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二氧化碳腐蝕

2021-02-09 13:44:47 作者：本網整理來源：煤化工設備及管道故障分析及維修分享至：

煤化工廠內CO2是常見的存在，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境。在變換裝置內也存在大量的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+ 會降低水的pH 值。CO2 溶入水后對部分金屬材料有極強的腐蝕性。在相同的pH值下，由于CO2 的總酸度比鹽酸高，因此它對鋼鐵的腐蝕比鹽酸還嚴重，其腐蝕速率可達7mm/a 甚至更高。

CO2水溶液能引起鋼鐵迅速腐蝕，使得管道設備發生早期失效。例如，美國Little Creek 油田實施CO2驅油試驗期間，不到5 個月油管管壁就腐蝕穿孔，腐蝕速率高達12. 7mm/a 。中國華北油田58號井，曾日產原油400t 、天然氣105m3 ,油中含水3.1 % ,氣中含CO242 % ,僅使用18個月，N - 80 鋼質油管就腐蝕泄露，造成井噴，被迫停產。CO2 溶于水后對管道和設備可形成全面腐蝕，也可形成局部腐蝕，兩種腐蝕產生的條件不同。

1、CO2的全面腐蝕：在溫度較低時，CO2對碳鋼的腐蝕主要表現為全面腐蝕，其性質為電化學腐蝕。總的腐蝕反應為：

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點蝕：點蝕表現為鋼材出現凹坑，并且四周光滑。一般說來，點蝕存在一個溫度敏感區間，且與CO2分壓、材料的組成有密切關系。目前，還沒有用于預測鋼材發生點蝕敏感性的簡單規則。

②臺地侵蝕：臺地侵蝕會出現較大面積的凹臺，底部平整，周邊垂直凹底。當鋼鐵表面形成大量碳酸亞鐵膜、而膜又不是很致密和穩定時，容易造成上述破壞。

③流動誘使局部腐蝕：流動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。鋼材在傳流介質條件下會發生流動誘使局部腐蝕。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性的膜。

CO2的腐蝕破壞往往是由于局部腐蝕造成的，然而對局部腐蝕的機理仍缺乏深入的研究。總的說來，在含CO2的介質中，腐蝕產物（ FeCO3）、垢（CaCO3）或其它的生成物膜在鋼材表面不同的區域覆蓋度不同，這樣不同覆蓋度的區域之間形成了具有很強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果。

3、 CO2腐蝕的主要影響因素：

①介質含水量：無論在氣相還是在液相中，CO2腐蝕的發生都離不開水對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 %（質量）左右，CO2的腐蝕速度出現大幅度增加。

②CO2分壓：CO2分壓對鋼的腐蝕形態有顯著的影響。當CO2 分壓低于0.0483MPa時，易發生CO2的均勻腐蝕；當CO2分壓在0.0483～0.207MPa時，則可能發生不同程度的小孔腐蝕，腐蝕程度為中度；當CO2分壓大于0.207MPa 時，會發生嚴重的局部腐蝕。

③介質溫度：對于鐵來說，溫度（T）對CO2腐蝕的影響可以分為4 個階段：

T< 40 ℃時，CO2與鐵的反應產物為FeCO3,軟而無附著力，金屬表面光滑，主要發生均勻腐蝕；

60～110 ℃，鐵表面可生成具有一定保護性的腐蝕產物膜，局部腐蝕較突出；

110 ℃附近，均勻腐蝕速度高，局部腐蝕嚴重（深孔） ,腐蝕產物為厚而松的FeCO3粗結晶；

150 ℃以上時，生成細致、緊密、附著力強的Fe2CO3和Fe3O4膜，腐蝕速率較低。

鋼種的不同和環境介質參數的差異，對腐蝕溫度規律會產生影響，故需要具體問題具體分析。含CO2介質中溫度對鉻含量不同鋼種腐蝕速度的影響見圖1。