管线钢腐蚀的材料因素与环境因素关联性研究

论文摘要

基于某气田单井集输管线腐蚀穿孔现象,调研了集输工况,在此基础上开展了不同管材的腐蚀行为研究,得到了各自的腐蚀速率变化规律,并采用电化学方法分析它们的腐蚀机理,结合正交实验方法、金相分析、物相分析和形貌分析等手段,探讨了管线钢腐蚀的材料因素与环境因素的关联性,为以后该气田在单井集输管线的材料选择和防腐措施工作提供思路。在模拟该气田集输系统的腐蚀介质中,对20G、15CrMo、20#三种钢进行了典型环境因素的正交实验和单因素实验。结果表明：影响20G、15CrMo、20#钢的环境因素排序存在差异,影响管线钢C02腐蚀最显著的四个因素分别是温度、pH值、HC03-和Cl-。HC03-和C02含量较高时,有利于促进钝化,15CrMo钢比20G钢耐蚀,而变化其它因素时,20G钢比15CrMo钢耐蚀,20#钢的腐蚀速率最高。并结合实际环境讨论了环境因素的作用机制。交流阻抗和极化曲线测试结果表明,20G、15CrMo、20#三种钢在该实验环境中的腐蚀电化学机理是一致的,其腐蚀速率主要受阴极过程控制,腐蚀产物对腐蚀速率也有着重要影响。XRD分析表明三种钢的腐蚀产物的物相均为FeC03,但SEM分析发现腐蚀产物的形貌存在差异。20G钢的腐蚀产物微观取向性很强,对基体的保护性较好；15CrMo钢腐蚀产物覆盖致密,但是裂痕的存在一定程度上削弱了产物本身的保护性；而20#钢腐蚀产物形貌缺陷较多,故对腐蚀介质的阻挡作用最小。研究发现,三种钢的显微组织和成分对其腐蚀速率也有直接的影响。因此,材料因素和环境因素共同决定了管线钢的腐蚀行为。故实验条件下在C02和HC03-含量较高时可选用15CrMo钢,其它环境中选用20G钢,为了更好地控制腐蚀,建议添加缓蚀剂防腐。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出、研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 2腐蚀机理方面的研究'>1.2.1 CO₂腐蚀机理方面的研究
• 2腐蚀的影响'>1.2.2 单因素对CO₂腐蚀的影响
• 2腐蚀研究'>1.2.3 不同材料的CO₂腐蚀研究
• 1.3 本文的研究内容、研究方法和理论依据
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 理论依据
• 1.4 创新点
• 第2章 环境条件与实验方法
• 2.1 环境条件
• 2.1.1 气田集输系统基本情况
• 2.1.2 天然气气质分析
• 2.1.3 气田生产系统产出水分析
• 2.1.4 气田地面集输系统的腐蚀现状及防腐的迫切性
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 组织结构分析实验
• 2.2.2 腐蚀速率测试实验
• 2.2.3 电化学机理研究实验
• 2.2.4 腐蚀产物膜分析实验
• 第3章 环境因素对管线钢腐蚀规律的影响
• 3.1 环境因素影响的正交实验
• 3.1.1 实验条件
• 3.1.2 正交实验表
• 3.1.3 实验结果
• 3.1.4 正交实验小结
• 3.2 典型环境因素对材料腐蚀的影响规律
• 3.2.1 温度的影响
• 3.2.2 PH值的影响
• -的影响'>3.2.3 CL^-的影响
• 3^-的影响'>3.2.4 HCO₃^-的影响
• 2分压的影响'>3.2.5 CO₂分压的影响
• 3.2.6 单因素实验小结
• 3.3 单井环境中材料的腐蚀行为
• 3.4 本章小结
• 第4章 材料因素对腐蚀机理的影响
• 4.1 材料的显微结构与成分对腐蚀的影响
• 4.1.1 20G钢的组织与成分对腐蚀的影响
• 4.1.2 15CRMO钢的组织与成分对腐蚀的影响
• 4.1.3 20#钢的组织与成分对腐蚀的影响
• 4.2 不同材料的腐蚀电化学机制
• 4.2.1 相同条件下三种钢的极化曲线
• 4.2.2 相同条件下三种钢的交流阻抗谱
• 4.3 腐蚀产物对不同材料腐蚀的影响机制
• 4.3.1 宏观形貌分析
• 4.3.2 组分分析
• 4.3.3 微观形貌分析
• 4.3.4 腐蚀产物对电化学行为的影响
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果