X100管线钢在模拟地层水中的流动腐蚀行为研究

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在石油和天然气工业中,腐蚀已成为管道失效的主要机制,导致巨大的经济损失。在常用的油田管材中,X100钢具有强度高、耐压性好和成本低等优势,势必在未来会大量使用。并且在油气田输送中,基体材料表面与介质间发生相对运动,不仅会发生电化学反应,流体动力学因素对材料的腐蚀有重要的影响。然而,关于X100钢在流动体系中的腐蚀较少。因此,研究X100钢在流动介质中的电化学腐蚀,对揭示流动腐蚀过程机理,促进X100钢的应用有重要的意义。本文通过自行设计制作流动腐蚀试验装置,采用动电位极化曲线和交流阻抗谱技术,并结合体系流动场的数值模拟,研究了Cl-浓度、温度、时间、流速、冲击角度等因素对X100管线钢腐蚀行为的影响。得出以下主要结论:(1)Cl-浓度的变化不影响动电位极化曲线阴阳极反应机理。随着Cl-浓度的增加,由于腐蚀产物的堆积,介质静止条件时的腐蚀速率呈先增后减状态。但流动状态下,自腐蚀电流Icorr不断增大,电荷转移电阻Rct减小,表明Cl-浓度的增加对X100钢的腐蚀具有明显的加速作用。(2)当温度范围在4055℃之间时,介质状态对X100钢的腐蚀速率并无影响,随着温度的增加,自腐蚀电流Icorr增大,电荷转移电阻Rct减小。但在相同温度下,流动状态下的电荷转移电阻Rct都高于静止状态下的电荷转移电阻Rct,腐蚀速率略高于静止状态下的腐蚀速率。(3)在08h时间范围内,随着时间的增加,浸泡状态下X100钢的自腐蚀电流Icorr先减后增,电荷转移电阻Rct先增后减;流动状态下的自腐蚀电流Icorr先增后减,腐蚀速率先增后减。并且在相同时间下,流动状态下的腐蚀速率远高于静止状态下的腐蚀速率,表明流动会加剧试样的腐蚀。(4)当流速在0.5-2.0m/s之间变化时,X100钢受活化控制,其电化学阻抗谱为一个半圆形状,且半径逐渐减小,电荷转移电阻Rct不断减小,并且表面的边界层变宽,介质中的离子迁移到X100管线钢表面的阻力减小,自腐蚀电流Icorr增大。(5)冲击角度的变化不影响动电位极化曲线阴阳极反应机理,随着冲击角度的增加,自腐蚀电流Icorr减小,电荷转移电阻Rct增大,腐蚀速率减小。在不同流体冲击角度下,电极表面存在不同的流场和流速,最小的冲击角度下,电极表面具有最大的流速和剪切应力。
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