碳钢在二氧化碳溶液中腐蚀影响因素的研究
CO_2对碳钢腐蚀影响的模拟试验及缓蚀剂评价
CO 2对碳钢腐蚀影响的模拟试验及缓蚀剂评价魏爱军1,霍富永1,程世宝2,党晓莉2,(1.西安石油大学,西安710065;2.中石化管道储运公司,徐州221008;3.辽河油田分公司沈阳采油厂,沈阳110316)摘 要:对CO 2在油田模拟采出水中碳钢的腐蚀情况和影响因素进行了试验分析和讨论。
分别对型号为HJ F 294和WSL 21的两种油田常用缓蚀剂的性质和缓蚀效果进行了测试。
结果表明,HJ F 294缓蚀剂,在较低和较高的浓度范围内,有较好的缓蚀效果;WSL 21缓蚀剂,在较低和较高的浓度范围内,有很好的缓蚀效果,尤其在较高浓度时缓蚀效果非常好。
关键词:二氧化碳腐蚀;模拟水;缓蚀剂;缓蚀率中图分类号:T G172.6;T G174.42 文献标识码:A 文章编号:10052748X (2008)0720378203Simulating Study of the Influence of CO 2on Corrosion in Oil pipelinesWEI Ai 2jun 1,HUO Fu 2yong 1,CH EN G Shi 2bao 2,DAN G Xiao 2li 2,(1.Xi ′an Shiyou University ,Xi ′an 710065,China ;2.SINOPEC Pipeline Storage &Transportation ;Xuzhou ;3.PetroChina Liaohe Oilfield Company Shenyang oil Production Plant Shengyang ,China )Abstract :Carbon dioxide is a species of weak acidic gas ,it is an corrosive in oil and gas industries.The influencingfactors of CO 2corrosion are discussed and analyzed for simulated extraction water of oil 2field in which carbon dioxide dissolved.The characters of two common used oilfield corrosion inhibitors ,HJ F 294and WSL 21,were tested.The results showed a good effect of inhibition after using the two corrosion inhibitors in the ranges of lower and higher concentrations.In this experiment ,the WSL 21exhibited better effect than the HJ F 294and the best effect appeared in high concentrations.K ey w ords :carbon dioxide corrosion ;simulated water ;corrosion inhibitor ;inhibition rate0 引 言在油田各种集油管线中,普遍存在CO 2腐蚀。
循环水系统碳钢的腐蚀及控制
循环水系统碳钢的腐蚀及控制一、腐蚀的机理碳钢在水中的腐蚀是一个电化学过程。
由于碳钢组织表面的不均一性（材料中存在缺陷、杂质和溶质等），因此，当其侵入水中时，在其表面就会形成许多微小的腐蚀电池，其腐蚀机理及示意图（图一）如下：图一碳钢的电化学腐蚀阳极反应：Fe-→Fe2++2e阴极反应:02+2H20+4e->40Π沉淀反应：FeFOHfFe（OH）2I由上述腐蚀机理可知：造成碳钢腐蚀的是碳钢的阳极溶解反应，因此，碳钢的腐蚀破坏仅出现在腐蚀电池的阳极区，而腐蚀电池的阴极区是不腐蚀的。
且上述反应属于共物反应，即阳极氧化反应和阴极还原反应必须同时进行，如其中一个反应被停止，则整个反应就会停止。
二、腐蚀的形态在冷却水中碳钢的腐蚀是电化学腐蚀，且电化学腐蚀又分为全面腐蚀和局部腐蚀。
1.全面腐蚀全面腐蚀又称为均匀腐蚀，即在碳钢表面上大量分布着微阴极和微阳极，这种腐蚀不易造成穿孔，腐蚀产物氧化铁可在整个金属表面形成，在一定情况下有保护作用。
全面腐蚀的阴、阳极并不分离，阴极面积等于阳极面积，阴极电位等于阳极电位。
全面腐蚀示意图见图二，如下：图二全面腐蚀示意图2.局部腐蚀当腐蚀集中在碳钢表面的某些部位时，称为局部腐蚀。
局部腐蚀的速度很快，往往在早期就可使碳钢腐蚀穿孔或龟裂，所有危害性很大。
循环冷却水处理中腐蚀控制的重点就是防止或减缓局部腐蚀的发生。
局部腐蚀过程中阴、阳极互相分离，阴极面积大于阳极面积，但是阳极电位小于阴极电位，腐蚀产物无保护作用。
循环冷却水系统中常见的碳钢换热器局部腐蚀的形态见下述：3.1.电偶腐蚀电偶腐蚀又称为双金属腐蚀或接触腐蚀。
当两种不同的金属浸在导电性（循环冷却水）的水溶液中时，两种金属之间通常存在电位差（见图三部分金属的电偶序）。
如果这两种金属互相接触，则该电位差就会驱使电子在它们之间流动，从而形成一个腐蚀电池。
与不接触时相比，耐蚀性较差的金属（即电位较低的金属）在接触后腐蚀速度通常会增加，而耐蚀性较好的金属（即电位较高的金属）在接触后腐蚀速度将下降。
某油田开发中二氧化碳腐蚀的危害性现状分析
某油田开发中二氧化碳腐蚀的危害性现状分析要想降低油气田开采中的二氧化碳腐蚀，必须对腐蚀机理以及类型基质影响因素这些进行分析和研究。
通过对腐蚀机理调研可以发现，二氧化碳会产生碳酸，进而产生电化学反应，最终造成钢材腐蚀。
在腐蚀种类上有均匀和冲刷以及坑点腐蚀，影响因素较多。
现在开发中防腐蚀措施也较多，现在主要对腐蚀的危害以及方式方式进行论述。
标签：二氧化碳；腐蚀机理；防腐方式前言：在油田开发中，二氧化碳腐蚀会造成巨大损失同时也会发生灾难性后果。
二氧化碳还石油和天然气开发中产生的常见气体。
在溶于水之后对金属会有加强的腐蚀性，这些对材料造成的破坏可以称之为二氧化碳腐蚀。
这些腐蚀会使得油井寿命大大低于设计寿命，也会使得设备腐蚀失效，现在掌握好腐蚀问题研究现状以及趋势，为减少损失提升效益提供借鉴。
1 二氧化碳腐蚀的机理二氧化碳腐蚀问题一直是人们关注的主要问题。
因为在二氧化碳溶于水之后PH 值升高，不断加速管材腐蚀，金属表面附着的H2C03中没有被电离的分子会被还原为H2分子，在电解质溶液中扩散到金属表面形成H2C03。
从此也可以看出碳酸造成的腐蚀要明显比电离要严重。
腐蚀学认为，坑腐蚀诱发主要是因为有台地腐蚀机制以及流动诱导机制等都会造成膜破损。
也有人通过腐蚀产物膜生产和发展过程，提出台地腐蚀机制：坑蚀最早出现在几个点，之后发展为一片，小孔腐蚀介质会破坏腐蚀产物膜，从而造成腐蚀。
2 二氧化碳腐蚀中的影响因素二氧化碳腐蚀是一个复杂的电化学过程，主要影响因素为PH 值以及二氧化碳分压、温度和流速、水量等各种因素。
2.1 PH 值。
溶液内PH 值会影响到H2C03在水中存在方式，在研究中可以发现PH﹤4 时，主要存在形式为H2C03；在4≤PH≤10 时，主要是以HC03 的形式出现，在PH>10 时，存在形式是CO2。
同时随着PH 值持续增加，H+增加而不断下降，腐蚀速率也会逐渐降低。
随着FeCO3 内的溶解度持续下降，更方便FeCO3 腐蚀膜的形成，这样也会降低腐蚀速率。
碳钢大气腐蚀与环境因素的关联度分析.
试验与研究碳钢大气腐蚀与环境因素的关联度分析戴明安(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所青岛266071刘珍芳(青岛市气象局青岛266071摘要应用灰色理论关联度分析方法,对钢的大气腐蚀与环境因素间的关联度进行了计算,分析了初期腐蚀和长期腐蚀的主要影响因素,结果表明,钢初期腐蚀主要是钢在水介质(雨水、凝露中的腐蚀,形成水和影响水质的气象和环境因素对钢初期腐蚀有重要作用;长期腐蚀主要是锈层下的润湿腐蚀,同理,形成水膜和影响大气质量的气象和环境因素对钢长期腐蚀有重要作用。
主题词碳钢大气腐蚀关联度ANA LYSIS OF THE CONJUNCT ION BET WEEN ENV IRON M ENT AL FACT ORS AND ATM OSPHERIC CORROSION OF CARBON STEELDai Mingan(Q ingdao R esea rch Institute fo r M a rine Co rr osio n,Q ingdao266071Liu Zhenfang(Q ingdao W eather Bureau Q ing dao266071Abstract T he conjunctio n coefficient s betw een at mospher ic cor ro sion of car bo n steel and envir o nmental factor s hav e been calculated using gr ay theor y.T he m ain env iro nment al facto rs affect ing ex po sur e cor ro sion testing for both long per iod and sho rt per iod have been discussed.It is show n that atmo spher ic cor ro sion in shor tperio d m ay be refer r ed to wa ter co rr osio n and in long per iod may be r efer red to mo ist cor r osio n under r ust.Keywords Car bon steel A tmo spher ic cor ro sion Conjunctio n1引言大气腐蚀过程中水膜下的电化学腐蚀过程,大气腐蚀与环境的关系是腐蚀工作者长期研究的内容之一。
CO_2腐蚀产物的分析及其防腐技术研究
CO 2腐蚀产物的分析及其防腐技术研究X姚志霞1,陈相伟2,陈暗梅1(1.中原油田采油二厂注水大队;2.中原油田油气储运管理处,河南濮阳 457532) 摘 要:在论述CO 2的腐蚀机理的基础上,分析了影响腐蚀的各种因素,例如温度、压力等。
并重点对CO 2的腐蚀产物进行研究,从表面形态结构到影响膜厚和膜晶粒大小的因素进行阐述。
最后归纳了最近的防腐技术,并说明了如何确定合理的防腐技术。
关键词:CO 2腐蚀;腐蚀产物;防腐技术 中图分类号:T E98 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)14—0088—04 CO 2腐蚀是油套管腐蚀的重要类型之一。
研究表明,在含CO 2的油水体系或水溶液中,铁基金属表面会形成一层主要成分为FeCO 3的腐蚀产物膜。
而产物膜的物理性能又会影响CO 2的腐蚀。
分析腐蚀产物膜的结构及物性对如何防腐和腐蚀研究有重要的意义和作用。
1 腐蚀机理干燥的CO 2气体本身是没有腐蚀性。
但当CO 2溶解于水中时形成碳酸,会引发钢铁材料发生电化学腐蚀。
暴露于含CO 2的介质中钢铁材料,表面很容易沉积一层垢或腐蚀产物,如果结构致密,就会阻抑金属的腐蚀。
相反,不够致密时会使垢下的金属成为缺氧区,和周围的富氧部分形成一个氧浓差电池,垢下金属发生阳极溶解并进一步快速腐蚀[1]。
Ogundele 等人[2]认为主要的腐蚀过程可以概括为三个阴极反应和一个阳极反应,在pH 值为6时,阴极发生的主要过程为H 2CO 3和HCO 3-的减少:2H 2CO 3+2e -→H 2+2HCO 3-2HCO 3-+2e -→H 2+2CO 32-2H+2e -→H 2Fe →Fe 2++2e -经过上述反应,在碳钢的表面就会形成一层腐蚀膜。
有些资料认为碳酸铁(Fe-CO 3)对保护膜的形成有重要的影响,它的形成过程如下:Fe 2++CO 2-3→FeCO 3Fe 2++2HCO 3-→Fe (HCO 3)2Fe (HCO 3)2→FeCO 3↓+CO 2+H 2O同时Waar d 和Milliams 的研究表明[3],钢在酸中的阴极反应如下:2H →H 2或H ++e -→H 2然而Bockris,Drazic 和Despic 提出了不同的观点[4]F ++→F O +F O +→F ++O 从反应过程可知,由于涉及了OH -离子和H +离子,所以在固定电位下,阳极溶解与H +离子浓度成反比,因此腐蚀速率主要依赖于pH 值。
碳钢在碳酸铵溶液中的腐蚀研究实验改进
碳钢广泛应用在石油化工设备管道、工农业生产等领域，但碳钢腐蚀问题已涉及到安全生产。 碳钢在不同的酸碱性环境[1–3]、盐水体系[4–6]、不同气体和土壤[7,8]中的腐蚀行为以及在工业腐蚀体系 中添加缓蚀剂的方式控制腐蚀[9,10]已有大量的报道，因此研究碳钢与环境介质作用的规律，探究腐蚀 过程的机理一直是人们关注的热点。
碳钢腐蚀极化曲线的测定是我院本科生大三下学期的物化实验，实验目的是让学生采用电化学 工作站测定碳钢腐蚀的极化曲线，但是目前学生实验操作局限于用线性扫描伏安法改变扫描速度、 氯离子浓度这样一些简单的实验参数，实验装置陈旧，实验数据现象不明显，教学效果差，达不到 对学生的综合能力的锻炼。本文在调研文献的基础上结合实验教学，改进实验装置，增加实验内容，
收稿：2018-10-31；录用：2018-11-26；网络发表：2018-12-06 *通讯作者，Email: yfdu@ 基金资助：华东师范大学设备处实验教学设备研制基金项目
34
大学化学
Vol.34
与最新的防腐蚀技术相结合，拓宽学生实验思路，提高学生的科研研究能力。采用线性扫描伏安 (LSV)法和交流阻抗(EIS)法研究不同条件(温度、扫描速度、氯离子介质及硫脲缓蚀剂)对碳钢腐蚀的 影响规律，计算得出相关腐蚀动力学参数，对碳钢防护具有指导意义。
Shanghai 200241, P. R. China.
Abstract: The corrosion law of carbon steel under different experimental conditions was studied by linear sweep voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The anodic process of carbon steel was dissolving, passivating and over passivating in ammonium carbonate solution. The mass transfer of the electrode at the initial phase was controlled by linear diffusion; with the increasing of solution temperature, the impedance spectrum was expressed as a single time constant. The diameter of reactance decreased gradually, the resistance became smaller and the corrosion rate of carbon steel increased. The greater the concentration of Cl, the smaller the passivation area，the corrosion of carbon steel increased. With the addition of the thiourea corrosion inhibitor, the increasing of the diameter of the reactance, the resistance became larger, which was beneficial to the protection of carbon steel.
油气田开发中的二氧化碳腐蚀及影响因素
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。虽然许多专家都对此提出了自已的观点，但是到
全面腐蚀控制
万里平等： 油气田开发中的二氧化碳腐蚀及影响因素 ２００３年第１７卷第２期
速度。在含 ＣＯ２ 介质中，钢表面腐蚀产物膜组成、结 构、形态及特征会受介质组成、Ｐｃｏ２、Ｔ、ｐＨ 值和钢 组成的影响。膜的稳定性和渗透性会影响钢的腐蚀特
性。视钢种、介质和环境状态参数的不同，膜组成为
ＣＯ ２（吸附） ＋ Ｈ ２Ｏ → Ｈ２ ＣＯ ３（吸附）
＋
Ｈ
Ｃ
Ｏ
３
－ （吸附）
Ｈ Ｃ Ｏ３－（吸附） ＋ Ｈ ３Ｏ＋ → Ｈ ２ＣＯ ３（吸附） ＋ Ｈ２Ｏ
支持后一机理的实验结果还表明：（１）不同金属
材料有不同的催化活性，因而腐蚀速率也不同；（２）在
一定的 ｐＨ 值范围内（ｐＨ 值为 ４～６），ｐＨ 值对阴极反
—１４ —
ＣＯ２ 含量高达 １２％ 左右；大庆油田、吉林油田也都发 生过因 ＣＯ２ 腐蚀而造成设备严重腐蚀的情况。ＣＯ２ 腐 蚀也是一个世界性的问题，例如挪威的Ｅｋｏｆｉｓｋ油田、 德国北部地区的油气田、美国的一些油气田以及中东 油田等均存在 ＣＯ２ 腐蚀问题。挪威Ｅｋｏｆｉｓｋ 气田 １ 号 井，ＣＯ２ 分压高达 ０．６２ＭＰａ，水相 ｐＨ 值为 ６．０，温度 为９３℃，Ｆｅ２＋浓度为１２０ｍｇ／Ｌ，流速在６．４～７．９ｍ／ｓ，在 正常生产３０９ 天后，于井深１７４０ｍ处的油管便因腐蚀 而断裂，按此估计，其ＣＯ２ 腐蚀速度为１０．２ｍｍ／ａ。由 上诸多实例可以看出，无论在国内还是国外，ＣＯ２ 腐 蚀都已成为一个不容忽视的问题［１－３］。
３．２ ＣＯ２分压 ＣＯ２ 分压是衡量 ＣＯ２ 腐蚀的一个重要参数。通常 认为，当 ＣＯ２ 分压超过 ２０ＫＰａ 时，流体具有腐蚀性， 这是一条判别准则。在较低温度下（低于 ６０℃），由 于温度较低，没有完善的ＦｅＣＯ３ 保护膜，腐蚀速度随 ＣＯ２ 分压的增大而加大。在 １００℃左右，ＦｅＣＯ３ 膜的 保护不完全，出现坑蚀等局部腐蚀，其腐蚀速度也随 ＣＯ２ 分压的增大而加大。在１５０℃左右，致密的ＦｅＣＯ３ 保护膜形成，使腐蚀速度大为降低。１９７５ 年， Ｄｅ Ｗａａｒｄ 和Ｍｉｌｌｉａｍｓ提出了在无ＦｅＣＯ３保护膜下ＣＯ２对 炭钢的腐蚀速度计算公式［５］。该公式已在工业上广泛 应用，其形式如下： ｌｇＣＲ＝０．６７ｌｇ（Ｐｃｏ２）＋Ｃ 式中：ＣＲ 为腐蚀速度，ｍｍ／ａ；Ｐｃｏ２ 为 ＣＯ２ 分压， １０５Ｐａ；Ｃ 为温度影响校正常数。由上式可以看出：腐 蚀速度与 ＣＯ２ 分压的 ０．６７ 次幂成正比。 许多实验表明，在温度低于 ６０℃时，金属表面
碳钢大气环境腐蚀大数据研究及主要影响因素作用规律
碳钢大气环境腐蚀大数据研究及主要影响因素作用规律摘要：碳钢是一种常用的结构材料，在大气环境下容易发生腐蚀，导致结构失效。
针对碳钢大气环境腐蚀问题，本文从数据角度出发，分析了大量的腐蚀数据，揭示了主要的影响因素和作用规律。
研究表明，大气环境中的氧气、水分和盐分是导致碳钢腐蚀的主要因素，而温度和湿度则是影响腐蚀速度的重要参数。
此外，空气污染物、紫外线辐射等也会影响腐蚀过程。
研究成果对于提高碳钢的使用寿命、降低维护成本具有重要意义。
关键词：碳钢；大气环境；腐蚀；影响因素；作用规律引言碳钢是一种常见的结构材料，广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域。
然而，在大气环境下，碳钢容易受到腐蚀，从而导致结构失效，严重影响使用寿命和安全性能。
因此，研究和掌握碳钢在大气环境中的腐蚀特性和规律具有重要意义。
目前，国内外学者对碳钢大气环境腐蚀机理和影响因素进行了大量的研究，但是缺乏针对大量腐蚀数据的综合分析与归纳。
本文基于大量的实验数据，从数据角度出发，分析了碳钢在大气环境中的腐蚀特性和规律，并探讨了主要的影响因素和作用规律。
一、碳钢大气环境腐蚀特性碳钢大气环境腐蚀主要表现为钝化膜破坏和金属表面溶解。
钝化膜破坏是指在氧、水和其他腐蚀性介质的作用下，钝化膜受到损伤，从而导致基体的金属离子释放。
当环境中的氧、水和其他腐蚀性介质长期作用于钝化膜上时，钝化膜会逐渐破坏，金属表面出现裸露区域，进而引发金属表面的溶解。
二、影响因素分析（一）氧气氧气是导致碳钢大气环境腐蚀的重要因素之一。
在大气环境中，氧气是最丰富的元素之一，也是导致碳钢腐蚀的主要原因之一。
氧气可以和金属表面的铁离子形成氧化物，并形成稳定的钝化膜。
但是，长期暴露在氧气环境下，钝化膜容易破坏，金属表面会逐渐溶解。
（二）水分水分是碳钢大气环境腐蚀的另一个关键因素。
在大气中，含水量较高的环境会大大加速碳钢的腐蚀速度。
这是因为水分可以形成强烈的电解质，促进了钝化膜的破坏和金属表面的溶解。
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［2］ NesicS，SolviGT，parisonoftherotatingcylinderandpipeflowtestsforflow-sensitivecarbondioxidecorrosion［J］.Corrosion，1995，51（10）：773
-787 ［3］ 邸静，马洁，初一鸣，等.用电化学法研究咪唑类缓蚀
赵景茂 顾明广 左 禹
（北京化工大学材料科学与工程学院，北京 100029）
摘 要：研究了碳钢在二氧化碳饱和溶液中各种因素对腐蚀的影响。研究结果表明腐蚀速率随 CO2 压力的升高 而增大；温度在60࠷时腐蚀速率最大；钙离子的存在减缓了腐蚀；当 NaCl质量浓度等于30g／L时，腐蚀速率最大； Mg2+和SO24- 离子对腐蚀速率影响不大。 关键词：碳钢；二氧化碳；影响因素
因可能是由于所研究体系的pH 值、压力不同所致。 在常压、碱性溶液中，碳钢表面形成的 CaCO3 疏松， 不够完整，从而更容易引进垢下腐蚀。
2.5 Mg2+和SO24- 离子对腐蚀速率的影响 在30g／L NaCl溶液中，Mg2+ 和 SO24- 对 CO2
腐蚀速率的影响分别见图6和7。30g／LNaCl溶液 中加入少量的 Mg2+或SO24- 离子之后，腐蚀速率有 所增加，这可能是由于这两种离子的加入提高了溶
中图分类号：TG172.3
引言
油气田 开 采 过 程 中，石 油 和 天 然 气 中 含 有 的
CO2 对井下和地面集输管线造成了严重的腐蚀，甚 至发生了恶性事故，不仅给油气田带来了重大的经
济损失，也对环境造成了一定的破坏。因此，CO2 腐 蚀一直为 人 们 所 重 视，并 进 行 了 许 多 研 究，提 出 了 CO2 腐蚀的多种机理［1-3］，但涉及到具体影响因素 的研究 仅 限 于 温 度、流 速、CO2 分 压 等，实 际 影 响 CO2 腐蚀的因素还有介质组成等因素。本文根据油 气田气井腐蚀环境［4］，不仅考查了温度、CO2 分压， 还对介质中的 Ca2+，Mg2+，SO24-，Cl- 等几种离子 对碳钢腐蚀的影响进行了研究。
当温度低于60࠷时，CO2 分压对碳钢和低合金 钢腐蚀速率的影响可用 DeWaard等提出的经验公 式表达［1］
图2 60࠷时碳钢表面的腐蚀形貌
Fig.2 MorphologyofCO2pittingbySEM
Schmitt的研究结果也表明，CO2 腐蚀动力学在 60࠷附近有质的变化［6］。在60~110࠷之间，铁表 面由于生成了一层具有一定保护性的腐蚀产物，抑
制了腐蚀，从而腐蚀速率出现了极大值（含 Mn钢在 40࠷附近，含 Cr钢在60࠷附近）；Schmitt的研究结 果还表明，当温度在110࠷或更高的温度，由于表面 产物 层 由 FeCO3 变 成 厚 而 疏 松 的 无 保 护 性 的 Fe3O4，腐蚀速率增大。中石化四川西南气田通过对 三口气井CO2 腐蚀分析表明，井温在33~55࠷的范 围内，腐蚀最严重，这与本实验结果相接近。
液的电导率所致。溶液电导率大，有利电化学反应
中的电子转移，从而能加速腐蚀。当溶液中 Mg2+ 和SO24- 离子超过一定浓度后，腐蚀速率变化不大， 这可能是因为此时溶液的导电性已很强，离子加入
图6 不同 Mg2+浓度下 CO2 的腐蚀速率 Fig.6 CorrosionratesatdifferentMg2+concentrations
出温度对 CO2 腐蚀有明显的影响。当温度<60࠷ 时，碳钢的腐蚀速率随温度的升高而增加，当温度> 60࠷后腐蚀速率反而降低，在60࠷时出现最大值。 这是因为温度的升高能加速化学反应速率，而随着
温度 的 升 高，腐 蚀 产 物（FeCO3）的 溶 解 度 逐 渐 下 降［5］，促使腐 蚀 产 物 在 碳 钢 表 面 形 成 保 护 膜，从 而
被 CaCO3 覆盖的区域因自催化作用腐蚀加快，所以 腐蚀速度增大；随着 Ca2+ 质量浓度的增加，被 CaCO3 覆盖的区域不断扩大，碳钢表面活性区域相应 减小，腐蚀速率逐渐降低。
许 立 铭 等［10］在 10g／L NaCl+2000 mg／L HCO3- 溶液中，研究了Ca2+质量浓度在0~320mg／ L范围内对腐蚀速率的影响，发现随着溶液中 Ca2+ 质量浓度的升高，腐蚀速率逐渐增加，Ca2+ 的存在 促进了腐蚀。这与本文的研究结果恰好相反，其原
松。
度，腐蚀介质的 pH 值也随之降低。有资料研究表 明，在40࠷、CO2 分压为28kPa时，pH 值可降到4 左右［7］，若温度、压力更高，pH 值还将进一步降低。 pH 值的降低一方面可以加速碳钢的腐蚀，另一方面 还会促进腐蚀产物 FeCO3 的溶解，保护膜溶解后， 使新鲜的碳钢表面裸露于腐蚀介质中，促进了腐蚀。
降低了腐蚀速率。实验过程中可以很直观地发现在
温度低时，碳钢表面形成黑色疏松的腐蚀产物，温度
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北京化工大学学报
2005年
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超过60࠷后，能形成比较致密的腐蚀产物膜，这层 膜阻止腐蚀的 进 一 步 发 生。图 2 为 60࠷ 时 腐 蚀 后 的扫描电镜图，可以看出碳钢表面多孔，腐蚀产物疏
第32卷 第5期
北京化工大学学报
Vol.32，No.5
2005年
JOURNALOFBEIJING UNIVERSITY OFCHEMICALTECHNOLOGY
2005
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碳钢在二氧化碳溶液中腐蚀影响因素的研究
率。
腐蚀速率计算公式： VcE8.76*107*（m1-m2）／（s·t·p） 式中：Vc为腐蚀速率，mm／年；m1 为腐蚀前试片的 质量，g；m2 为腐蚀后试片的质量，g；s 为试片的面 积，cm2；p 为碳钢的密度，kg／m3；t为试验时间，h。
2 结果与讨论
2.1 温度对 CO2 腐蚀的影响 图1是碳钢在 CO2 分压为600kPa，30g／LNa-
3，实验压力为600kPa。前人研究表明碳钢在含氧 的30g／LNaCl溶液中的腐蚀速率最大，NaCl质量 浓度低于和高于30g／L 腐蚀速率都较小。这与王 志龙等人在对 N80钢中的研究是一致的［8］。从图4 中也可以看出这一规律同样适用于碳钢在二氧化碳
溶液中的腐蚀，这是因为溶液中存在 Cl- 时，Cl- 能 够减弱腐蚀产物膜与金属间的作用力，从而使保护
赵景茂等：碳钢在二氧化碳溶液中腐蚀影响因素的研究
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对整个溶液的导电性影响不大所致。实测电导率也
表明，当 溶 液 中 的 Mg2+ 或 SO24- 质 量 浓 度 小 于 1000mg／L时，溶液的电导率随着 Mg2+ 或 SO24- 质 量浓度的增加而增加，当离子质量浓度超过 1000 mg／L后，溶液电导率基本不变。
NaCl溶液中 CO2 分压对腐蚀的影响。从图 3 可看 出，随着 CO2 分压的升高，腐蚀速率逐 渐 增 加，且 CO2 的分压与腐蚀速率近似成线性关系。这是因为 CO2 分压升高后，增加了 CO2 在 水 溶 液 中 的 溶 解
ห้องสมุดไป่ตู้
图4 NaCl浓度对腐蚀速率的影响
Fig.4 CorrosionratesatdifferentNaClconcentrations
2.2 CO2 分压对腐蚀速率的影响 本研 究 表 明，60࠷ 时 腐 蚀 速 率 最 大，因 此 以 下
实验均在这一温度下进行。图 3 是碳钢在 30g／L
lgVcE0.67lg（pCO2）+c 式中，pCO2为 CO2 分压，kPa；c 为与温度有关的常 数。
2.3 Cl-浓度对腐蚀速率的影响 碳钢在不同浓度 NaCl溶液中的腐蚀速率如图
图7 不同SO24- 质量浓度下 CO2 的腐蚀速率 Fig.7 CorrosionratesatdifferentSO24-concentrations
3 结论
（1）碳钢在 CO2 溶液中，温度在40~90࠷范围 内，当 温 度 小 于 60࠷ 时 腐 蚀 速 率 随 温 度 升 高 而 增 大，60࠷时腐蚀速率最大，超过60࠷后腐蚀速率逐 渐降低。
膜失去对碳钢的保护作用，所以出现随着 Cl- 浓度 的增加腐蚀速率增加的现象；但当 NaCl质量浓度 超过30g／L后，由于 CO2 在溶液中的溶解度下降， 溶液腐蚀性降低，所以出现随 Cl- 浓度升高腐蚀速 率下降的现象。
图3 不同二氧化碳分压下的腐蚀速率
Fig.3 CorrosionratesatdifferentCO2pressures
（2）当 NaCl质量浓度小于30g／L时，腐蚀速率 随 NaCl浓度升高而增加；当 NaCl质量浓度为30g／ L时，腐蚀速率最大，随 NaCl浓度的进一步提高，腐 蚀速率反而下降。
（3）腐蚀速率随 CO2 分压的升高而增大，Ca2+ 对腐蚀有抑制作用；Ca2+ 质量浓度在1000mg／L 时 腐蚀速率最大，Mg2+ 的加入稍微促进腐蚀，而 SO24影响不大。
Cl溶 液 中 不 同 温 度 下 的 腐 蚀 速 率。 从 图 1 可 以 看
1 实验部分
1.1 实验材料、试剂和仪器 Q235 钢，NaCl，CaCl2，MgCl2，Na2SO4，DDS-