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二氧化碳腐蝕

2021-02-09 13:44:47 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：煤化工設(shè)備及管道故障分析及維修分享至：

煤化工廠內(nèi)CO2是常見(jiàn)的存在，煤氣化裝置合成氣中就存在大量的CO2氣體，而且在合成氣中還有水的存在，為腐蝕提供了一定的環(huán)境。在變換裝置內(nèi)也存在大量的CO2氣體，同樣存在腐蝕的可能。

CO2易溶于水，常溫常壓下飽和水溶液所溶解的CO2濃度為0.04mol/ L ,大部分CO2 是以結(jié)合較弱的水合物分子形式存在，只有一小部分形成碳酸，電離出的H+ 會(huì)降低水的pH 值。CO2 溶入水后對(duì)部分金屬材料有極強(qiáng)的腐蝕性。在相同的pH值下，由于CO2 的總酸度比鹽酸高，因此它對(duì)鋼鐵的腐蝕比鹽酸還嚴(yán)重，其腐蝕速率可達(dá)7mm/a 甚至更高。

CO2水溶液能引起鋼鐵迅速腐蝕，使得管道設(shè)備發(fā)生早期失效。例如，美國(guó)Little Creek 油田實(shí)施CO2驅(qū)油試驗(yàn)期間，不到5 個(gè)月油管管壁就腐蝕穿孔，腐蝕速率高達(dá)12. 7mm/a 。中國(guó)華北油田58號(hào)井，曾日產(chǎn)原油400t 、天然氣105m3 ,油中含水3.1 % ,氣中含CO242 % ,僅使用18個(gè)月，N - 80 鋼質(zhì)油管就腐蝕泄露，造成井噴，被迫停產(chǎn)。CO2 溶于水后對(duì)管道和設(shè)備可形成全面腐蝕，也可形成局部腐蝕，兩種腐蝕產(chǎn)生的條件不同。

1、CO2的全面腐蝕：在溫度較低時(shí)，CO2對(duì)碳鋼的腐蝕主要表現(xiàn)為全面腐蝕，其性質(zhì)為電化學(xué)腐蝕。總的腐蝕反應(yīng)為：

CO2 + H2O + Fe →FeCO3 + H2

2、CO2的局部腐蝕：CO2的局部腐蝕可分為三種類型。

①點(diǎn)蝕：點(diǎn)蝕表現(xiàn)為鋼材出現(xiàn)凹坑，并且四周光滑。一般說(shuō)來(lái)，點(diǎn)蝕存在一個(gè)溫度敏感區(qū)間，且與CO2分壓、材料的組成有密切關(guān)系。目前，還沒(méi)有用于預(yù)測(cè)鋼材發(fā)生點(diǎn)蝕敏感性的簡(jiǎn)單規(guī)則。

②臺(tái)地侵蝕：臺(tái)地侵蝕會(huì)出現(xiàn)較大面積的凹臺(tái)，底部平整，周邊垂直凹底。當(dāng)鋼鐵表面形成大量碳酸亞鐵膜、而膜又不是很致密和穩(wěn)定時(shí)，容易造成上述破壞。

③流動(dòng)誘使局部腐蝕：流動(dòng)誘使局部腐蝕形狀如凹溝，即平行于物流方向的刀形線槽溝。鋼材在傳流介質(zhì)條件下會(huì)發(fā)生流動(dòng)誘使局部腐蝕。在這類腐蝕下，往往在被破壞的金屬表面形成沉淀物層，但表面很難形成具有保護(hù)性的膜。

CO2的腐蝕破壞往往是由于局部腐蝕造成的，然而對(duì)局部腐蝕的機(jī)理仍缺乏深入的研究。總的說(shuō)來(lái)，在含CO2的介質(zhì)中，腐蝕產(chǎn)物（ FeCO3）、垢（CaCO3）或其它的生成物膜在鋼材表面不同的區(qū)域覆蓋度不同，這樣不同覆蓋度的區(qū)域之間形成了具有很強(qiáng)自催化特性的腐蝕電偶或閉塞電池。CO2的局部腐蝕就是這種腐蝕電偶作用的結(jié)果。

3、 CO2腐蝕的主要影響因素：

①介質(zhì)含水量：無(wú)論在氣相還是在液相中，CO2腐蝕的發(fā)生都離不開水對(duì)鋼材表面的浸濕作用。隨著含水量的增大，CO2的腐蝕速度增大，在含水率為45 %（質(zhì)量）左右，CO2的腐蝕速度出現(xiàn)大幅度增加。

②CO2分壓：CO2分壓對(duì)鋼的腐蝕形態(tài)有顯著的影響。當(dāng)CO2 分壓低于0.0483MPa時(shí)，易發(fā)生CO2的均勻腐蝕；當(dāng)CO2分壓在0.0483～0.207MPa時(shí)，則可能發(fā)生不同程度的小孔腐蝕，腐蝕程度為中度；當(dāng)CO2分壓大于0.207MPa 時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕。

③介質(zhì)溫度：對(duì)于鐵來(lái)說(shuō)，溫度（T）對(duì)CO2腐蝕的影響可以分為4 個(gè)階段：

T< 40 ℃時(shí)，CO2與鐵的反應(yīng)產(chǎn)物為FeCO3,軟而無(wú)附著力，金屬表面光滑，主要發(fā)生均勻腐蝕；

60～110 ℃，鐵表面可生成具有一定保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜，局部腐蝕較突出；

110 ℃附近，均勻腐蝕速度高，局部腐蝕嚴(yán)重（深孔） ,腐蝕產(chǎn)物為厚而松的FeCO3粗結(jié)晶；

150 ℃以上時(shí)，生成細(xì)致、緊密、附著力強(qiáng)的Fe2CO3和Fe3O4膜，腐蝕速率較低。

鋼種的不同和環(huán)境介質(zhì)參數(shù)的差異，對(duì)腐蝕溫度規(guī)律會(huì)產(chǎn)生影響，故需要具體問(wèn)題具體分析。含CO2介質(zhì)中溫度對(duì)鉻含量不同鋼種腐蝕速度的影響見(jiàn)圖1。