CO-,2-腐蚀速率预测模型研究现状

型
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旷。，一［Ｈ一２ＣＱ］！ 一 ｉ１＋ｅ一１ １—＂１ｒ＋‘１ （５）
其中，巧是活化反应速率，％。是传质速率。其中 活化反应速率Ｖ，与ＤｅＷａａｒｄ ９１模型 相似，而传质速率可以计算为：
‰＝２．４５．万ＵＯ．１２．ＰＣ０２
（６）
其中Ｕ是流速ｍ／ｓ，ｄ是水力直径ｍ。考虑到腐蚀产物膜对腐蚀速率的影响，最后还要乘 以腐蚀产物膜因子。该模型进一步还引入了材料成分与微观组织对腐蚀速率的影响因子。 图４为利用模型计算的腐蚀速率。
（ＩＩ）
腐蚀电流密度可以用两部分电流密度表示，一是活化反应电流密度“，另外一个就是
极限扩散电流密度。因此，单独求出其中各个值的大小，就可以得到腐蚀电流密度。但是， 该模型未考虑腐蚀产物膜对腐蚀速率的影响。
因此，Ｎａｓｉｃ又进一步建立了腐蚀产物膜覆盖条件下的机制模型９。该模型重点在于建 立膜的孔隙度对离子的扩散、迁移过程的影响方面，最终的目的仍然在于计算电极表面的 离子浓度，从而算出腐蚀电流密度。但Ｎｅｓｉｃ建立的机制模型中未包含原油对腐蚀速率的 影响，这可能与目前大家对这方面机理的认识不足有关。另外，Ｎｅｓｉｃ的机制模型只考虑一 般湍流流动对腐蚀速率的影响，不考虑流型、流态对腐蚀速率的影响。
腐蚀速率的影响，而ＤｅＷａｒｒｄ模型中当含水率码ｏ％以及流速大于ｌｍ／ｓ时，腐蚀速率为零； 否则，原油对腐蚀速率不会产生缓蚀作用；ＯＨＩＯ大学的Ｊｅｐｓｏｎ认为原油含量从ｏ％增加到 ６０％时腐蚀速率逐渐下降，而ＥＣＥ模型进一步给出了原油对腐蚀速率的影响因子”。但是， 总体来说，原油对腐蚀速率的影响研究还不充分，还未找到比较合适的参量来定量描述原 油对腐蚀速率的影响。
另外，ＯＨＩＯ大学的Ｊｃｐｓｏｎ针对海底管线油气水三相混输的情况，开发了多相流条件 下的ＣＯ：腐蚀预测经验模型，其腐蚀预测模型为ｏ：
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ＣＲ＝３ Ｉ．１５Ｃｏ，。％。（等）ｏ ３扩６Ｐｃ。，ｏ ８ｒｅｘｐ（≠筹）
Ｌ
‘
』
（２）
该模型更多的考虑了段塞流对腐蚀速率的影响，同时，模型中虽然考虑了油的润湿性， 腐蚀产物膜对腐蚀速率的影响则未加考虑，因此预测结果比较保守。
半经验模型在建立之初酋先考虑的是腐蚀过程的电化学动力学过程以及离子传质过 程，建立起相关的动力学模型以后，利用实验数据以及现场数据确定模型中备个影响因素 的系数大小。例如在Ｄｌｅ Ｗａａｒｄ ９１模型中１：
阴极反应Ｈ２Ｃ０３＋ｅ—÷Ｈ＋ＨＣＯ； 是腐蚀速率的控制步骤
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由动力学公式｝０，＝Ａ·［日２Ｃ０３］４·ｅ ８７
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图４ ｏｅ Ｗａａｒｄ ９５预测的ｃ０２腐蚀速率
从图中可以看出当流速较低时，腐蚀速率接近于零，这显然与实际情况不符。Ｎｅｓｉｃ 认为Ｄｅ Ｗａａｒｄ ９５模型中传质部分的处理缺少物理模型作支撑，导致在流速较低的情况下 误差较太。另外，由于该模型对腐蚀产物膜保护性处理的不完善，特别是在６０＂Ｃ－－９０＂Ｃ中 等温度区，该模型仍然以活ｔｔ ７ 认为Ｃ０２分压与温度一样是腐蚀产物膜形成的函数，当温度＜４０℃，Ｃ０２分压＜５ｂａｒ时，试 样表面的腐蚀产物膜疏松，此时腐蚀速率较高，当温度＞４０℃，Ｃ０２分压＞１０ｂａｒ时，会形成 比较致密的腐蚀产物膜，对基体金属的保护性提高，腐蚀速率反而较小。在这一点上，Ｄｅ Ｗａａｒｄ ９５模型还不够完善。
应、化学反应，离子在电极与溶液界面处的传质过程，以及离子在腐蚀产物膜中的扩散与 迁移过程等。这需要建立在对Ｃ０２腐蚀认识比较全面的基础之上。
例如，Ｎｅｓｉｃ在１９９６年建立了电化学反应动力学的Ｃ０２腐蚀机制模型。腐蚀电流密度 可以表示为。：以往的研究都表明，腐蚀动力学过程受阴极还原所控制，考虑到电化学腐蚀 的控制因紊，即：１活化反应控制（电荷转移控制）和离子传质控制这两个方面，阴极还原 电流密度可以表示为：
对于原油对腐蚀速率的影响方面，ＤｅＷａａｒｄ ９５模型处理的比较简化，即当含水率妈ｏ％ 以及流速大于Ｉｍ／ｓ时，腐蚀速率为零：否则，原油对腐蚀速率不会产生缓蚀作用。
ＢＰ公司的Ｃａｓｓａｎｄｒａ模型在基于ＤｅＷａａｒｄ９５模型的基础上主要在两个方面作了修改， ～是在模型当中加入了缓蚀剂有效性而不是一般的缓蚀效率，二是对腐蚀的风险作了评估。 而Ｐｒｅｄｉｃｔ模型与ＥＣＥ模型在Ｄｅ Ｗａａｒｄ ９５模型的基础则都加入了原油对腐蚀速率的影响。
而Ｊｅｐｓｏｎ研究小组中的ｚｈａｎｇ和Ｗａｎｇ Ｈｏｎｇｗｅｉ建立的机制模型则更多地关注于多相 流条件下的ｃｏ：腐蚀情况”“，这也是Ｃ０２腐蚀研究的热点问题。模型的出发点也是利用 电极表面的离子浓度计算腐蚀电流密度，这与Ｎｅｓｉｃ的机制模型相似，所不同的是这些模 型更多地侧重于不同流型、流态下的传质速率的计算，而没有考虑腐蚀产物膜对腐蚀速率
（３）
两边取对数，根据实验数据拟台
ｌ。ｇ吃＝５．８－ｚ１，７ｊ＋１０，＋。．６７ｌ。姒。：）
（４）
＿，＝∞是逸度。考虑到溶液ｐＨ值以及高温下腐蚀产物膜的影响，腐蚀速率再乘以溶液ｐＨ值 因子和腐蚀产物膜因子。结果如图３所示。
图３ Ｄｅ Ｗａａｒｄ９１模型ＣＯ，腐蚀速率预测结果
在Ｄｅ Ｗａａｒｄ ９５模型中，进一步加入了传质过程对腐蚀速率的影响．即所谓的电阻模
的影响。
机制模型由于从最基本的物理模型出发，利用经典的动力学公式求解腐蚀速率，所以 模型的物理意义比较明确，容易修正现存的预测模型中的缺陷。例如，Ｎｅｓｉｃ模型就修正了 ＤｅＷａａｒｄ９５模型在低流速情况下腐蚀速率过低的不合理现象。同时，机制模型主要应用的 是腐蚀热力学、动力学以及扩散动力学的公式和数据，对实际腐蚀数据的要求不高，腐蚀 数据只是起到验证对比的作用，这样就省去了大量的实验过程，省时、省力、省钱；另外， 模型稍加改变之后便可以应用到其它方面的腐蚀预测。但是，机制模型的建立需要对腐蚀 机理、关键性的控制因素有一个清楚的认识，否则，模型将与实际情况偏差较大。例如，
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Ｗａｎｇ Ｈｏｎｇｗｏｉ建立的模型腐蚀速率预测结果明显偏商，其原因可能与没有考虑到腐蚀产物膜 有关。
４ Ｃ０２腐蚀速率预测模型的局限 原油对Ｃ０２腐蚀速率有明显的影响，但是原因却比较复杂。例如，原油含水率，流速、
流态，温度，原油的粘度、品质，以及油水混合状态等因索。在众多腐蚀速率速率预测模
型中Ｎｅｒｓｏｋ Ｃａｓｓａｎｄｒａ．Ｓｘ憾ｔＣｏｒ…，Ｔｕｌｓａ“ａｎｄ Ｎｅｓｉｃ的ＫＳＣ等预测模型则并束考虑啜油对
半经验模型由于首先建立的是理论模型，通过实验来确定各影响因素的大小与权重， 因此对腐蚀数据的要求相对较少。在理论模型比较完善的部分，少量的实验数据就可以达 到要求：在不能建立理论模型的部分，则完全需要实验数据来拟合出来。
３．３机制模型的特征 机制模型在建立的过程中要考虑Ｃ０２腐蚀的主要的方面，例如：电极表面的电化学反
Ｃ０２腐蚀速率预测模型研究现状
陈长风１， 侯建国１， 常炜１， 安维杰１， 路民旭２， 孙冬柏２
（１中海石油研究中心 ２北京科技大学材抖科学与工程学院） 摘要：系统介绍了ＣＯ＝腐蚀速率预测模型的研究现状，将模型分为三种类型，经验型腐蚀速率预测模 型，半经验型腐蚀速率预测模型以及机制型腐蚀速率预测模型，分析了各个模型中的优缺点．因此不能肓 目相信腐蚀速率预测软件，应该结合油田的实际情况．参考腐蚀速率预测模型，用于实际工程设计。 关键词ｔ（趣腐蚀．腐蚀预测模型，综述 １前言
薹
图１影响Ｃ０２腐蚀速率的因素以及其相互关系
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从图１可以看出，原油、腐蚀产物膜以及多相流的力学化学作用是主要影响Ｃ０２腐蚀
速率、腐蚀形态的因素。因此，开展这三方面的研究工作可以从根本上掌握Ｃ０２腐蚀速率、 腐蚀形态的转化规律。
３ Ｃ０２腐蚀速率预测模型的研究现状 国外石油公司以及科研院所已经对Ｃ０２腐蚀速率预测问题开展了长期的研究工作。例
油气田生产设备的ｃ嘎腐蚀现象是威胁着石油、天然气安仝稳定生产的重大问题，它 往往会导致巨大的经济损失。因此，在油气生产开发之前，生产设备的腐蚀安全设计就至 关重要。在这种情况下，材料的ｃ如腐蚀速率预测将决定着最后的设计方案。 因此，国外 一些石油公司以及研究所针对这一问题开展ｒ一些研究工作，已经开发了一些应用软件 ２ Ｃ０２腐蚀的影响因素
３．２半经验腐蚀速率预测模型的特征 半经验腐蚀速率预测模型是目前建立的比较多的～种预测模型。其中以Ｓｈｅｌｌ公司的
Ｄｅｗａａｒｄ模型最为著名。该模型目前已经广泛的被其它模型采用，作为建立的基础或熏要 的组成部分，例如ＢＰ公司开发的Ｃａｓｓａｎｄｒａ模型、Ｉｎｔｅｒｃｏｒｒ公司开发的Ｐｒ谢ｉｃｔ模型、Ｉｎｔｅｔｅｃｈ 公司的ＥＣＥ模型以及ＩＦＥ模型５。
３．１经验型腐蚀速率预测模型 经验型腐蚀速率预测模型主要以挪威的Ｎｏｒｓｏｋ模型为代表４。它由挪威石油公司开发
且已经作为挪威石油工业的一个标准发布了。该模型是基于低温时的实验室数据和高于１００ ℃时实验室和油田数据的联合而建立的经验模型。通过实验，找出主要的因素对腐蚀速率 的影响规律，进一步拟合得到腐蚀速率预测公式。预测模型的核心公式为：
经验模型在建立的时中很少考虑腐蚀电化学动力学过程以及离子在金属表面的传质过 程，因此模型比较简洁，对以有数据范围内的情况能够比较好的吻合。
但是，经验模型受实验室数据以及现场数据的影响较大，这应该是它的主要缺点。前 面已经提到过，ＣＯ：腐蚀受多种因素的影响，要获得这些因素对腐蚀速率综合性的影响， 那么无论在实验数据方面以及现场数据方面都存在许多困难，这往往导致实验室数据以及 现场数据的缺乏，使得最终建立的腐蚀速率预测模型具有一定的局限性。例如，Ｎｏｒｓｏｋ模 型缺少原油对腐蚀速率的影响，使得腐蚀速率的预测结果在很大程度上降低了实际应用性。
如，ｓｈｅｌｌ公司的Ｄｅ Ｗａａｒｄ在１９７５年就建立了简单的腐蚀速率与Ｃ０２分压和温度的关系 式。随后，在１９９１年，１９９３年以及１９９５年，该模型逐渐得到补充与完善，使得腐蚀速率 预测的结果与实际情况有一定的吻合性１，２，３。