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。     

流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制

在流动体系中,流场作用对腐蚀行为中的力学、离子传质以及界面反应等过程有着复杂的耦合影响,不同金属材料、不同溶液环境下流体流动发挥的作用也复杂多变,这些因素加剧了流动环境下的腐蚀机理研究的困难性。本文综述了流动腐蚀的研究现状,包括流动对腐蚀过程的影响机制、流动腐蚀研究的实验装置以及流动腐蚀中的关键影响因素,着重分析了流动通过改变腐蚀反应物/产物的质量传输速率对腐蚀反应动力学的影响机制,以及流动的剪切力作用对壁面产物膜的形成/破坏动力学过程的影响。提出了流动腐蚀在腐蚀界面演化与流场的交互作用、时空尺度跨度、流场-离子传质-界面反应的多场耦合联系以及不同流体力学参数匹配性等方面有待解决的问题,展望了流动腐蚀的发展方向。