碳腐蚀

二氧化碳腐蚀

即二氧化碳腐蚀。

简介

二氧化碳溶入水后对金属材料有极强的腐蚀性,在相同的pH值下,由于二氧化碳的总酸度比盐酸高,因此,它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重。CO2在水介质中能引起钢铁迅速的全面腐蚀和严重的局部腐蚀,CO2腐蚀典型的特征是呈现局部的点蚀、癣状腐蚀和台面状腐蚀,台面状腐蚀是最严重的一种情况,它使管道和设备发生腐蚀失效,并造成严重的经济损失和社会后果。

二氧化碳腐蚀的危害

CO2腐蚀是油气生产中遇到的最普遍的一种侵蚀形式，在使用碳钢和低碳钢的场合，它可能导致较高的腐蚀速率和严重的局部腐蚀。在油气的开采过程中，由于石油和天然气中含有CO2对井下管柱造成腐蚀甚至严重危害的事例频繁发生，不仅给油气田开发带来了重大的经济损失，同时也造成一定的环境污染。

CO2腐蚀是一个世界性的问题，例如北海油田挪威一侧的Ekofish油田Alpha平台的高温立管，使用仅两个月就发生爆炸。美国Little Creek油田实施CO2驱矿场试验期间，没有采用任何抑制CO2腐蚀的措施，不到5个月的时间，采油井油管壁就被蚀穿。CO2腐蚀都已成为一个不容忽视的问题。

二氧化碳腐蚀机理

自发现CO2腐蚀以来，便开始了对其腐蚀机理的研究，并且随着科学技术的发展，其研究越来越深入。而CO2腐蚀是一种很复杂的现象，仍需要深入探讨。目前已提出很多的机理。然而，这些机理要么局限于特定的条件，要么并未得到广泛的认同。

钢铁在CO2水溶液中的腐蚀总反应可表示为:CO2+H2O+Fe→FeCO3+H2

腐蚀的阳极反应:

Fe+OH→FeOH+e

FeOH→FeOH++e

FeOH+→Fe2++OH-

关于腐蚀的阴极反应，主要有两种观点:

(1) 非催化的氢离子阴极还原反应

CO2+H2O→H2CO3

H2CO3→H++ HCO3-

HCO3-→H++ CO32-

(a) 当pH<4时( 以下反应式中下标ad和sol分别代表钢铁表面吸附的和溶液中的粒子) :

H3O++ e→Had+ H2O

(b) 当4

H2CO3+ e→Had+ HCO3-

(2) 表面吸附

CO2的氢离子催化还原反应

CO2sol→CO2ad

CO2ad+ H2O→H2CO3ad

H2CO3ad+ e→Had+ HCO3-ad

H3O+ad+ e→Had+ H2O

HCO3-ad+ H3O+→H2CO3ad+ H2O

关于高温高压下CO2的腐蚀机理，迄今所作的讨论还较少。实际上，CO2腐蚀是一种典型的局部腐蚀。

腐蚀产物(FeCO3)或结垢产物(CaCO3)在钢铁表面不同的区域覆盖度不同，不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化特性的腐蚀电偶，CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。这一机理很好地解释水化学的作用和在现场一旦发生上述过程，局部腐蚀会突然变得非常严重等现象。

国内外研究现状与趋势

1、国内外研究现状

由于腐蚀造成巨大的经济损失，腐蚀与防护研究在国外是一个很兴盛的行业。西方国家的大石油公司由于资金雄厚、多数都有自己的相关机构从事腐蚀研究。20世纪60年代以来随着高含二氧化碳油气田的相继开发，对由此产生的严重的腐蚀破坏、主要的影响因素/规律、破坏机理和腐蚀防护措施，进行了范围广泛的研究，继含硫油气的腐蚀防护研究之后，形成了近20年来油气开发中腐蚀防护研究的一个新热点，为这类油气田的开发提供了在工程应用上有明显效果的腐蚀防护专项技术( 如缓蚀剂、防护涂料和耐蚀材料等)。目前，国内外许多研究机构仍在投入了很大的力量从事腐蚀的研究工作。

2、发展趋势

从发展趋势来看，国外在CO2腐蚀方面的研究已日趋成熟，各种腐蚀控制因素对腐蚀速率的影响已被深入研究，目前的工作重点已转移到腐蚀监测、腐蚀寿命预测模型等方面。而国内对油气田高温高压环境中的CO2腐蚀研究则很少，尤其是在CO2腐蚀环境中的腐蚀寿命预测模型的研究方面更是空白，这表明国内的CO2腐蚀研究与国外还存在很大的差距，今后应加强这方面的工作:

(1)在工程研究方面，在控制低合金材料严重的全面腐蚀的同时，有效地控制局部腐蚀/腐蚀穿孔，仍将是有待于继续研究解决的重要课题;

(2) 油气井的CO2腐蚀主要应以局部腐蚀的程度来作为评价和预测的对象，因为常常是因局部腐蚀引起的穿孔或断裂而终止设备的寿命，而此时壁厚由均匀腐蚀引起的减薄并不严重。因此开展CO2-H2O介质中钢的局部腐蚀包括应力腐蚀开裂及其防护技术和评价预测等研究将是腐蚀领域研究的重点工作;

(3) 各油气田迫切需要经济型的抗腐蚀油管。目前，抗腐蚀经济型油套管的研制在国际上已成为一种发展趋势。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省