1、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(jié)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(shè)備發(fā)生早期失效。例如,美國Little Creek 油田實施CO2 驅(qū)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(chǎn)原油400t 、天然氣105m3

2、,油中含水3.1 % ,氣中含CO242 % ,僅使用18個月,N - 80 鋼質(zhì)油管就腐蝕泄露,造成井噴,被迫停產(chǎn)。CO2 溶于水后對管道和設(shè)備可形成全面腐蝕,也可形成局部腐蝕,兩種腐蝕產(chǎn)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(xiàn)為全面腐蝕,其性質(zhì)為電化學(xué)腐蝕。總的腐蝕反應(yīng)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。點蝕:點蝕表現(xiàn)為鋼材出現(xiàn)凹坑,并且四周光滑。一般說來,點蝕存在一個溫度敏感區(qū)間,且與CO2分壓、材料的組成有密切關(guān)系。目前,還沒有用于預(yù)測鋼材發(fā)生點蝕敏感性的簡單規(guī)則。臺地侵

3、蝕:臺地侵蝕會出現(xiàn)較大面積的凹臺,底部平整,周邊垂直凹底。當(dāng)鋼鐵表面形成大量碳酸亞鐵膜、而膜又不是很致密和穩(wěn)定時,容易造成上述破壞。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(zhì)條件下會發(fā)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(zhì)中,腐蝕產(chǎn)物( FeCO3)、垢(CaCO3)或其它的生成物膜在鋼材表面不同的區(qū)域覆蓋度不同,這樣不同覆蓋度的區(qū)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

4、。CO2的局部腐蝕就是這種腐蝕電偶作用的結(jié)果。(3) CO2腐蝕的主要影響因素:介質(zhì)含水量:無論在氣相還是在液相中,CO2腐蝕的發(fā)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(zhì)量) 左右,CO2的腐蝕速度出現(xiàn)大幅度增加。CO2分壓:CO2分壓對鋼的腐蝕形態(tài)有顯著的影響。當(dāng)CO2 分壓低于0.0483MPa時,易發(fā)生CO2的均勻腐蝕;當(dāng)CO2分壓在0.04830.207MPa時,則可能發(fā)生不同程度的小孔腐蝕,腐蝕程度為中度;當(dāng)CO2分壓大于0.207MPa 時,會發(fā)生嚴重的局部腐蝕。介質(zhì)溫度: 對于鐵來說,溫度(T)對CO2腐蝕的影響可以分為4

5、個階段:T< 40 時,CO2與鐵的反應(yīng)產(chǎn)物為FeCO3,軟而無附著力,金屬表面光滑,主要發(fā)生均勻腐蝕;60110 ,鐵表面可生成具有一定保護性的腐蝕產(chǎn)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(chǎn)物為厚而松的FeCO3粗結(jié)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(huán)境介質(zhì)參數(shù)的差異,對腐蝕溫度規(guī)律會產(chǎn)生影響,故需要具體問題具體分析。含CO2介質(zhì)中溫度對鉻含量不同鋼種腐蝕速度的影響見圖1。圖1 在CO2 介質(zhì)中溫度對不同鋼腐蝕速度的影響 圖中數(shù)字為鉻含量:1 - 1 %;2 - 2 %;3 - 3 %;4 - 5 %;5 - 9 %;6 - 13 %;7 - 17 %;8 - 25 %;9 - 10 % 從圖1 可以看出,當(dāng)鉻含量達到17%以上時,CO2對鋼材的腐蝕已經(jīng)非常微弱,溫度的影響也不再明顯。因此可以得出以下結(jié)論: 變氣中所含的CO2與水已經(jīng)構(gòu)成對管道造成酸性腐蝕的條件;中變氣流動誘使局部腐蝕,由于沖刷使得碳鋼金