中國石化中原石油工程設(shè)計有限公司

鈣離子對L360管線鋼的腐蝕*

高繼峰 劉德緒 龔金海中國石化中原石油工程設(shè)計有限公司

通過在濕H2S/CO2環(huán)境中，模擬酸性天然氣集輸管道溶液中的Ca2+濃度變化，利用超景深三維顯微分析技術(shù)以及電化學(xué)分析等手段，分析介質(zhì)中Ca2+對管線鋼腐蝕的影響。結(jié)果表明，在濕H2S/CO2環(huán)境中，L360腐蝕速率隨著Ca2+濃度的提高而加快，試樣點蝕深度逐漸變小，寬度逐漸變大，呈片狀腐蝕趨勢。

鈣離子；濃度；腐蝕；L360鋼

溶液中對管線鋼局部腐蝕影響較大的離子包括Ca2+、Cl-、Mg2+等，部分無機鹽離子對金屬表面的腐蝕產(chǎn)物膜層具有較強的破壞損傷作用，進而加速金屬的腐蝕。通過在濕H2S/CO2環(huán)境中，模擬酸性天然氣集輸管道溶液中的Ca2+濃度變化，利用超景深三維顯微分析技術(shù)以及電化學(xué)分析等手段，分析介質(zhì)中Ca2+對管線鋼腐蝕的影響。

1 腐蝕速率

試驗在高壓抗硫釜中進行，采用壓力為8MPa的N2、H2S和CO2混合氣體（體積比N2∶H2S∶CO2= 77∶15∶8）模擬腐蝕環(huán)境，將Cl-濃度固定在15g/L，改變Ca2+濃度分別為2.38、4.5、6.5、8.5g/L。圖1為不同Ca2+濃度下的L360鋼的腐蝕速率。從圖1可以看到管線鋼的腐蝕速率隨著溶液中Ca2+濃度的增高而不斷增大，濃度為8.5g/L時腐蝕速率達(dá)到0.6mm/a。

圖1 L360鋼的腐蝕速率隨Ca2-濃度變化

2 點蝕坑形貌

試驗結(jié)束后去除試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，對試樣進行超景深三維分析。當(dāng)Ca2+濃度在8.5g/L以下時，試樣表面的腐蝕狀況與Ca2+濃度為8.5g/L時差異明顯；當(dāng)Ca2+為2.38g/L時，試樣表面點蝕坑深度與寬度均為50μm左右；而當(dāng)Ca2+濃度為8.5g/L時，腐蝕明顯加劇，表現(xiàn)為在一定面積區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)下凹，點蝕坑深度變小而寬度增加，呈現(xiàn)片狀腐蝕的趨勢。

3 腐蝕電化學(xué)圖譜

圖2為腐蝕發(fā)生24h的EIS圖譜。從圖2可以看到，不同Ca2+濃度下的阻抗譜由一個容抗弧組成，并且隨著Ca2+濃度的增加，容抗弧半徑不斷減小。表明腐蝕產(chǎn)物膜層的抗腐蝕性能不斷降低，主要是由于Ca2+濃度的增加破壞了腐蝕產(chǎn)物膜層，腐蝕介質(zhì)與金屬基體大面積接觸導(dǎo)致腐蝕加劇。

圖2 不同Ca2+濃度下L360鋼電化學(xué)阻抗與容抗

4 結(jié)論

采用超景深三維分析及腐蝕電化學(xué)方法研究了Ca2+對L360管線鋼的腐蝕影響。結(jié)果表明，在濕H2S/CO2環(huán)境中，L360腐蝕速率隨著Ca2+濃度的提高而加快，試樣點蝕深度逐漸變小、寬度逐漸變大，呈片狀腐蝕趨勢。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.018

基金論文：國家科技重大專項（2011ZX05017—004）。