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元素对钢材的影响
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你可能喜欢元素硫和CO_2对P110钢腐蚀行为的影响--《西安工业大学》2014年硕士论文
元素硫和CO_2对P110钢腐蚀行为的影响
【摘要】：S/CO2共存是油气田开发中最严重的腐蚀环境之一,特别是高温(≥80℃)时,元素硫发生水解,产生了吸附性极强的HS和S2-,使得腐蚀介质成分变得异常复杂,极具腐蚀性。本文采用挂片浸泡法和电化学技术,研究了在常压下P110钢的腐蚀行为,分析了P110钢在模拟腐蚀介质中CO2腐蚀、硫腐蚀以及两者腐蚀的相关性。
通过腐蚀失重法测得了在不同温度和不同介质下的腐蚀速率。结果表明,随着温度的升高,CO2腐蚀和硫腐蚀以及S/CO2共存条件下的腐蚀速率均为指数递增。CO2腐蚀主要为均匀腐蚀,S腐蚀出现了局部腐蚀,在S/CO2共存条件下,低温(70℃)时为均匀腐蚀,高温(90℃)时出现局部腐蚀(点蚀)。元素硫促进CO2的局部腐蚀,CO2抑制元素硫的腐蚀。
随着温度的升高,腐蚀产物增加,Ca原子替换FeCO3中部分Fe原子,出现(Ca,Fe2,Mg)CO3和Mg3Ca(CO3)4复盐。高温(90℃)时,含硫条件下铁的硫化物由FeS(Mackinawite),转化生成其他类型的硫化物,如,Fe3S4、Fe1-xS (Pyrrhotite),保护性变差。90℃时,S/CO2共存条件下,在P110钢表面生成了一层具有一定的保护性的碳酸盐。碳酸盐产物膜一方面阻挡了元素硫与基体直接接触,另一方面,阻碍了传质,阻止腐蚀性介质穿过产物膜与基体接触,阻止Fe2+与溶液中的阴离子结合,抑制阳极反应。
CO2腐蚀或硫腐蚀条件下,随着温度的升高,自腐蚀电位下降,自腐蚀电流密度升高,腐蚀过程由阴极反应控制转变为阳极反应控制,极化电阻Rp均减小。温度升高促进腐蚀。在S/CO2共存条件下,温度达到90℃时,自腐蚀电位向正方向移动,自腐蚀电流密度升高。70℃时,交流阻抗谱低频部分出现由腐蚀产物膜引起的容抗弧。90℃时,交流阻抗谱低频部分出现了扩散特征的Warburg阻抗。
低温(70℃)时,P110钢出现元素硫腐蚀,主要表现为直接反应。温度高(90℃)时,P110钢的腐蚀速率急剧增大,直接反应和水解反应腐蚀机理同时存在。
【关键词】：
【学位授予单位】：西安工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TG172【目录】：
摘要3-5Abstract5-91 绪论9-24 1.1 研究背景和意义9-10 1.2 石油管材CO_2腐蚀研究现状10-16
1.2.1 CO_2腐蚀类型11
1.2.2 CO_2腐蚀机理11-13
1.2.3 CO_2腐蚀影响因素13-16 1.3 元素硫腐蚀的研究现状16-24
1.3.1 元素硫的腐蚀机理17-22
1.3.2 硫腐蚀的影响因素22-242 实验内容与分析方法24-28 2.1 试验用材和腐蚀介质24-25
2.1.1 挂片和工作电极24
2.1.2 腐蚀介质成分24-25 2.2 实验内容和实验方案25-28
2.2.1 浸泡实验26
2.2.2 电化学试验26-283 P110钢在模拟石油采出液中的CO_2腐蚀行为特征28-38 3.1 引言28 3.2 P110钢CO_2腐蚀失重分析28-30 3.3 P110钢CO_2腐蚀形貌及成分分析30-34 3.4 P110钢在饱和CO_2模拟环境中电化学测试34-37
3.4.1 CO_2腐蚀极化曲线分析35-36
3.4.2 CO_2腐蚀电化学阻抗谱分析36-37 3.5 本章小结37-384 P110钢在含硫模拟环境中腐蚀行为特征38-49 4.1 引言38 4.2 P110钢在含硫模拟环境中腐蚀失重分析38-39 4.3 P110钢在含硫模拟环境中腐蚀形貌及成分分析39-45
4.3.1 P110钢宏观形貌分析和XRD分析39-43
4.3.2 SEM分析和EDS分析43-45 4.4 P110钢在含硫模拟环境中电化学测试45-48
4.4.1 极化曲线分析45-46
4.4.2 电化学阻抗谱分析46-48 4.5 本章小结48-495 P110钢在含S/CO_2模拟环境中的腐蚀行为特征49-63 5.1 P110钢在含S/CO_2模拟环境中的腐蚀失重分析49-51 5.2 P110钢在含S/CO_2模拟环境中腐蚀形貌及成分分析51-59 5.3 P110钢在含S/CO_2模拟环境中电化学测试59-61
5.3.1 极化曲线分析59-60
5.3.2 电化学阻抗谱分析60-61 5.4 S/CO_2共存时腐蚀模型61-62 5.5 本章小结62-636 结论63-65参考文献65-70攻读硕士学位期间发表的论文70-71致谢71-73
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