2天然气集输中应用'--双金属复合管在高压富含co2天然气集输中应用

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1、2天然气集输中应用'>双金属复合管在高压富含C02天然气集输中应用【摘要】针对气田气井天然气水和C02含量较高，腐蚀性较大，且在高压输送状态下腐蚀更加严重，为此从C02的腐蚀机理进行分析，研究影响C02腐蚀的因素，从而分析双金属复合管在此工况下的适应性。【关键词】高压富含C02双金属复合管天然气集输在0.IMPa压力和25°C温度下，C02饱和水溶液的PH值为3.7O从腐蚀情况来看，C02腐蚀最典型的特征是呈现局部的点蚀、轮癣状腐蚀和台面状坑蚀，均为不均匀性腐蚀，具有强腐蚀性，腐蚀穿透率很高，一般都达数毫米每年。1.1C02的腐蚀机理钢铁在除02水中

2、C02腐蚀机理，其阳极反应主要是Fe的溶解，即:Fe-Fe2++2e（式1）在环境温度下，裸钢在除02水中的腐蚀是受氢析出动力学控制，而阴极析氢机制除了一般的电化学还原H30+离子放电反应析氢外，既在低pH除了非催化的析氢机制：H30++e-H+H20（式2）除②反应外，还可以通过下述表面吸附催化作用H+还原反应析氢机制进行：C02+H20二H2C03（式3）H2C03+e二H++HC03-（式4）HC03-+H30+=H2C03+H20（式5）由此可以得出：不同金属材料具有不同的催化活性，而影响腐蚀速率；在一定pH范围（4-6）,pH对阴极反应速度

3、没有明显影响。1.2C02腐蚀的影响因素由于介质中的成分比较复杂，各种成分的含量各异，因此影响C02腐蚀特性的因素很多，大体可分为以下几个因素:(1)温度；(2)C02分压；(3)腐蚀产物膜；(4)气体流速；(5)pH、Fe2+及介质组成。这些因素可能导致钢的多种腐蚀破坏。(1)温度：温度是C02腐蚀的重要影响参数，较多的结果表明在6(TC附近C02腐蚀在动力学上有质的变化。由于碳酸亚铁的溶解度具有负的温度系数，随着温度的升高而降低，因此在6(rc〜ii(rc之间，钢表面可生成具有一定保护性的腐蚀产物膜层，是腐蚀腐蚀速率出现过渡区，该温区内局部腐蚀较

4、突出。而低于6(rc时不能形成保护性膜层，钢的腐蚀速率在此区出现极大值。在ii(rc或更高的温度范围内,由于可能发生下列反应：3Fe+4H20二Fe304+4H2O因而在ii(rc附近显示出钢的第二个腐蚀速率极大值，表面产物膜层也由FeC03变成杂有Fe304和FeC03膜并随温度升高，Fe304量增加，达到更高温下成为Fe304在膜中占主导地位。(1)C02分压：C02分压对碳钢、低合金钢腐蚀速率的影响，在温度小于6(rc时，裸钢未形成保护性腐蚀产物膜情况下有重要影响，可用下式表示：lgCR=0.671gPco2+C(式6)式中：CR—腐蚀速率；P

5、co2-C02分压;C—与温度有关的常数一般情况下可以认为C02分压高于0.21MPa时通常要出现腐蚀，在0.021MPa〜0.21MPa之间可能出现腐蚀，低于0.021MPa时腐蚀不严重。(1)腐蚀产物膜：腐蚀产物表面膜对钢的C02腐蚀具有显著的影响，膜的稳定性、渗透性等会影响钢的腐蚀特性，完整、致密、附着力强的稳定性膜可减少均匀腐蚀速率，而膜的缺陷、膜脱落可以诱发局部腐蚀，配合其它因素而形成孔蚀、台地状侵蚀、涡状腐蚀、冲刷腐蚀及应力腐蚀开裂等。(2)气体流速：流速对钢的C02腐蚀有重要影响，腐蚀速率随流速增加有很大的增加，可能导致严重局部腐蚀，腐

6、蚀率随流速增大的经验公式如下：CR=B•V0.8(式7)式中：CR-腐蚀速率，V—流速，B-常数。(3)pH、Fe2+及介质组成：裸钢在含C02的除02水中，pH值低于3.8以下范围内，腐蚀速率随pH值降低而增大，但pH值不仅是Pco2和T的函数，与C02含量有关，也与水中Fe2+和其它离子浓度有关，除02纯水中，若无Fe2+等离子,C02溶于水可使pH显著降低，造成很强的腐蚀性。而在同样Pco2、T条件下，Fe2+增加30ppm,就使水的pH值从3.9增加到5.IopH值升高影响FeC03的溶解度，在局部高pH值下，接近钢表面的Fe2+便沉积为Fe

7、C03膜，从而影响到腐蚀速率。2双金属复合管的应用集输管道设计年限一般为50年，如采用普通碳钢管材，管道的承压能力强，但是采取取一定的腐蚀余量的措施对不均匀腐蚀效果不佳，难以满足耐腐蚀要求，且存在较大的风险和安全隐患[2]o316L不锈钢(00Crl7Nil4Mo2)材质管材,属于含钮不锈钢种，含碳量0.03%,具有优异的耐腐蚀性能、良好的机械力学性能和焊接性能。但由于目前国内市场上，316L不锈钢钢材的价格接近碳钢的9倍，采用316L不锈钢将大大增加工程的成本，降低工程实施的经济效益。基于以上考虑，为了发挥316L不锈钢优异的耐腐蚀性能和良好的力学

8、性能，同时降低工程投资成本，采用双金属复合管，即：基管-碳钢+衬管-316L不锈钢作为输送管道。其原理是：基