油水分层流条件下腐蚀动力学特性模拟

当石油输送管道内处于油水分层流条件时,管道底部与酸性水层接触极易造成内腐蚀,严重威胁管道安全,传统的静止和单相流条件的腐蚀预测方法已不能指导管道的安全运行,而多相流动、离子传质、化学反应及电极动力学等多种不同尺度的物理化学过程对多相流腐蚀预测提出了挑战。本文基于多相流动特性及电化学腐蚀特性的耦合机理提出了分层流条件下腐蚀动力学模型,首先建立油水三层流传质计算模型,进而基于溶液区域和产物膜内部的传质计算,依据阴阳极电化学反应电流密度与传质通量之间的平衡关系,形成多相流条件下腐蚀预测方法。探究了离子传质、电极反应以及产物膜动态生长的耦合过程对腐蚀行为的作用机理,揭示了CO₂分压、温度对腐蚀发展规律的影响机制。研究发现温度、CO₂分压的改变会导致平衡反应方向的移动,从而改变离子浓度;离子的扩散系数是决定传质系数变化的内在原因;腐蚀速率的变化规律由产物膜生长和电极反应两种因素共同决定：腐蚀产物膜的生长会阻碍反应离子的传质效应,从而抑制腐蚀;而离子浓度的升高或传质增强会加快电极反应,促进腐蚀。     

高剪切力流场下X80管线钢局部腐蚀深坑诱导局部湍流交互机理研究

天然气管道内表面局部腐蚀缺陷会诱发局部流场突变影响局部腐蚀进程,利用高剪切力的冲刷腐蚀实验装置进行流动状态下的电化学腐蚀在线测试,研究了局部腐蚀深坑对局部腐蚀进程的影响。试样在冲刷腐蚀过程中的界面腐蚀电化学信号通过电化学阻抗谱进行分析,腐蚀产物膜的成分及特征通过扫描电子显微镜（SEM）、能量衍射谱图（EDS）以及X射线衍射（XRD）表征,并结合计算流体力学（CFD）分析了流场参数对腐蚀传质过程的影响。结果表明,表面缺陷会诱导局部位置流场发生变化,增强局部位置的传质作用,缺陷表面腐蚀产物也因此随着流速的变化而呈现不同的微观形态。在较高强度流场下,局部增强的壁面剪切力会剥离部分致密腐蚀产物膜,导致测试表面形成大阴极小阳极的电化学分布,促进局部位置的腐蚀进程,从而加速局部腐蚀发生。     

气液相变换热过程中界面腐蚀的基础研究进展

由于两相之间会不断转换,相变换热被称为复杂的传热传质过程,其过程中会引起相变腐蚀,如冷凝液滴腐蚀、气泡腐蚀以及多相流流动腐蚀等。目前对于气液相变腐蚀的研究集中在对腐蚀产物的表征、分析,忽略了相变过程中由于能量传递引起的界面变化对腐蚀的影响。本文从相变腐蚀机理、腐蚀防护两方面出发,系统地总结管道内外冷凝液滴腐蚀、气泡腐蚀与多相流流动腐蚀等气液相变腐蚀领域的研究进展,并对其中存在的问题进行总结,同时归纳了用于研究相变腐蚀过程的腐蚀预测模型,分析其应用场合以及各种模型的优势与不足,以期为研究气液相变腐蚀监测与控制的学者提供参考,并指出气液相变换热过程中的气液两相界面腐蚀问题是未来相变腐蚀研究的重要方向。     

CO2环境中醋酸对X65钢湿气管线顶部腐蚀行为的影响

为研究延长气田CO₂环境中醋酸对X65湿气管线顶部腐蚀的影响，通过自制顶部腐蚀模拟实验装置以及动电位极化曲线和电化学阻抗法，采用挂片失重、扫描电镜分析手段研究了CO₂环境中醋酸对X65电化学腐蚀行为的影响。结果表明，腐蚀介质pH与HAc质量浓度呈对数函数变化，HAc质量浓度升高则腐蚀电流密度变大，阴极反应增强，腐蚀产物膜的溶解性增加，易产生孔隙，诱发氧浓差腐蚀。不同HAc质量浓度下，EIS高频容抗弧与界面双电层的行程有关，EIS低频斜线与腐蚀介质扩散有关。内层腐蚀产物膜与基体结合界面凌乱。HAc质量浓度增加，顶部腐蚀速率增加，腐蚀速率与HAc质量浓度呈对数函数关系。     

基于同心圆三电极阵列的局部电化学测试方法

设计了同心圆三电极阵列,将局部电化学测试方式由扫描探针转变为高速切换离散的电极单元,并基于此发展了一种适用于液滴体系局部腐蚀电化学测试方法。该方法不仅能够实现液滴与电极界面腐蚀电位及电偶电流分布特征的表征,而且能够实现局部电极位置的电化学阻抗谱、极化曲线等电化学测试。基于测试数据的分析,可以获得界面电化学反应及传质等动力学过程的局部电化学信息,用于研究电极/液滴界面双电层以及附近的扩散层等电极过程的动力学机制。该方法可应用于多种非均相介质腐蚀电化学研究体系,也为工业领域电化学工程及腐蚀监测技术发展提供了一种可供选择的解决方案。     

交流电流对X70钢油气管道腐蚀行为影响

为研究交流电作用下X70管线钢腐蚀行为,利用电化学方法探求交流腐蚀的发展行为及作用机理,运用扫描电镜技术结合腐蚀形貌分析,直观地对X70管线钢交流腐蚀机理展开研究.结果表明:不同交流电密度下发生了规律性的均匀腐蚀、环状腐蚀和点蚀3种情况.当电流密度低于20 A·m-2情况下,不发生明显腐蚀;电流密度升至30 A·m-2时发生轻微腐蚀,表面现波纹状起伏;当电流密度达到100 A·m-2时出现明显坑蚀现象,并发育形成范围更广更深的波浪形腐蚀.通过腐蚀产物形貌及成分进一步分析证明:Cl-、SO42-、HCO3-均为侵蚀性离子,在对X70钢的交流腐蚀过程中有氧的去极化反应构成了交流腐蚀阴极反应,最终通过中间反应产物实现腐蚀的发生.     

基于COMSOL的碳纤维通氧腐蚀仿真分析

研究了高温通氧环境对碳纤维腐蚀的影响。通过联立Navier-Stoke (NS)方程和Partial differential equation (PDE)方程弱解形式来构建氧气流动扩散模型,引入气固反应建立基于通氧情况下的碳纤维复合材料中碳纤维的腐蚀模型,借助COMSOL软件多物理场耦合分析的优势对通氧环境下碳纤维消耗进行数值仿真模型的建立及分析并设计替代实验对碳物质高温通氧工况下的腐蚀情况进行验证。得到了碳纤维腐蚀的二维及三维模型,并提取出氧气的流场分布、以42%为截止时碳纤维体积的变化情况以及氧气浓度对反应速率的影响等相关数据结果。仿真结果表明,随时间增加,碳纤维体积逐渐缩小,腐蚀速度先增加然后逐渐趋于稳定,腐蚀程度逐渐加深,随通入氧气浓度增加,腐蚀速度逐渐增加,腐蚀时间与通氧浓度线性相关。较好地实现了对碳纤维复合材料中碳纤维消耗过程的分析研究,对后期碳纤维及碳纤维复合材料的腐蚀研究具有较强的适用性。     

双相不锈钢在管流系统中的流动腐蚀动力学模型

针对管流体系 ,根据动量、能量和质量守恒原理 ,应用壁函数、k -ε湍流运动模型确立了管流体系中的计算流体力学模型和质量传递模型 ;结合腐蚀实验确定双相不锈钢流动腐蚀过程中的主要控制因素及其影响程度 ,分析了动力学过程 ,建立了双相不锈钢在 3.5 %NaCl溶液中的流动腐蚀动力学模型 .同时 ,采用数值计算方法计算了流动腐蚀速度 ,并与实验结果进行了验证 .揭示出双相不锈钢的流动腐蚀受阳极钝化过程控制 ,离子在电极表面钝化膜中的迁移、扩散过程为速度控制步骤 .腐蚀电化学因素在双相不锈钢流动腐蚀过程中起着主导作用     

超临界水中的腐蚀及其影响溶液参数概述

简介了高温超临界水中材料普遍存在的腐蚀及主要作用机制。超临界水中的腐蚀强弱主要由密度、温度、pH值、溶剂的电化学特性和作用离子的强弱决定,腐蚀包括粒间腐蚀、蚀损斑、普通腐蚀、压力破裂腐蚀。腐蚀产物和反应物的作用强弱及其在高温水中的溶解度对腐蚀起着主要作用。溶解和分解过程受到溶剂的密度、离子产物的影响,这两个参数值较高有利于离子反应,从而加快了腐蚀的电化学反应。并展望了未来的研究需求。     

PET缩聚过程反应与传质Ⅰ反应动力学研究

聚对苯二甲酸乙二醇酯缩聚过程是反应－传质耦合过程,本文利用静止膜实验在排除传质影响情况下研究了ＰＥＴ缩聚过程反应规律,建立了链增长,链降解反应动力学模型,并利用可逆反应极限的概念确定了小分子界面浓度。     

双相不锈钢管固液两相流动腐蚀的数值模拟

在碳钢流动腐蚀数值模拟的基础上,针对管道流动体系,对固液两相流条件下双相不锈钢的流动腐蚀进行了数值模拟.模拟了固液两相流体动力学过程和双相不锈钢腐蚀动力学过程,模拟计算得到的腐蚀速率与实测值基本一致,表明建立的两相不锈钢流动腐蚀的综合数学模型是正确的,揭示了两相流中双相不锈钢的流动腐蚀机理,并进行了实验验证.两相流中双相不锈钢流动腐蚀的加剧主要是由于颗粒相的存在会大大强化液相流体的流体力学因素,导致钝化膜内传质速度加快所致.计算结果同时也表明,对于表面覆盖有钝化膜的材料的数值模拟,建立合理的流动腐蚀动力学模型是数值计算方法应用成功与否的关键.     

孔板管道流动加速腐蚀受温度影响的数值模拟

电厂汽水管道的运行中,流动加速腐蚀（FAC）普遍存在且威胁着管道系统。为很好预测电厂管道流动加速腐蚀,本文基于电厂管道实际工况,采用流体动力学软件根据温度变化相应地调整水的物性参数,模拟了孔板管道下的流场,观察高速及高湍流动能分布区域,模拟计算得到不同温度下溶解度、速度、壁面剪切力及传质系数的变化,并结合流动加速腐蚀预测模型更精确地分析了温度对流动加速腐蚀的影响。结果显示：温度通过影响速度及黏性系数,进一步影响到壁面剪切力及传质系数,最终影响到FAC速率;传质系数与溶解度均受温度影响,在150℃以下,温度对FAC速率的影响显著且主要是通过传质系数实现的;FAC速率在Z/D≈0.7~1.0达到峰值,在Z/D≈3.8~4.3出现第二峰,这两处为孔板管道高危腐蚀区域。     

Cementation and corrosion at a RDE: Changes in flow and transfer phenomena induced by surface roughness

Cementation and corrosion were investigated in a batch cell to highlight the improvement of the kinetics observed after a certain lapse of time. Experiments on cementation with the Cd(II)/Zn and Ag(I)/Cu systems, and on corrosion with the Ce(IV)/Zn and Cr(VI)/Zn couples, were carried out on a rotating disc electrode immersed in relatively concentrated solutions. Time variations of the concentration of the reacting species and SEM observations showed that the change in reaction kinetics was due to the roughness of the changing surface of the electrode, depending on the chemical system considered. For corrosion, the average roughness was shown to exceed the thickness of the Nernst diffusion layer, and the rougher surface created allows local flow disruption and mass transfer enhancement. Besides, corrosion by Cr(VI) species results in greater roughness of the metal surface with more significant flow disruption than with Ce(IV) at the same concentration.     

锌铝镁镀层于3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的研究

使用扫描电镜及扫描探针分析了锌铝镁镀层的表面形貌及成分,使用X射线光电子能谱仪及电化学技术分析了锌铝镁镀层腐蚀产物的化学组成、电化学性能,对锌铝镁镀层的耐蚀机制进行了探讨,结果表明:锌铝镁镀层主要由初生锌相、富铝相及共晶组织组成,Mg元素主要分布于共晶组织中。在3.5%NaCl介质腐蚀过程中,锌镀层腐蚀产物主要由Zn₅(CO₃)₂(OH)₆及ZnO组成,锌铝镁镀层腐蚀产物主要由Mg(OH)₂、4MgCO₃·Mg(OH)₂及Zn₅(CO₃)₂(OH)₆组成。锌镀层腐蚀产物电荷传输电阻逐渐降低,而锌铝镁镀层腐蚀产物电荷传输电阻逐渐增大,且后者大于前者。即锌镀层腐蚀产物无法抑制镀层的腐蚀,而锌铝镁镀层腐蚀产物则可以对镀层电化学反应起到抑制作用,对镀层提供一定程度的保护。     

氮化硅陶瓷的熔盐腐蚀研究进展

氮化硅陶瓷具有优良的高温性能,广泛应用于各种高温部件中,但由于在高温时氮化硅在热力学上不稳定,易和环境介质反应产生腐蚀失效,因此氮化硅陶瓷抗腐蚀性能研究近年越来越得到重视。本文简述了氮化硅陶瓷熔盐腐蚀的背景及腐蚀性能测试方法,对氮化硅陶瓷在多种钠盐中的熔盐腐蚀机理、动力学研究等进行归纳总结,并对今后提高氮化硅陶瓷抗腐蚀性能研究提出了建议。     

铜基片静态气液界面腐蚀规律的实验

气液两相界面腐蚀广泛存在于日常工业中。因气液相界面存在不稳定特性,迄今对于相界面处腐蚀的研究多针对不断变化的界面位置附近,分析一段时间内的累积腐蚀效果。本文向液相内注入一定体积的气泡,维持气液界面在金属铜壁面的稳定以及气液相界面和液相主体浓度近似恒定;在含不同Cl^-浓度的溶液中,通过电化学方法对比有无相界面的腐蚀规律,并根据数据深入分析相界面处的腐蚀机理。结果表明：引入气液界面导致铜试样腐蚀电位升高、腐蚀电流增大,腐蚀更严重;气液界面处由于引入微观界面能差腐蚀、宏观氧浓差电池腐蚀的作用显著增大了试样的腐蚀电流,使得在整个溶液浓度范围内含界面的铜腐蚀电流均高于不含界面的腐蚀电流,同时在铜表面留下清晰的界面腐蚀线;通过对界面腐蚀电流的剥离,包含液相主体腐蚀部分时无论有无界面的铜腐蚀速率均随Cl^-浓度的升高呈现先增大后减小的趋势,而去除液相部分影响的单独界面腐蚀电流则随Cl^-浓度升高而增大。     

新型无机复配缓蚀剂对钠基膨润土中Q235钢的缓蚀作用

钠基膨润土是电网工程上常用的降阻剂,可以保证接地网良好的接地导通性,向其中加入缓蚀剂是降低接地网材料腐蚀的有效方法。本文采用动电位极化和电化学阻抗谱（EIS）研究了新型复配缓蚀剂（Na₂B₄O₇、Na₂MoO₄、NaNO₂）和各单组分缓蚀剂在0.75%、1.50%和3.00%质量分数下对接地网常用的Q235钢在钠基膨润土降阻剂中的缓蚀行为。用埋片失重法、SEM、XPS分析了腐蚀速率、腐蚀形貌和腐蚀产物。结果显示Q235钢在钠基膨润土降阻剂中会产生较严重的腐蚀,主要腐蚀产物为Fe₂O₃以及少量FeOOH。Q235钢在高含水钠基膨润土中的腐蚀受电荷转移控制,复配缓蚀剂可大幅提高电荷转移电阻和电化学阻抗。该无机复配缓蚀剂在保证降阻剂体系较低电阻率的同时具有优良缓蚀效果。在1.5%和3.0%质量分数下,短时和较长期埋放缓蚀效率均可达99%以上。在相同浓度情况对比下,复配缓蚀剂体系中Q235钢的年腐蚀速率比单组分缓蚀剂体系中更低,并且复配体系的电化学阻抗和电荷转移电阻更高,有着明显的协同效应,具有工程推广价值。