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二氧化碳腐蝕性的介紹

一、關(guān)于的腐蝕性

“二氧化碳腐蝕”這個(gè)術(shù)語1925年第一次被API（美國石油學(xué)會(huì)）采用。1943年，首次認(rèn)為出現(xiàn)在Texas油田的氣井下油管的腐蝕為CO2腐蝕。二氧化碳在水介質(zhì)中能引起鋼鐵迅速的全面腐蝕和嚴(yán)重的局部腐蝕，管道和設(shè)備發(fā)生早期腐蝕二氧化碳，往往造成嚴(yán)重的后果。在前蘇聯(lián)，油田設(shè)備二氧化碳腐蝕是在1961～1962年開發(fā)克拉斯諾爾邊疆區(qū)油氣田時(shí)首次發(fā)現(xiàn)的，設(shè)備內(nèi)表面的腐蝕速度達(dá)5～8mm·a-1，導(dǎo)致設(shè)備損壞和產(chǎn)生事故隱患。美國Little Creek油田實(shí)施CO2驅(qū)油試驗(yàn)期間，在無任何抑制的情況下，不到5個(gè)月的時(shí)間采油井油管管壁就腐蝕穿孔，腐蝕速度高達(dá)12.7mm·a-1。油氣田中這種惡性事故是CO2腐蝕的直接結(jié)果，它不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且造成嚴(yán)重的社會(huì)后果。類似的二氧化碳腐蝕破壞事故在南海油田、四川油氣田都發(fā)生過。

在化肥生產(chǎn)等化工設(shè)備中voc氣體檢測儀，也常發(fā)生二氧化碳腐蝕。如的大型化肥廠的高壓CO2水冷器液化氣檢測儀，將CO2氣體冷卻到合適溫度后進(jìn)入高壓合成系統(tǒng)。該設(shè)備是U型管換熱器。第一臺(tái)U型管材質(zhì)為3074L不銹鋼，壁厚3mm，投產(chǎn)后一個(gè)半月因發(fā)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，而造成泄漏。第二臺(tái)管子材料換成2RE69不銹鋼，使用40多天又因泄漏管太多而報(bào)廢。

在制氫裝置的給水預(yù)熱器、冷卻器等部件，由于輸送含CO2、CO等氣體，也經(jīng)常發(fā)生CO2腐蝕破壞事故二氧化碳，主要是露點(diǎn)附近的二氧化碳腐蝕，這種腐蝕呈點(diǎn)蝕狀態(tài)，壓力愈高水分愈多，則露點(diǎn)愈低，腐蝕愈嚴(yán)重。對(duì)于碳鋼，在壓力15×105Pa條件下，腐蝕速度會(huì)高達(dá)17mm/a。1996年荷蘭的Zeist城，煤氣管道和煤氣儲(chǔ)罐（直徑3m）發(fā)生的爆炸事故，以及1966年6月世界上最早的日本大型有機(jī)藥品制造裝置的管道系統(tǒng)中的碳鋼凸繞、噴嘴等的焊接區(qū)發(fā)生了開裂，造成內(nèi)部氣體噴出，這兩類事故后來經(jīng)調(diào)查研究都被認(rèn)為是在CO2-CO-H2O介質(zhì)中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕裂開造成的。

二、二氧化碳腐蝕的影響因素

干燥的CO2氣體本身沒有腐蝕性。CO2較易溶解在水中，二氧化碳溶于水后對(duì)部分金屬材料有極強(qiáng)的腐蝕性，由此而引起的材料破壞統(tǒng)稱CO2腐蝕。在相同的PH值下，由于CO2的總酸度比鹽酸高，因此，它對(duì)鋼鐵的腐蝕比鹽酸還嚴(yán)重。

CO2腐蝕受到眾多因素的影響，概括起來主要可分為：

1． 環(huán)境因素，包括二氧化碳分壓（Pco2）、介質(zhì)溫度（T）、水介質(zhì)礦化度、PH值、水溶液中Cl2、HCO3、Ca、Mg、微量H2S和O2、細(xì)菌等的含量，油氣混合介質(zhì)中的蠟含量，介質(zhì)載荷、流速及流動(dòng)狀態(tài)，材料表面垢的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等。

2． 材料因素，包括材料種類，材料中合金元素Cr、C、Ni、Si、Mo、Cu、Co等的含量，材料表面膜等。

CO2對(duì)設(shè)備可形成全面腐蝕（也稱均勻腐蝕），也可形成局部腐蝕。形成全面腐蝕時(shí)，金屬的全部或大部面積上均勻地受到破壞，常用單位時(shí)間、單位面積上的材料損失的質(zhì)量或單位時(shí)間內(nèi)材料損失的平均厚度來表示均勻腐蝕速率。形成局部腐蝕時(shí)，鋼鐵表面某些局部發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕而其他部分沒有腐蝕或依然只發(fā)生輕微的腐蝕。不同類型的局部腐蝕形態(tài)不同二氧化碳，例如，點(diǎn)蝕出現(xiàn)凹空并且四周光滑，臺(tái)地腐蝕出現(xiàn)較大面積的凹臺(tái)，底部平整，周邊垂直凹底，流動(dòng)誘使局部腐蝕形狀如凹溝，即平行于物流流動(dòng)方向的刀形線槽溝。

三、二氧化碳腐蝕的控制

CO2溶于水對(duì)鋼鐵有強(qiáng)烈的腐蝕性，因此，在化學(xué)和石油工業(yè)中有必要采取一些防護(hù)措施控制CO2的腐蝕。這些防護(hù)措施主要分為：

1． 調(diào)整碳鋼和低合金鋼的成分，以增加金屬的耐蝕性，甚至采用非金屬材料；

2． 改變金屬的使用環(huán)境，以降低環(huán)境對(duì)金屬的腐蝕；

3． 使用緩蝕劑；

4． 電化學(xué)保護(hù)；

5． 采用保護(hù)性覆蓋層。

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