìn)程,同時O2與SO2的交互作用促進(jìn)了H2SO4的形成,腐蝕速率增大。Wang等[15]在水飽和超臨界CO2中,發(fā)現(xiàn)O2和SO2協(xié)同作用對腐蝕速率影響取決于雜質(zhì)的濃度變化。Xiang等[16]基于CO2腐蝕模型和大氣腐蝕模型,建立了適用于超臨界CO2–SO2–O2– H2O管道腐蝕的力學(xué)模型,該模型揭示了影響因素對超臨界CO2–SO2–O2–H2O中管道鋼腐蝕速率的影響機理。Xu等[17]發(fā)現(xiàn)在含SO2、O2、H2O雜質(zhì)的超臨界CO2環(huán)境中,相對濕度的影響大于初始表面粗糙度的影響,當(dāng)相對濕度處于50%~100%時,鋼材表面出現(xiàn)局部腐蝕,當(dāng)相對濕度為45%時,腐蝕形式為均勻腐蝕。此外,腐蝕環(huán)境中鋼材的力學(xué)性能會發(fā)生變化,目前部分學(xué)者[18-20]針對鋼材在腐蝕前后的力學(xué)性能變化進(jìn)行了測試,影響規(guī)律存在一定的爭議。

    綜上所述,目前學(xué)者針對CO2/O2環(huán)境中的腐蝕規(guī)律及腐蝕機理進(jìn)行了大量研究,但是高溫蒸汽CO2/O2/SO2環(huán)境中溫度、O2含量變化對腐蝕的影響卻很少報導(dǎo),而新疆油田注蒸汽管道運行溫度及O2含量范圍較大,造成嚴(yán)重的腐蝕。因此,本文采用高溫高壓反應(yīng)釜、產(chǎn)物表征技術(shù)和拉伸測試手段,揭示了溫度和O2對45#鋼和3Cr鋼在高溫CO2/O2/SO2體系中的影響規(guī)律,為新疆油田安全開采提供一定的理論支撐。

    1 試驗

    1.1 材料

    試樣采用45#鋼和3Cr鋼,其化學(xué)組成如表1所示。45#鋼、3Cr鋼的金相顯微組織如圖1所示,45#鋼主要含有鐵素體和馬氏體,3Cr鋼主要含鐵素體、馬氏體和奧氏體。

    表1 45#鋼及3Cr鋼的化學(xué)組成

    Tab.1 The chemical composition of 45# and 3Cr steel wt.%

    失重試樣規(guī)格為50 mm×10 mm×3 mm,試驗前采用400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#、3000#砂紙對試樣進(jìn)行逐級打磨,使表面趨于均勻光滑。后用石油醚浸泡30 min,無水乙醇中浸泡清洗5 min,去除試樣表面油脂,置于氮氣流中干燥。干燥后采用電子分析天平(精度0.1 mg)稱量。每組試驗6個試樣,3個用于均勻腐蝕速率測試,另3個分別用于腐蝕產(chǎn)物微觀形貌表征、3D顯微鏡測試、X射線衍射儀測試。拉伸試樣規(guī)格要求見ISO 6892-1—2019《金屬材料拉伸試驗第1部分:室溫下的試驗方法》,如圖2所示,每組試驗設(shè)置3個平行試樣。腐蝕試驗溶液介質(zhì)采用模擬地層水,其配制如表2所示,模擬采出地層水的pH為7。

    圖2 拉伸測試試樣尺寸圖

    表2 配制模擬地層水藥劑用量

    Tab.2 Configure the dosage of the simulated formation water agent mg/L

    1.2 方案

    方案如表3所示,失重試驗在高溫高壓反應(yīng)釜(5 L)中進(jìn)行。配制1 L模擬地層水倒入釜(5 L)中,將試樣安裝到支架上,放入反應(yīng)釜,整個試驗過程在氣相環(huán)境中進(jìn)行;通氮氣2 h除去釜內(nèi)空氣,根據(jù)試驗方案,設(shè)置試驗溫度;待釜內(nèi)溫度穩(wěn)定后,按照各氣質(zhì)分壓依次通入SO2、O2、CO2,最后通入氮氣升壓至7.8 MPa,試驗周期為5 d。試驗結(jié)束時,用NaOH溶液處理廢氣,避免環(huán)境污染。

    表3 高溫高壓反應(yīng)釜試驗方案

    Tab.3 High temperature and pressure autoclave schem

    1.3 腐蝕速率計算

    試驗5 d后,將試樣取出放置去膜液中,置于超聲波機中超聲清洗10 min。去膜液采用500 mL濃鹽酸+3.5 g六次甲基四胺加入蒸餾水配制成1 L[21]。將去膜后的試樣用蒸餾水清洗,后置于無水乙醇中超聲清洗10 min。將清洗后試樣置于氮氣流中干燥。干燥后稱量。

    均勻腐蝕速率計算采用式(1)所示[22]。根據(jù)試樣腐蝕速率大小判斷腐蝕程度,如表4所示[23]。

    式中:corr為試樣腐蝕速率值(mm/a);1為試樣腐蝕前質(zhì)量(g);2為試樣腐蝕后質(zhì)量(g);為試樣腐蝕反應(yīng)時間(h);為試樣鋼材的密度(g/cm3);為試樣的表面積(cm2)。

    將去膜后的試樣進(jìn)行3D顯微鏡測試,觀察基體形貌及最大腐蝕缺陷深度,計算局部腐蝕速率,如式(2)所示[24]。

    式中:L為局部腐蝕速率值(mm/a);為最大點蝕深度(μm);為腐蝕時間(d)。

    表4 NACE RP-0775標(biāo)準(zhǔn)對均勻腐蝕速率程度的評判

    Tab.4 Evaluation of NACE RP-0775 standard on the degree of uniform corrosion rate

    1.4 腐蝕產(chǎn)物表征

    采用掃描電子顯微鏡(FEI Quanta 650 FEG)觀察腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)。采用X射線衍射儀(X Pert PRO MPD)研究腐蝕產(chǎn)物成分。采用3D顯微鏡(Bruker GT光學(xué)輪廓鏡)觀察腐蝕后試樣基體形貌及最大腐蝕缺陷深度。

    1.5 材料力學(xué)性能測試

    選取腐蝕最嚴(yán)重工況,進(jìn)行拉伸試樣的高溫高壓反應(yīng)釜試驗,5 d后取出,對腐蝕前后試樣分別進(jìn)行力學(xué)性能測試。拉伸試驗采用MTS-810拉伸試驗機,抗拉強度、延伸率測試按照ISO 6892-1—2019《金屬材料拉伸試驗第1部分:室溫下的試驗方法》進(jìn)行[25]。

    2 結(jié)果

    2.1 均勻腐蝕速率

    2.1.1 不同溫度條件下的均勻腐蝕速率

    45#鋼、3Cr鋼在CO2/O2/SO2體系中不同溫度條件下,總壓7.8 MPa,氣質(zhì)組分(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),全文同)3% O2+7% CO2+0.005% SO2,均勻腐蝕速率值如圖3所示。45#鋼在250 ℃時腐蝕程度屬于中度腐蝕,200 ℃時屬于嚴(yán)重腐蝕,100~150 ℃時屬于極嚴(yán)重腐蝕;3Cr鋼在200~250 ℃時腐蝕程度屬于中度腐蝕,100~150 ℃時屬于極嚴(yán)重腐蝕。隨著溫度升高,45#鋼、3Cr鋼腐蝕速率均呈減小趨勢。從100 ℃升高至200 ℃時,兩種鋼材腐蝕速率顯著減小,而從200 ℃升高至250 ℃時,腐蝕速率減小趨勢均變緩。王秀民[26]研究N80和P110鋼在高溫高壓蒸汽中的腐蝕行為時,發(fā)現(xiàn)腐蝕速率隨著溫度升高(150~250 ℃)而降低;當(dāng)溫度在150 ℃左右時,腐蝕產(chǎn)物膜厚而疏松,晶粒粗大,產(chǎn)物膜對基體的保護(hù)性較差,腐蝕嚴(yán)重;當(dāng)溫度在150 ℃以上時,F(xiàn)eCO3腐蝕產(chǎn)物膜致密不易脫落,產(chǎn)物膜對基體有良好的保護(hù)性。

    2.1.2 不同O2含量條件下的均勻腐蝕速率

    45#鋼、3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中不同O2含量條件下(總壓7.8 MPa,溫度100 ℃,氣質(zhì)組分7% CO2+0.005% SO2)的腐蝕速率如圖4所示。45#鋼、3Cr鋼在O2含量為0、1%、3%時的腐蝕程度均屬于極嚴(yán)重腐蝕。45#鋼、3Cr鋼的腐蝕速率均隨著O2含量升高呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)O2含量從2%升至3%時,腐蝕受到抑制,腐蝕速率減小,這與Wang等[15]的研究結(jié)果相同。Wang發(fā)現(xiàn)X65鋼在超臨界CO2/O2/SO2環(huán)境中,O2含量從0升至0.02%時,腐蝕速率增大,而0.02%增至0.1%時,腐蝕受到抑制。原因是低濃度O2時腐蝕產(chǎn)物膜被破壞,促進(jìn)腐蝕,而高濃度O2時,鋼材基體發(fā)生鈍化,形成鈍化膜,抑制腐蝕。

    2.2 腐蝕產(chǎn)物微觀形貌

    2.2.1 45#鋼的腐蝕產(chǎn)物微觀形貌

    圖5顯示了45#鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況(7.8 MPa,100 ℃,3% O2+7% CO2+ 0.005% SO2)下的腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)。由圖5a可知,鋼材基體上有較多腐蝕產(chǎn)物堆積,局部區(qū)域出現(xiàn)破損。破損區(qū)域產(chǎn)物結(jié)構(gòu)松散,保護(hù)較差。從破損區(qū)域500×、2 000×圖像發(fā)現(xiàn),表層產(chǎn)物呈片狀堆積,底部為結(jié)構(gòu)致密的塊狀物質(zhì)。選取圖5c中2種典型產(chǎn)物形貌進(jìn)行EDS分析,結(jié)果如圖5d、表5所示。A區(qū)域塊狀物質(zhì)主要有C、O、Fe元素,C、O原子比約為1∶3,這與Zhao等[11]的結(jié)果一致,推測為FeCO3;B區(qū)域片狀物質(zhì)主要含C、O、Fe元素,原子比無明顯規(guī)律,可能為Fe2O3、FeCO3的混合物。此外,A、B區(qū)域都含有少量S元素,推測可能來自SO2腐蝕 產(chǎn)物。

    圖3 不同溫度條件下的均勻腐蝕速率

    圖4 不同O2含量條件下的腐蝕速率

    圖5 45#鋼的腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)及EDS測試結(jié)果

    表5 45#鋼腐蝕產(chǎn)物元素組成比例

    Tab.5 Elemental composition ratio of 45# steel corrosion products

    2.2.2 3Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物微觀形貌

    圖6顯示了3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況(7.8 MPa,100 ℃,3% O2+7% CO2+0.005% SO2)下的腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)。由圖6a可知,3Cr鋼腐蝕產(chǎn)物緊密堆積在鋼材基體上,較45#鋼產(chǎn)物明顯減少。500×、2 000×下觀察結(jié)果如圖6b—c所示,產(chǎn)物整體結(jié)構(gòu)致密,無明顯的局部腐蝕現(xiàn)象;產(chǎn)物底部主要呈現(xiàn)塊狀,表面為顆粒狀產(chǎn)物堆積。選取圖6c中2種典型產(chǎn)物形貌進(jìn)行EDS分析,結(jié)果如圖6d、表6所示。C、D區(qū)域腐蝕產(chǎn)物均含C、O、Fe元素,對應(yīng)原子比例相似。此外,D區(qū)域中腐蝕產(chǎn)物含有少量的Cr,可能是由于基體中的Cr參與腐蝕反應(yīng),而在C區(qū)域中并未檢測到Cr元素,說明該區(qū)域物質(zhì)可能不含Cr的腐蝕產(chǎn)物。

    圖6 3Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)及EDS測試結(jié)果

    表6 3Cr鋼腐蝕產(chǎn)物元素組成比例

    Tab.6 Elemental composition ratio of 3Cr steel corrosion products

    2.3 基體形貌

    2.3.1 45#鋼的基體形貌

    45#鋼在高溫CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況(7.8 MPa,100 ℃,3% O2+7% CO2+0.005% SO2)下的基體形貌測試結(jié)果如圖7所示,發(fā)現(xiàn)基體表面存在較為明顯的局部腐蝕缺陷,對應(yīng)最大腐蝕缺陷深度為20.180 2 μm,結(jié)合公式(2)局部腐蝕速率值為1.46 mm/a。

    圖7 45#鋼去除腐蝕產(chǎn)物后基體形貌

    2.3.2 3Cr鋼的基體形貌

    3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況(7.8 MPa,100 ℃,3% O2+7% CO2+0.005% SO2)下基體形貌測試結(jié)果如圖8所示,基體形貌整體接近均勻腐蝕,無明顯局部腐蝕缺陷,最大腐蝕坑深度及局部腐蝕速率明顯小于45#鋼,最大腐蝕缺陷深度為5.376 6 μm,局部腐蝕速率值為0.392 5 mm/a。

    圖8 3Cr鋼去除腐蝕產(chǎn)物后基體形貌

    2.4 腐蝕產(chǎn)物成分

    45#鋼、3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況(7.8 MPa,100 ℃,3% O2+7% CO2+ 0.005% SO2)下的腐蝕產(chǎn)物成分如圖9所示。45#鋼腐蝕產(chǎn)物主要有FeCO3、Fe2O3、FeSO4·H2O;3Cr鋼腐蝕產(chǎn)物主要有FeCO3、Fe2O3、FeSO4·H2O、Cr2O3。

    圖9 腐蝕產(chǎn)物成分

    2.5 力學(xué)性能測試

    2.5.1 45#鋼力學(xué)性能測試結(jié)果

    45#鋼在腐蝕最嚴(yán)重工況(7.8 MPa,100 ℃,3% O2+7% CO2+0.005% SO2)下拉伸測試宏觀形貌如圖10所示。鋼材腐蝕后表面有黑色腐蝕產(chǎn)物堆積,部分區(qū)域有紅褐色物質(zhì)堆積。拉伸測試結(jié)果如表7所示,45#鋼腐蝕后的抗拉強度退化1.36%,延伸率退化6.85%,表明腐蝕對鋼材延伸率的影響較大,對抗拉強度的影響較小。

    2.5.2 3Cr鋼力學(xué)性能測試結(jié)果

    3Cr鋼在腐蝕最嚴(yán)重工況(7.8 MPa,100 ℃,3% O2+7% CO2+0.005% SO2)下拉伸測試宏觀形貌如圖11所示,腐蝕后鋼材表面有黑色腐蝕產(chǎn)物堆積,試樣斷口均偏向一側(cè)。拉伸測試結(jié)果如表8所示,3Cr鋼腐蝕后抗拉強度退化0.39%,延伸率退化21.34%,表明腐蝕對鋼材延伸率的影響較大,對抗拉強度的影響較小。

    文學(xué)是文化的具體表現(xiàn),是文化意識形態(tài)體現(xiàn)的重要窗口。中西方文化在歷史發(fā)展過程中,由于發(fā)展根基及道路的不同,產(chǎn)生了不同的社會意識形態(tài);在各自意識形態(tài)的影響和作用下,直接導(dǎo)致了文學(xué)風(fēng)格及文化內(nèi)容的不同。筆者以英語文學(xué)翻譯為入口和出發(fā)點,圍繞中西方文化差異的具體表現(xiàn)及差異產(chǎn)生的原因展開了闡述與分析,并基于差異的基礎(chǔ)上,就中西文化今后交流的有效進(jìn)行進(jìn)行闡述和探討。

    圖10 45#鋼腐蝕前后拉伸測試宏觀形貌

    表7 45#鋼拉伸測試結(jié)果

    Tab.7 45# steel tensile test result

    圖11 3Cr鋼腐蝕前后拉伸測試宏觀形貌

    表8 3Cr鋼拉伸測試結(jié)果

    Tab.8 3Cr steel tensile test result

    3 討論

    45#鋼、3Cr鋼在CO2/O2/SO2體系中的腐蝕機理如圖12、13所示。在CO2/O2/SO2體系中溶液離子組成復(fù)雜,例如Fe2+、H2CO3、SO2·H2O、HCO3–、CO32–、HSO3–、SO32–,反應(yīng)如式(3)—(9)所示[27-29]。

    研究表明[15],少量的SO2可替代CO2作為腐蝕過程中的主要反應(yīng)物,控制腐蝕進(jìn)程。因此在CO2/O2/

    SO2體系中SO2腐蝕優(yōu)先反應(yīng)生成FeSO3,如式(10)—(11)所示[14]。

    (11)

    XRD結(jié)果顯示腐蝕產(chǎn)物有FeSO4·H2O,這是由于O2具有強氧化性,SO2腐蝕產(chǎn)生的FeSO3被氧化為FeSO4,反應(yīng)如式(12)—(13)所示[30]。

    CO2腐蝕生成FeCO3是目前大多數(shù)學(xué)者的共識[31-33]。當(dāng)溶液中的Fe2+與CO32–的濃度乘積超過FeCO3的溶度積時,會在鋼材基體表面沉淀,生成FeCO3膜[7],化學(xué)反應(yīng)如式(14)所示。當(dāng)然也有學(xué)者認(rèn)為HCO3–也可與Fe2+發(fā)生反應(yīng)生成FeCO3,如式(15)—(16)所示[14]。

    XRD圖顯示產(chǎn)物中存在Fe2O3,這是由于O2的存在。首先,O2作為陰極去極化及參與陰極反應(yīng)[34],如式(17)所示;其次O2具有強氧化性,氧化Fe(OH)2生成Fe(OH)3,F(xiàn)e(OH)3進(jìn)一步脫水形成Fe2O3,反應(yīng)如式(18)—(20)所示[11]。

    此外,3Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物中存在Cr2O3,這是由于基體中的Cr參與腐蝕反應(yīng),如式(23)—(25)所示。Cr2O3覆蓋在基體表面,對基體保護(hù)性較好,阻礙基體與腐蝕性介質(zhì)間的傳導(dǎo),從而抑制腐蝕[5],因此3Cr鋼的腐蝕速率小于45#鋼。

    4 結(jié)論

    1)高溫CO2/O2/SO2體系下,45#鋼的腐蝕速率大于3Cr腐蝕速率,這是由于3Cr鋼基體中的Cr參與腐蝕反應(yīng),生成Cr2O3覆蓋在基體表面,保護(hù)基體,阻礙基體與腐蝕性介質(zhì)間的傳導(dǎo),從而導(dǎo)致3Cr鋼腐蝕速率較小。

    2)隨著溫度升高(100~250 ℃),鋼材腐蝕速率降低,原因是CO2腐蝕生成保護(hù)性較好的FeCO3膜,高溫下腐蝕產(chǎn)物膜致密,保護(hù)性能好,阻斷腐蝕性介質(zhì)傳質(zhì),抑制腐蝕;低濃度O2(0~2%),破環(huán)腐蝕產(chǎn)物膜,增大腐蝕速率;高濃度O2(2%~3%)時,促進(jìn)鋼材基體鈍化,腐蝕被抑制,腐蝕速率減小。

    3)2種鋼材腐蝕后力學(xué)性能均出現(xiàn)退化現(xiàn)象,腐蝕對鋼材延伸率影響較大,對抗拉強度影響較小。

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    Corrosion Behavior of Steam Injection Pipeline in CO2/O2/SO2Environment

    1,1,2,1,1,1,1

    (1. School of Oil and Gas Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610000, China; 2. Sichuan Faithful Petroleum and Natural Gas Engineering Co., Ltd., Chengdu 610000, China)

    In order to reveal the corrosion behavior and mechanical properties of 45# steel and 3Cr steel in the high temperature and pressure CO2/O2/SO2system, and provide theoretical support for the safe operation of steam injection pipelines in Xinjiang Oilfield. Based on the on-site operating conditions of the steam injection pipeline, combined with high temperature autoclave, combined with scanning electron microscope, 3D microscope, X-ray diffractometer (XRD) and other means, weight loss test, product characterization and tensile test are carried out. With the increase of temperature (100-250 ℃), the corrosion rate of 45# steel and 3Cr steel shows a decreasing trend; with the increase of O2content (0-3mol%), the corrosion of 45# steel and 3Cr steel rate first increases and then decreases, and the corrosion is inhibited when the O2content is 2mol%-3mol%. The XRD test results show that the corrosion products of 45# steel in the CO2/O2/SO2system mainly include FeSO4·H2O, FeCO3, Fe2O3, and the corrosion products of 3Cr steel mainly include Cr2O3, FeSO4·H2O, FeCO3, and Fe2O3. The 3D microscope results show that 45# there are obvious local corrosion defects on the surface of the steel substrate, and 3Cr steel does not appear local corrosion; the mechanical properties show that the tensile strength of 45# steel after corrosion is reduced by 1.36%, the elongation is reduced by 6.85%, and the tensile strength of 3Cr steel after corrosion Reduced by 0.39%, elongation reduced by 21.34%. In the high temperature and pressure CO2/O2/SO2environment, SO2dominates the corrosion process; the corrosion product film is dense at high temperature (100-250 ℃), which inhibits corrosion; O2participates in the cathodic reaction, and in the low concentration of oxygen (0-2mol%), the corrosion product film is destroyed to promote corrosion. When high concentration oxygen (2mol%-3mol%), the steel matrix is passivated to inhibit corrosion; after corrosion, the mechanical properties of the steel are degraded, and corrosion has a greater impact on the elongation of the steel. The tensile strength is less affected.

    steam injection pipeline; CO2/O2/SO2system; high temperature and pressure; corrosion behavior; temperature, O2content

    TG172

    A

    1001-3660(2022)07-0225-11

    10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.022

    2021–08–24;

    2021–11–29

    2021-08-24;

    2021-11-29

    鄒慶(1996—),男,碩士研究生,主要研究方向為油氣管道完整性管理。

    ZOU Qing (1996-), Male, Master, Research focus: oil and gas pipeline integrity management.

    廖柯熹(1970—),男,博士,教授,主要研究方向為油氣管道完整性管理。

    LIAO Ke-xi (1970-), Male, Ph. D., Professor, Research focus: oil and gas pipeline integrity management.

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    ZOU Qing, LIAO Ke-xi, LIU Xin-yu, et al. Corrosion Behavior of Steam Injection Pipeline in CO2/O2/SO2Environment[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 225-235.

    責(zé)任編輯:萬長清

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