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N80油管钢在含CO_2/H_2S高温高压两相介质中的电化学腐蚀行为及缓蚀机理研究

作　者: 任呈强
导　师: 刘道新
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料学
关键词: N80钢 高温高压 H2S/CO2腐蚀 腐蚀产物膜 交流阻抗 极化曲线 缓蚀剂 力学性能
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要


成功地制备了用于高温高压电化学腐蚀研究用Ag／AgCl参比电极，在模拟气田腐蚀工况环境下，采用交流阻抗和动电位扫描等电化学技术，辅以SEM、XRD等表面分析方法，研究了N80油管钢在高温高压下含CO2和（或）H2S的两相介质中的腐蚀行为和吸附型缓蚀剂的缓蚀机理，特别探讨了腐蚀产物膜对腐蚀过程的影响，分析了腐蚀产物膜的力学性能与油管钢腐蚀速率之间的关系。 研究结果表明：在CO2环境中，N80油管钢的电化学腐蚀阳极过程受电化学活化控制，OH-在表面的吸附放电产生吸附中间体FeOHads和FeOH+ads，最终生成Fe2+；阴极过程由H2CO3和HCO3-还原为主。随着腐蚀产物膜的形成，交流阻抗谱会发生变化，表现为高频扩展和低频收缩，反应阻力增大。腐蚀产物膜完整覆盖后表现为受电化学活化控制的均匀腐蚀特征。 在H2S／CO2环境中，HS-吸附能力强，阳极吸附中间体吸附量明显增加，裸金属时阳极反应受到较大程度的促进。阴极以H2S的还原为主。硫化物腐蚀产物膜容易破裂，由此导致局部腐蚀产生。由于硫化物腐蚀产物膜对腐蚀介质起到很强的扩散阻滞作用，出现Warburg阻抗，使腐蚀过程受扩散控制。 CO2分压对腐蚀的影响主要表现在裸金属表面，增大分压使N80钢表面活性增大，腐蚀加速。形成完整的膜后，分压影响很小。加入H2S后，H2S含量较小时以CO2腐蚀为主，腐蚀得到较大程度的促进；H2S含量增大，转化为以H2S腐蚀为主，出现局部腐蚀；继续增大H2S含量，局部腐蚀反而受到抑制。 噻唑衍生物的加入改变了腐蚀产物膜的内层结构，抑制局部腐蚀的发生。噻唑的缓蚀机理是几何覆盖效应，因吸附覆盖度不大导致缓蚀效率不高。同时噻唑难以在腐蚀产物膜上吸附，腐蚀产物膜形成后对腐蚀速率的影响明显减弱。咪唑啉衍生物属于阳极型缓蚀剂，缓蚀机理为“负催化效应”，不仅能在金属表面上吸附，而且能与腐蚀产物膜协调作用，起到较好的缓蚀效果。 SEM分析显示，CO2腐蚀产物膜致密而均匀，表现为均匀腐蚀，H2S腐蚀产物膜晶粒粗大，并有破裂，引起局部腐蚀坑出现。这与本文提出的电化学模型相吻合。 确定了腐蚀产物膜的力学性能与N80钢的腐蚀速率之间的关系。N80钢的腐蚀速率随腐蚀产物膜的硬度升高而降低，随产物膜结合强度下降而增大。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 文献综述  8-27
  1.1 油管钢的腐蚀行为及研究现状  8-21
    1.1.1 本文研究背景和意义  8-9
    1.1.2 油气田腐蚀的特征与类型  9-12
      1.1.2.1 油气田腐蚀的特征  9-11
      1.1.2.2 油气田腐蚀类型  11-12
    1.1.3 国内外研究现状  12-13
    1.1.4 H_2S、CO_2腐蚀机制  13-16
      1.1.4.1 CO_2腐蚀机理  13-15
      1.1.4.2 H_2S腐蚀机制  15-16
    1.1.5 油管钢腐蚀的影响因素  16-19
      1.1.5.1 温度的影响  16-17
      1.1.5.2 气体分压的影响  17-18
      1.1.5.3 流速、流型的影响  18
      1.1.5.4 pH值的影响  18
      1.1.5.5 介质中离子的影响  18
      1.1.5.6 Fe~(2+)浓度的影响  18-19
      1.1.5.7 时间的影响  19
    1.1.6 油管钢腐蚀产物膜的研究  19-21
  1.2 本文的主要研究内容  21
  1.3 研究方法和技术路线  21-27
第二章 高温参比电极的制备与评价  27-36
  2.1 引言  27
  2.2 参比电极的工作原理  27-29
  2.3 Ag／AgCl参比电极的制备  29-30
    2.3.1 Ag／AgCl参比活性元素的制备  29
    2.3.2 填充电极内室  29-30
  2.4 参比电极的性能研究  30-34
  2.5 本章小结  34-36
第三章 N80钢的H_2S／CO_2高温高压腐蚀电化学机理  36-63
  3.1 前言  36-37
  3.2 试验方法  37-39
    3.2.1 试验材质  37-38
    3.2.2 试验介质  38
    3.2.3 试验仪器  38-39
    3.2.4 试验方法  39
  3.3 结果与讨论  39-60
    3.3.1 CO_2的高温高压电化学腐蚀机理  39-48
      3.3.1.1 极化曲线特征  39-40
      3.3.1.2 阳极过程  40-45
      3.3.1.3 阴极过程  45-48
    3.3.2 H_2S／CO_2的高温高压电化学腐蚀机理  48-54
      3.3.2.1 极化曲线特征  48-49
      3.3.2.2 阳极过程  49-53
      3.3.2.3 阴极过程  53-54
    3.3.3 气体分压的影响  54-60
      3.3.3.1 CO_2分压的影响  54-58
      3.3.3.2 H_2S分压的影响  58-60
  3.4 本章小结  60-63
第四章 含H_2S／CO_2高温高压环境中缓蚀剂机理研究  63-79
  4.1 引言  63
  4.2 试验方法  63-64
  4.3 结果与讨论  64-77
    4.3.1 噻唑衍生物的缓蚀机理  64-72
      4.3.1.1 噻唑衍生物的结构  64
      4.3.1.2 缓蚀电化学机理  64-72
    4.3.2 咪唑啉衍生物的缓蚀机理  72-77
      4.3.2.1 咪唑啉的分子结构  72
      4.3.2.2 咪唑啉的缓蚀电化学机理  72-77
  4.4 本章小结  77-79
第五章 腐蚀产物膜性能的研究  79-92
  5.1 前言  79
  5.2 实验方法  79-80
    5.2.1 高温高压腐蚀实验  79-80
    5.2.2 膜层成分及结构分析  80
    5.2.3 力学性能实验  80
  5.3 结果与讨论  80-90
    5.3.1 腐蚀产物膜的结构与成分  80-88
    5.3.2 腐蚀产物膜的力学性能与腐蚀速率的关系  88-90
  5.4 本章小结  90-92
第六章 主要结论  92-96
  6.1 本文主要结论  92-93
  6.2 本文创新点  93-96
致谢  96-97

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术
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