针对二氧化碳的腐蚀与防护

金属材料的抗二氧化碳腐蚀原理及如何防护

经过挂片法及电腐蚀法的实验表明，当二氧化碳溶于水后对部分金属材料有极强的腐蚀性，二氧化碳腐蚀又可称为甜蚀，在相同的PH条件下，二氧化碳水溶液的腐蚀性比盐酸还要强。以下是二氧化碳腐蚀影响的因素。

1、温度的影响。

研究表明，温度是影响二氧化碳腐蚀的重要因素，而且温度对腐蚀速率的影响较为复杂，在一定的温度范围内，碳钢在二氧化碳水溶液中的腐蚀速度随温度的升高而增大，当碳钢表面形成致密的腐蚀产物膜时，碳钢的溶解度随温度的升高而降低，前者加剧腐蚀，后者则有利于保护膜的形成以减缓腐蚀。腐蚀产物碳酸亚铁溶解度具有负的温度系数，溶解度随温度的升高而降低，即反常溶解现象。Ikeda等人的研究结果表明较低温度下，在碳钢表面生成少量松软且不致密的氧化亚铁膜，此时材料表面光滑，腐蚀为均匀腐蚀。

2、二氧化碳分压的影响

许多学者认为二氧化碳分压是控制腐蚀的主要因素之一。Cor和marsh对此作了估计，结果为：当二氧化碳分压低于0.021Mpa时，腐蚀可以护绿：当二氧化碳分压为0.021--0.21Mpa时腐蚀有可能发生；当二氧化碳分压大于0.21Mpa时通常表示将发生腐蚀。

对于碳钢、低合金钢的裸钢。最早的腐蚀速率可以用De warrd和millians的经验公式（温度低于60°C，CO2分压小于0.2Mpa）计算：lgvc=0.67lgP（CO2）+C

式中：Vc——腐蚀速率，mm/a；

P（CO2）——CO2分压，MPa

C——温度校正系数。

此公式最初是在大气环境中，将试件置于搅拌溶液里，以实验室得到的腐蚀数据为基础建立起来的，重点考察了CO2浓度对腐蚀速率的影响而没有考虑其他影响因素，所以有一定的局限性。

3、PH值的影响

K．videm等人向正在进行试验的溶液中加入NaHCO3，使溶液的PH值升高，观察到腐蚀速率迅速发生变化。在温度为70°C、铁离子浓度很低（1-2mg/L）时，加入12mmol/L碳酸氢钠，随着PH值由4.1升到6.2，腐蚀速率几乎降低了一倍。

Mishra B等在研究溶液中含CO2管线的腐蚀速率时，得到了腐蚀速率与PH值及PH值与CO2分压的关系，如公式2和公式3所示。 LogIc=-1.3PH+B (2)

PHcalc=-0.5logPco2+0.0417T+3.71 (3)

式中；B——常数； Ic——腐蚀速率，mm/a。

Kane等认为：由于酸性气体的存在引起的低PH值必然引起高的腐蚀速率，相反，模拟腐蚀介质的成分获得的PH值，在高CO2和H2S分压时，也引起低的腐蚀速率。溶液的PH值主要由温度、酸性气体的分压和HCO3ˉ的浓度来决定，其关系如公式4和公式5

所示。

如果【HCO3-】>0

PH1=C1-log（Ph2s）+Pco2（温度为20°C） (4)

PH2=C2-log（Ph2s）+Pco2+log（HCO3-）（温度为20°C） (5)

式中：C1和C2——常数；

Ph2s和Pco2——该两种气体的分压，Bar；

当温度大于100°C时PH值将随C1和C2的变化而变化。

4、流速的影响

实际经验和实验室研究表明，流速对钢的腐蚀有较大的影响。腐蚀速率随流速增加有惊人的增大，并导致严重的局部腐蚀。设计上，流动的气体或液体将对管道内壁构成强烈的冲刷，除了使管道承受一定的冲刷力、促进腐蚀反应的物质交换外，还将抑制致密保护膜的形成，影响缓蚀剂作用的发挥，尤其是在材料内壁已不光滑的条件下，局部的流速可能远远高于整体流速，而且还可能出现紊流，因此必然会对腐蚀速率有一定的影响。

流速对腐蚀的影响主要是由于流体流动对腐蚀介质传质效果的影响及对腐蚀产物膜在金属表面附着的影响所致。国外一些专家用循环流动腐蚀试验仪器得出结论：腐蚀介质流速在0.32m/s以下时，腐蚀速度随流速增加而加速，此后以10m/s范围内腐蚀速度基本不随流速的变化而变化。

二氧化碳腐蚀防护措施

2.1抗二氧化碳腐蚀的高耐蚀材料

国外对抗二氧化碳腐蚀钢材研究较多的国家是日本，在材料研究领域已经做了大量的工作，并取得了许多应用效果。

2.2阴极保护技术

在相应的地标输油管线中可采用通电阴极保护的措施，该方法在实施大范围野外阴极保护时比较经济，但对附近金属结构的影响较大，需要有专人管理维护，需要有稳定可靠的不间断电源。

2.3采用表面涂层保护

通过相应的工艺处理，在金属的表面形成一层具有抑制腐蚀的覆盖层，可直接将金属与腐蚀介质分离开来

2.4使用缓蚀剂

缓蚀剂（inhibitor，又称为腐蚀抑制剂）是一种用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂。对于一定的金属/腐蚀介质体系，只要在腐蚀介质中加入少量的缓蚀剂，就能有效的降低该重金属的腐蚀速率。

按作用机理，缓蚀剂可分成三类

（1） 氧化膜型缓蚀剂

氧化膜型缓蚀剂本身是氧化剂或以介质中的溶解氧作氧化剂使金属表面形成钝态的极薄致密的保护性氧化膜，造成金属离子化过程受阻，从而减缓金属腐蚀速率。

（2） 沉淀膜型腐蚀剂

沉淀膜型缓蚀剂是通过化学反应在金属表面生成沉淀莫。沉淀莫可由缓蚀剂之间互相作用生成，也可由缓蚀剂和腐蚀介质的金属离子作用生成。

（3） 吸附膜型缓蚀剂

吸附膜型缓蚀剂加入到腐蚀介质中以后，通过吸附一方面改变了金属表面电荷状态和介面性质，使金属表面的能量状态趋于稳定，增加腐蚀反应的活化能，减缓腐蚀速度：另一方面被吸附的缓蚀剂分子上的非极性基因能在金属表面形成一层疏水性保护膜，阻碍与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移，也使腐蚀速度减小。