二氧化碳腐蝕試驗(yàn)（CO? Corrosion Test）解析

二氧化碳腐蝕試驗(yàn)（CO? Corrosion Test），也稱為甜腐蝕試驗(yàn)（Sweet Corrosion Test），是一種用于評估材料（尤其是金屬材料，如碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等）在含二氧化碳（CO?）環(huán)境下的耐腐蝕性能的試驗(yàn)方法。這種腐蝕常見于石油天然氣開采、輸送管道、化工設(shè)備、碳捕集與封存（CCS）系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域。

一、什么是二氧化碳腐蝕？

• 定義：當(dāng)CO?溶于水后，形成碳酸（H?CO?），導(dǎo)致水溶液呈酸性，從而引發(fā)金屬材料的電化學(xué)腐蝕。

  CO? + H?O → H?CO? → H? + HCO?? → 2H? + CO?2?

• 特點(diǎn)：

• 區(qū)別于含硫化氫（H?S）的“硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSC）”（即“酸性腐蝕”或“** sour corrosion**”）。

• 因其腐蝕環(huán)境相對“溫和”，故被稱為“甜腐蝕（Sweet Corrosion）”。

二、二氧化碳腐蝕試驗(yàn)的目的

1. 評估材料在模擬工況下的均勻腐蝕速率。

2. 檢測是否發(fā)生局部腐蝕（如點(diǎn)蝕、臺地腐蝕）。

3. 驗(yàn)證緩蝕劑的防護(hù)效果。

4. 評價(jià)腐蝕產(chǎn)物膜（如FeCO?）的保護(hù)性。

5. 為選材、防腐設(shè)計(jì)和壽命預(yù)測提供依據(jù)。

三、常見試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

四、試驗(yàn)方法與流程

1. 試驗(yàn)類型

2. 典型試驗(yàn)條件

• 溫度：25°C ~ 150°C（根據(jù)實(shí)際工況）

• CO?分壓：0.1 bar ~ 數(shù)十 bar

• 介質(zhì)：模擬地層水（含Cl?、HCO??等）、鹽水、原油+水混合物

• pH值：3.5 ~ 6.5（CO?溶解后自然形成）

• 試驗(yàn)時(shí)間：數(shù)小時(shí)至數(shù)周（常見為7天、14天、30天）

• 試樣：標(biāo)準(zhǔn)金屬片（通常為碳鋼N80、P110、13Cr等）

3. 試驗(yàn)步驟示例

1. 制備試樣：打磨、清洗、稱重（精確至0.1mg）。

2. 配置腐蝕介質(zhì)（如3.5% NaCl溶液）。

3. 將試樣放入反應(yīng)釜，加入介質(zhì)，密封。

4. 抽真空后通入CO?氣體，維持設(shè)定壓力。

5. 加熱至目標(biāo)溫度，開始計(jì)時(shí)。

6. 試驗(yàn)結(jié)束后取出試樣，清洗腐蝕產(chǎn)物（常用Clarke溶液或Rigo溶液）。

7. 再次稱重，計(jì)算腐蝕速率：

   腐蝕速率（mm/year）= (ΔW × 8.76×10?) / (A × t × ρ)

• ΔW：質(zhì)量損失（g）

• A：表面積（cm2）

• t：時(shí)間（h）

• ρ：材料密度（g/cm3）

五、評估指標(biāo)

1. 平均腐蝕速率（mm/year 或 mpy）

2. 局部腐蝕深度（最大點(diǎn)蝕深度）

3. 腐蝕形貌分析（通過SEM、EDS觀察）

4. 腐蝕產(chǎn)物膜成分分析（XRD、XPS）

5. 電化學(xué)參數(shù)（可結(jié)合EIS、極化曲線等原位監(jiān)測）

六、影響CO?腐蝕的主要因素

七、應(yīng)用領(lǐng)域

• 油氣行業(yè)：油井管、集輸管線、井下工具

• CCUS（碳捕集、利用與封存）：CO?輸送管道、封存地層材料

• 化工設(shè)備：尿素生產(chǎn)、合成氨裝置

• 地?zé)嵯到y(tǒng)：高溫高壓含CO?熱水環(huán)境

八、企業(yè)應(yīng)對建議

1. 選材優(yōu)化：在高CO?環(huán)境下優(yōu)先選用含Cr鋼、雙相不銹鋼或鎳基合金。

2. 使用緩蝕劑：定期注入成膜型緩蝕劑。

3. 內(nèi)涂層或襯里：采用環(huán)氧涂層、玻璃鋼襯里等物理防護(hù)。

4. 開展腐蝕試驗(yàn)：新產(chǎn)品或新工況前進(jìn)行CO?腐蝕模擬測試。

5. 監(jiān)測與維護(hù)：在線腐蝕監(jiān)測（如腐蝕掛片、電阻探針）。

總結(jié)

二氧化碳腐蝕試驗(yàn)是評估材料在酸性含CO?環(huán)境中服役壽命的關(guān)鍵手段。通過標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)方法，可以有效預(yù)測材料腐蝕行為，指導(dǎo)工業(yè)設(shè)備的安全設(shè)計(jì)與運(yùn)行。對于涉及油氣、CCUS、化工等行業(yè)的企業(yè)，建立CO?腐蝕評估能力至關(guān)重要。

如需具體試驗(yàn)方案或標(biāo)準(zhǔn)文本，可參考NACE、ISO或國家標(biāo)準(zhǔn)，并建議與專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)（如訊科標(biāo)準(zhǔn)等）合作開展測試。