【摘 要】
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在自行原创设计的动态管流腐蚀设备中,利用失重法、SEM、EDS、XRD和XPS等手段全面分析了在CO2/水气液两相泡状流条件下腐蚀时间、CO2分压、CO2气相流速对20#无缝钢管的腐蚀速率、腐蚀产物形貌及腐蚀产物成分的影响。研究结果表明:(1)在不同压力条件下,随时间延长至3h时腐蚀速率均先降低到最小值,后时间增大至5h时腐蚀速率出现峰值,5h后腐蚀速率均呈缓慢降低的变化趋势;腐蚀试样表面黑灰色覆
【基金项目】
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国家自然科学基金(No:2206080087);
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在自行原创设计的动态管流腐蚀设备中,利用失重法、SEM、EDS、XRD和XPS等手段全面分析了在CO2/水气液两相泡状流条件下腐蚀时间、CO2分压、CO2气相流速对20#无缝钢管的腐蚀速率、腐蚀产物形貌及腐蚀产物成分的影响。研究结果表明:(1)在不同压力条件下,随时间延长至3h时腐蚀速率均先降低到最小值,后时间增大至5h时腐蚀速率出现峰值,5h后腐蚀速率均呈缓慢降低的变化趋势;腐蚀试样表面黑灰色覆盖区腐蚀产物形貌由疏松针状产物膜与少量絮状产物构成的单层膜转变成由较致密针状膜+疏松絮状膜构成的具有双结构特征的产物膜,随时间的延长产物膜由垂直于试样表面的柱状膜+致密膜的双结构内层膜与球形颗粒外层膜构成,最终形成相对致密柱状内层、致密中层以及球形颗粒外层的三层特征的腐蚀产物膜层。同时间段腐蚀速率相对滞后的浅灰色覆盖区产物形貌随时间的转变过程与黑灰色区一致,致密内层产物膜铁含量高,而疏松外层膜碳氧含量较高。(2)不同腐蚀时间下,随CO2分压的增大腐蚀速率都先减小在0.1MPa时达到最小值,后再升高;不同CO2分压下的腐蚀试样管壁面都可观察到两个形貌不同的特征区,且其腐蚀产物膜都随CO2分压的增加均逐渐致密化,因Fe2+和CO32-过饱和度增大,在0.1MPa时形成晶粒细小且致密均匀的保护性Fe CO3薄膜,对应腐蚀速率降至最小,随着CO2分压增至0.15MPa时气泡破碎撞击膜层造成的空化效应外加气泡滚动运动产生的交变荷载及高壁面剪切应力共同作用使产物膜失效,其腐蚀速率明显增大。(3)腐蚀时间不同,20#钢管腐蚀速率随二氧化碳气相流速的增加而增大。不同气相流速下的试样表面都可观察到两个形貌不同的特征区,低速时第一特征区产物膜由管壁表面疏松膜+絮状膜构成的双结构内层膜,外层为均匀球形颗粒,增大气相流速后产物膜由垂直于管壁表面方向致密柱状膜+致密膜的双结构内层膜,外层为“烟花”状产物膜;同样第二特征区由垂直于基体表面方向的层片状产物的针状膜,气相流速增大后转变为致密膜+絮状膜的双结构特征膜层,产物膜随气相流速的增大都伴随开裂失效现象,促进传质过程,腐蚀速率升高且产物膜致密化。(4)根据NACE RP-0775-91标准规定,腐蚀速率均远大于0.254mm/a,属于极严重腐蚀;由EDS分析可知腐蚀产物主要组成元素为Fe、C、O,XRD分析结果表明主要组成相为Fe3C、Fe CO3、Fe OOH、Fe3O4、Fe2O3,XPS的全结合图谱与分峰图谱的结果与XRD结果一致。
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