浅谈天然气管道中的CO2腐蚀

浅谈天然气管道中的浅谈天然气管道中的 co2co2 腐蚀腐蚀 随着天然气的开发利用 天然气田相继出现 天然气管网 的日益增多 而管道遭受腐蚀也是最常见的现象 co2 腐蚀也 就显得越来越重要 在天然气的开发加工和输送过程中 各类管道遭受腐蚀是 最常见的现象 近年来 随着天然气的广泛使用推广 co2 腐 蚀是油气管道中常见的腐蚀类型 众所周知 油气管道有外腐 蚀和内腐蚀 从设计开始就对外腐蚀采取周密有效的措施 而 对内腐蚀只重视 h2s 的腐蚀 对 co2 腐蚀目前来说尚未得到行 之有效的措施 其实 co2 也是造成内腐蚀的一种重要原因 使 得 co2 腐蚀问题变的日益突出 1 co2 腐蚀的机理腐蚀的机理 co2 腐蚀长期以来一直被认为是一个问题 而且已经进行 了广泛的研究 干燥气相 co2 本身不具有腐蚀性 co2 极易溶 于水 当遇水时 一定量的 co2 将形成具有一定浓度的 co2 溶液 h2co3 碳酸 h2co3 和无机酸相比 因为它不能完全 被溶解 所以它是一种弱酸 各种机理对腐蚀过程都进行了假 设 但都包含有 co2 溶于水中所形成的碳酸或碳酸氢根离子这 导致的腐蚀速度比强酸中以相同 ph 值所得到的腐蚀速度还高 碳酸反应的步骤可以概括如下 co2 气 h2o h2co3 碳酸水解 h2co3 h hco3 hco3 h co32 溶液中的 h2co3 和 fe 反应促使 fe 腐蚀 fe fe2 2e 阳极反应 h eh 阴极反应 2hh2 fe h2co3feco3 h2 由于 h2co3 第二次水解非常微弱 所以认为 h2co3 溶液 中主要存在 h 和 hco3 等离子 因此反应生成物中大多数物 质不是 feco3 而是 fe hco3 2 fe hco3 2 在一定温度下发生分 解 fe hco3 2 feco3 h2o co2 2 co2 腐蚀的影响因素腐蚀的影响因素 co2 腐蚀受到众多因素的影响 主要包括 co2 分压 温度 ph 值 介质流速 碳酸盐垢 蜡的作用等等 2 1 co2 分压 co2 溶解于水相生成 h2co3 与管道表面发生化学反应 产生 co2 腐蚀 但是气相 co2 不会发生反应 水中 co2 含量与 气液平衡中 co2 的分压紧密相关 因此 预测 co2 腐蚀速度应 以气相中的 co2 分压为基础 严格的讲 对 co2 腐蚀产生重要影响的是 co2 在水相中的 热运动 而不是他的浓缩度 这种运动将会随水相中由化学成 分决定的浓度而变化 通常认为 当 co2 分压超过 20kpa 时 流体具有腐蚀性 这是一条判别准则 在较低温度下 低于 60 由于温度较低 没有完善的 feco3 膜的保护不完全 出现坑蚀等局部腐蚀 其腐蚀速度也随 co2 分压的增大而增大 在 150 左右 致密的 feco3 保护膜形成 使腐蚀速度大为降 低 2 2 温度 大量研究表明 介质温度是影响 co2 腐蚀的一个重要因素 温度高低影响着表面膜的性质 特征和形貌 也影响着 co2 腐 蚀过程 根据温度对腐蚀的影响 铁的 co2 腐蚀可分为 1 t60 时 腐蚀产物膜为 feco3 软而无附着力 金属表 面光滑 主要发生均匀腐蚀 2 t 为 60 110 时 铁表面 可生成具有一定保护性的腐蚀产物膜 局部腐蚀较突出 3 t 为 110 时 均匀腐蚀速度较高 局部腐蚀严重 一般为深孔 腐蚀产物为厚而松的 feco3 粗结晶 4 t 为 150 以上时 生成细致 紧密 附着力强的 feco3 和 fe3o4 腐蚀速率较低 腐蚀速率先升高后又降低 其主要原因是由于在高温时容易形 成致密的腐蚀产物膜 阻隔了 h2co3 与金属的接触所引起 2 3 ph 值 ph 值不仅影响电化学反应 而且还影响着腐蚀生成物与其 他物质的沉淀在特定条件下结合的水相物质中的盐分能够缓冲 ph 值 从而减缓腐蚀速度 是保护膜和锈类物质更容易生成 裸露的金属表面是最易遭受腐蚀的 当 ph 值 4 5 的情况下 溶 液中 h 的减少对阴极反应起决定的作用 ph 值高的情况下容易 溶解的 co2 含量对阴极反应起到了决定性的作用 2 4 流速 流速对 co2 腐蚀较为复杂 高流速增大了腐蚀介质到达金 属表面的传质速率 且高流速会阻碍表面成膜 随着流速的增 大 腐蚀速度增加 但随着流速的增大 又能促进可钝化金属 的钝化过程 从而提高腐蚀性 另外 在介质中含有气液固三 相共存且流动条件下 就能在钢管表面产生冲刷腐蚀 2 5 碳酸盐垢 在 co2 腐蚀工程中 腐蚀生成物 feco3 或 fe3co4 以垢的 形式在被腐蚀表面形成一层膜 从而减缓腐蚀的速度 这层垢 膜的防护能力受许多因素的影响 例如碳酸铁的溶解度 与 ph 值和其他盐类的存在有关 膜垢下面的钢铁表面的腐蚀反应 速度以及钢铁表面的不同状况 粗造程度 洁净程度和初始的 腐蚀状况 这种碳酸盐垢保护膜可以被高浓度的氯化物和有 机酸破坏 也可以被高速流体冲刷侵蚀 2 6 蜡的作用 蜡在油管中的存在能通过两种相异方式影响 co2 或者加 剧腐蚀或者阻滞腐蚀进行 这取决于蜡层性质 并受流体力学 性质 温度及其他物理因素的影响 沉积在钢管表面的蜡会导 致在无氧的 co2 溶液中 在碳钢表面腐蚀成一个个小深坑 这 些小深坑基本沿着管线的底部分布 并且这些随机的小坑在管 线开始爬坡的时候更为密集 因为这个部位更易积存水分 一 般认为腐蚀的机理通常是这样 co2 在蜡层中扩散 并认为是 提供了大型的阴极区 它使蜡层不连续钢铁表面产生阳极溶解 反应 造成无蜡质覆盖部位的局部腐蚀 实际上 在天然气管道设备中 以上的各种因素有可能同 时