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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

任呈强

  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CO_2和(或)H_2S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CO_2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FeOH_(ads)和FeOH~+_(ads),最终生成Fe~(2+);阴极过程由H_2CO_3和HCO_3~-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H_2S/CO_2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H_2S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。CO_2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H_2S后,H_2S含量较小时以CO_2腐蚀为主,腐蚀得到较大程度的促进;H_2S含量增大,转化为以H_2S腐蚀为主,出现局部腐蚀;继续增大H_2S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,CO_2腐蚀产物膜致密而均匀,表现为均匀腐蚀,H_2S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。……   
[关键词]:N80钢;高温高压;H_2S/CO_2腐蚀;腐蚀产物膜;交流阻抗;极化曲线;缓蚀剂;力学性能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西北工业大学2003年