【摘 要】
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随着经济社会的快速发展,对石油、天然气等能源的需求日益增加。面对我国进口石油及自主开发的天然气田硫含量高的现状,设备硫腐蚀问题成为石油炼化工业和天然气开采运输领域亟待解决的重大问题之一。Monel K500合金作为一种典型的镍基耐蚀合金,被广泛的应用在油气工业中。但在长期服役过程中,在富含HS-、S2-等阴离子的液相环境中Monel K500合金发生了局部腐蚀穿孔的现象。然而目前缺少Monel K
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随着经济社会的快速发展,对石油、天然气等能源的需求日益增加。面对我国进口石油及自主开发的天然气田硫含量高的现状,设备硫腐蚀问题成为石油炼化工业和天然气开采运输领域亟待解决的重大问题之一。Monel K500合金作为一种典型的镍基耐蚀合金,被广泛的应用在油气工业中。但在长期服役过程中,在富含HS-、S2-等阴离子的液相环境中Monel K500合金发生了局部腐蚀穿孔的现象。然而目前缺少Monel K500合金在含硫环境中腐蚀行为的研究。因此研究Monel K500合金在含硫环境中腐蚀行为对保证安全生产具有重要的价值和意义。本文主要利用Na2S·9H2O水溶液模拟油气工业中的液相环境,通过电化学测试的方法研究了硫离子浓度对Monel K500电化学性能的影响。同时,通过浸泡实验,分析浸泡后Monel K500试样的失重量、宏观形貌及微观形貌研究了硫离子浓度对Monel K500合金耐蚀性能的影响。此外,利用EDS、XPS等方法对腐蚀产物进行分析,研究了硫离子浓度对Monel K500合金腐蚀行为的影响。研究结果表明,Monel K500在不同浓度Na2S溶液中均产生钝化现象,腐蚀类型为点蚀。而随着硫离子浓度的增加,合金的腐蚀倾向增大,腐蚀速率增加,击穿电位降低,合金越来越不耐点蚀。同时,硫离子浓度的增加导致了腐蚀产物中Ni(OH)2量减少,破坏了膜层的完整性,导致膜层对基体的保护作用逐渐减弱,合金耐蚀性能下降。为了进一步研究Monel K500合金的点蚀生长机制,本文利用循环极化、恒电位极化、电化学阻抗谱及扫描振动电极技术研究了点蚀过程中试样表面膜层及电化学活性的变化,并利用扫描电子显微镜、EDS能谱及XPS等方法分析了点蚀过程中点蚀坑的起源及生长过程。研究结果表明Monel K500合金在Na2S溶液中发生点蚀时,点蚀萌生于TiC析出相附近。TiC析出相四周的基体优先发生腐蚀,导致析出相与基体结合力减弱,析出相脱落而留下凹坑。腐蚀产物在坑口堆积,阻碍了点蚀坑内外的离子交换,导致点蚀坑内部溶液p H值的下降,从而促进了基体的溶解,点蚀坑在向纵深方向发展的同时也在不断向四周扩展。当点蚀坑生长到一定尺寸,局部溶液p H恢复到中性时,就会重新形成稳定的钝化膜保护基体免受溶液中HS-、S2-的侵蚀。
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