电化学氢通量法用于油气管线在线腐蚀监测

通过恒电位阳极极化和失重法考察了不同pH、温度和H2S浓度下Q235A钢在弱酸性介质中的氢渗透电流密度与腐蚀速率的变化情况,着重探讨了各影响因素下氢渗透电流与失重腐蚀速率之间的相关性,为氢通量技术用于油气管道非侵入式腐蚀监测提供依据。研究发现:随着pH降低或介质温度升高,Q235A钢的腐蚀速率与氢渗透电流均逐步增大,且二者之间具有良好的线性相关性。随着H2S浓度增加,Q235A钢的腐蚀速率呈现先增大后降低的趋势,但氢渗透电流则先增大而后趋于稳定;当H2S浓度在5~200 mg·L-1范围内,腐蚀速率与氢电流符合二阶多项式函数关系。通过自制的氢通量探针监测实验管道内腐蚀时,发现过厚的管壁降低了氢电流测量灵敏度,但采用恒电位阶跃法得到的氢渗透电量(氢通量)则与失重腐蚀速率之间具有良好相关性,表明渗氢电量法可用于测量油气管道的内腐蚀速率。     

混合气体环境中集气管线材料优选研究

油田集气管线输送介质成分复杂，尤其是当CO₂/H₂S/H₂O存在时，导致管线发生严重内腐蚀。在现场无损检测过程中，即使是不锈钢仍然存在微裂痕。因此本文通过腐蚀形貌、力学实验，研究了Q235A钢、Q345A钢、45#钢和3Cr13钢的腐蚀特性。结果表明，Q235A钢的腐蚀产物颗粒呈多边形，具有良好的交联特性，优于Q345A和45^#钢;同时，3Cr13钢的腐蚀产物颗粒之间没有明显的边界，其中腐蚀产物中的Fe₃C和纳米尺度表面微裂纹的观察表明，3Cr13钢的腐蚀以晶间腐蚀为主。与其他三种金属相比，3Cr13钢的强度下降比例更大，尤其是屈服强度，下降比例达到73.02%。     

油田集输管道腐蚀特性及防腐技术研究

为了保障油田集输管道的安全正常运行,延长其使用寿命,对西部某油田集输管道的腐蚀特性进行了研究,考察了实验温度、腐蚀介质p H值、CO₂含量、H₂S含量以及Cl^-含量对集输管道钢材腐蚀速率的影响,并开展了投加缓蚀剂防腐蚀技术措施研究。结果表明,随着实验温度的不断升高以及腐蚀介质中CO₂、H₂S和Cl^-含量的不断增大,钢片的腐蚀速率逐渐增大,而随着腐蚀介质p H值的逐渐升高,钢片的腐蚀速率则逐渐减小。缓蚀剂HXR-1的加入能够有效降低目标油田集输管道钢材的腐蚀速率,当其加量为80mg·L^-1时,钢片的腐蚀速率可由未添加缓蚀剂时的0.672mm·a^-1降低至0.022mm·a^-1,腐蚀速率降低率达到了96.73%。研究结果表明,目标油田集输管道腐蚀较为严重,添加缓蚀剂HXR-1能够起到良好的防腐蚀效果。     

Q235钢焊缝在亚硫酸铵介质中的腐蚀行为

针对Q235钢焊缝在亚硫酸铵介质中腐蚀严重的实际，采用三电极电化学研究法和金相组织分析法研究了J420焊条焊接Q235钢的焊缝在亚硫酸铵介质中的腐蚀行为。研究结果表明，Q235钢用J420焊条焊接后，焊缝的组织特点决定了其耐腐蚀性较差。温度升高、亚硫酸铵溶液浓度增大，均可以促使焊缝的腐蚀速率增大。     

离子液体在甲醇/硫酸介质中对Q235钢表面的缓蚀性能

探究硫酸存在时Q235钢在甲醇中的腐蚀行为,以及离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[Bmim]Cl）对金属表面的缓蚀作用。通过静态失重法、电化学测试、扫描电子显微镜来测定[Bmim]Cl对Q235钢的缓蚀性能。并利用量子化学计算和分子动力学模拟分析[Bmim]Cl分子的缓蚀机理。在甲醇中随着硫酸含量的增加碳钢的腐蚀速率增加。含有59.51 ml 0.05 mol·L^-1 H₂SO₄的甲醇溶液作为腐蚀介质时,随着[Bmim]Cl浓度升高,缓蚀效率逐渐增大,当浓度为0.6 mol·L^-1时,缓蚀效率达到最佳值,为90.63%,且[Bmim]Cl是主要控制阳极反应的混合抑制剂,SEM分析表明在含有缓蚀剂溶液中浸泡后的Q235钢表面相对于未加缓蚀剂更加平整。前线轨道分析和Fukui指数都表明,离子液体在碳钢表面的吸附位点分布在咪唑环上,与Fe发生化学吸附。分子动力学模拟结果表明缓蚀剂分子以阳离子[Bmim]⁺平行吸附于金属表面,阴离子Cl^-扩散在溶液中的方式达到缓蚀的效果。理论计算结果与实验结果一致,即[Bmim]Cl在甲醇/硫酸水溶液中对Q235钢具有很好的缓蚀作用,为新型离子液体缓蚀剂研究应用奠定了基础。     

温度和Cl-对Q235钢在MDEA/CO2体系中腐蚀行为的影响

通过浸泡腐蚀试验和电化学测量研究了温度和Cl-质量浓度对Q235钢在CO2饱和的20％(质量分数)N-甲基二乙醇胺溶液(MDEA/CO2)中腐蚀行为的影响.结果表明,温度和Cl-质量浓度对Q235钢在MDEA/CO2体系中腐蚀行为的影响是交互的.Cl-质量浓度为1 g/L和10 g/L时,Q235钢的腐蚀速率随温度升高而增大;Cl-质量浓度为15 g/L时,Q235钢的腐蚀速率随温度升高呈先增后减的变化趋势.     

集气站污水处理装置腐蚀规律及防护措施研究

随着气井产出污水量的逐渐增大,西部某集气站中污水处理装置的腐蚀风险逐渐增加。以现场污水为研究对象,采用挂片失重法,考察了不同因素对储水罐Q235钢片腐蚀速率的影响,并提出了腐蚀防护措施。试验结果表明,随着污水矿化度、溶解氧含量、二氧化碳含量、硫化物含量以及温度的逐渐升高,污水对Q235钢片的腐蚀速率均呈现逐渐增大的趋势,而随着污水pH值的逐渐升高,污水对Q235钢片的腐蚀速率则呈现逐渐减小的趋势。环氧树脂涂层可以有效降低污水对储水罐Q235钢材的腐蚀速率,且涂层厚度越大,防腐蚀效果越好;高性能缓蚀剂HS-1的加入也能够有效降低污水对储水罐Q235钢材的腐蚀速率,并且缓蚀剂的添加量越大,防腐蚀效果越好。     

温度对L360QS管线钢在H2S/CO2环境中腐蚀行为的影响

采用腐蚀失重实验和电化学实验探究40～60℃条件下L360QS钢试样的腐蚀规律。实验结果表明：在CO₂-H₂S-Cl^-共存体系中,随着温度的升高,腐蚀速率逐渐增大,腐蚀程度加剧,并出现点蚀。当温度低于50℃时,腐蚀并不严重,当温度高于50℃时,腐蚀产物膜致密性和完整度降低,易溶解破裂,出现“大阴极小阳极”现象,促进发生局部腐蚀。同时得到管线钢以CO₂腐蚀为主,H₂S腐蚀为辅,均匀腐蚀主要受CO₂控制,点蚀由高浓度的Cl^-造成。     

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。     

生物滴滤塔去除高浓度H2S废气的模拟研究

以生物滴滤塔（BTF）去除高浓度H₂S废气为研究对象,建立了一维轴向扩散反应器模型和双基质生物降解反应动力学模型,通过比较单基质模型和双基质模型在不同H₂S入口浓度条件下的模拟结果和实验结果,验证了双基质模型的有效性和可行性,研究了生物膜中H₂S的动态去除过程,考察了BTF在不同液相H₂S浓度和空床停留时间条件下的除臭性能。研究表明,当生物膜表面H₂S浓度为7589.3 mg/m³ 时,生物膜中传质-生物降解过程需要0.75 s才能达到稳态;较厚的生物膜使得内扩散阻力增大,生物降解反应速率分布的不均匀性增大,O₂浓度对生物降解速率的影响将越来越显著;进气速度和喷淋浓度可显著影响BTF中H₂S的去除率。     

化工管道连接法兰磷化工艺条件优化及磷化膜的耐蚀性

以化工管道连接使用的Q235钢法兰为研究对象,对其进行磷化处理以提高耐蚀性.采用正交试验法考察了磷酸二氢锌浓度、氟化钠浓度、硝酸镧浓度、磷化液温度和磷化时间对磷化膜耐CuSO4点蚀时间的影响,并通过极差分析得到最佳磷化工艺条件为:磷酸二氢锌浓度60 g/L、氟化钠浓度2.5 g/L、硝酸镧浓度40 mg/L、磷化液温度...     

钼酸盐复配体系对碳钢缓蚀作用研究

本文采用腐蚀失重、电化学阻抗谱、极化曲线和扫描电镜(SEM)等方法研究了钼酸钠及其与磷酸氢二钠的复配体系在3.5%NaCl介质中对碳钢的缓蚀性能。结果表明,与钼酸钠单独使用时相比,与磷酸氢二钠的复配使用能够提高其缓蚀效率。当钼酸钠与磷酸氢二钠两种缓蚀剂的复配比为3∶7时,对Q235的缓蚀效果最佳,缓蚀效率达到90%,能更有效地抑制碳钢的腐蚀。     

镍磷化学镀层在北方重工业城市雪水中的耐蚀性

为了改善Q235钢在空气污染较为严重的环境中的耐蚀性,以北方重工业城市之一的抚顺望花区的雪水为腐蚀溶液,考察了化学镀镍层在该介质中的耐蚀行为。采用金相显微镜观察了镍磷镀层的表面形貌,通过冷冻-加热循环试验考察了镀层的结合力,借助动电位极化、电化学阻抗谱等方法评价了镀层在雪水中的耐蚀性,测试和观察了浸泡实验的腐蚀速率和表面形貌。结果表明,Ni-P镀层可在Q235钢表面均匀沉积且较为致密,与基体之间有良好的结合力。镀层的自腐蚀电流密度较Q235钢低,电荷转移电阻更大,腐蚀速率是Q235钢的1/3～1/2。Ni-P镀层明显改善了Q235钢在污染较为严重的雪水中的耐蚀性,可作为Q235钢腐蚀防护的一种措施。     

Fundamentals of hydrogen evolution reaction and its implications on near-neutral pH stress corrosion cracking of pipelines

In this work, electrochemical techniques were utilized to investigate the hydrogen evolution reaction on X-70 pipe steel and the hydrogen permeation through the steel in near-neutral pH environmental condition. The results demonstrate that the steel has always been in an active-dissolution state in near-neutral pH solution and there is no film formed on the steel surface. Hydrogen evolution is inhibited by anodic polarization of the steel, which is attributed to the alternation of hydrogen evolution mechanism and kinetics on the anodially polarized steel. Combined with slow strain rate tensile tests, it is found that the high susceptibility of steel to stress corrosion cracking (SCC) is always associated with a high hydrogen permeation current. A thermodynamic model was developed, by analyzing the change in free-energy of the steel in the presence and absence of hydrogen and stress, to determine the interactions of hydrogen, stress and anodic dissolution at the crack-tip. The role of hydrogen involvement in pipeline near-neutral pH SCC could be determined quantitatively by characterizing the effect of hydrogen concentration on the dissolution rate of steel and the synergism of hydrogen and stress to promote crack growth.     

Analysis of corrosion products beneath an epoxy-amine varnish film

In situ Raman analysis was applied to identify the corrosion products formed on iron coated with epoxy-amine varnish and exposed to sodium chloride solution saturated by hydrogen sulfide or carbon dioxide. The results showed the formation of iron sulfide or iron carbonate layer while electrochemical impedance spectrum predicted the polymer coating exhibiting an almost perfect protecting barrier property. It is concluded therefore, that the corrosion process involves the permeation of water and hydrogen sulfide at molecular state through polymer interstices whereas no ionic conduction is allowed to take place in the coating film. The corrosion process induces the complete delamination of the exposed coating area but as far as its integrity is respected (no macroscopic pores or crevices) the corrosion rate is very low, far from that expected from permeation measurements of H₂S.     

不同硫化物浓度碱性溶液中16Mn钢及热影响区应力腐蚀行为

利用U形弯试样浸泡实验和电化学技术研究了16Mn钢及其模拟热影响区在不同硫化物浓度的碱性(pH=11.7)介质中的应力腐蚀开裂(SCC)行为与机理。结果表明:16Mn钢原始组织、粗晶组织(空冷组织)和硬化组织(淬火组织)在碱性硫化物环境中均能形成保护性腐蚀产物膜、导致电极过程近似呈钝化状态,钝化电流密度依次降低;淬火组织析氢电流密度较高,腐蚀速度较低,长期服役后会造成靠近熔合线部分腐蚀深度大而暴露出残余拉应力区,引起SCC;HAZ中硬化组织、粗晶组织和原始组织在碱性硫化物环境下SCC敏感性逐渐降低,硬化组织具有较明显的SCC敏感性,粗晶组织和原始组织SCC敏感性小;硫化物浓度升高,16Mn钢及其模拟热影响区SCC敏感性增加;16Mn钢焊缝区在碱性硫化物环境中SCC裂纹扩展机制为阳极溶解机制。     

植物提取物自组装膜在盐酸中对Q235钢的缓蚀作用

以铁线蕨植物提取物(ACE)为成膜物质,在Q235钢表面自组装得到缓蚀膜。通过极化曲线和电化学阻抗谱测试研究了该自组装膜对Q235钢在1 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能。结果表明,该自组装膜对Q235钢的阴、阳极腐蚀反应均有抑制作用,可明显减缓Q235钢在盐酸溶液中的腐蚀,且缓蚀作用随ACE质量浓度的增大而增强。ACE分子在Q235钢表面的吸附遵从Langmuir和Frumkin吸附模型,为单分子层吸附,吸附分子之间存在横向吸引力。     

Mechanistic investigation of hydrogen-enhanced anodic dissolution of X-70 pipe steel and its implication on near-neutral pH SCC of pipelines

The effects of hydrogen-charging on anodic dissolution of pipe steel under near-neutral pH condition were studied by electrochemical techniques. Hydrogen-charging enhances the anodic dissolution rate of the steel. The hydrogen-enhanced dissolution increases with increasing charging current density. The hydrogen effect is attributed to the alteration of chemical potential and exchange current density of steel. Hydrogen-charging affects the corrosion process of the steel. In particular, at a high charging current density, a layer of corrosion product forms on the electrode surface to change corrosion potential and interfacial double-charge layer capacitance as well as charge-transfer resistance. The hydrogen effect factor for enhanced anodic dissolution of steel at an anodic potential of −0.4 V (SCE) is 1.53 only. Hydrogen-enhanced anodic dissolution of steel by itself may not be the major factor contributing to the high rate of crack growth in pipe steel in near-neutral pH electrolyte. A further investigation of the synergistic effect of hydrogen and stress on dissolution at the crack-tip is essential to determine the mechanism of near-neutral pH stress corrosion cracking of pipelines.