孟凡娟等：3Cr钢在油水两相层流工况下的腐蚀行为 1031· 集输管线和海底管道常见的油水两相混输时 为99.99%，)除氧3h后升压至实验压力，以此刻为 的流型流态2如图2所示.本文将模拟水相和油 起点开始周期为120h的静态腐蚀模拟实验，实验 相的溶液混合之后再静置分层，进而模拟管道内 结束后依次用丙酮、去离子水、酒精清洗试样.实 的油水两相层流工况，以保证实验的油相和水相 验温度为60℃，实验压力为0.8MPa. 更接近于现场工况. 电化学测试在相同的高压反应釜中进行，电 为了模拟通常的油水比例，在90%含水率（即 化学试样尺寸为10mm×10mm×3mm,背面用铜导 水油体积比为9：1)的条件下进行实验.高温高压 线焊接，然后用环氧树脂封装(100g环氧树脂+10g 腐蚀模拟实验在1L反应釜中进行，腐蚀挂片尺寸 乙二胺+7g邻苯二甲酸二丁酯).Gamry l000电化 为30mm×13mm×3mm,实验装置示意图如图3所 学工作站采用标准三电极系统，参比电极为高温 示.每组反应釜内装有5个平行试样，对1#~3#挂 高压Ag/AgCl参比电极，辅助电极为铂电极，试样 片试样使用精度为0.0001g的天平分别称量其腐 为工作电极，裸露面积为1cm2.动电位极化曲线 蚀前和腐蚀后并酸洗去除腐蚀产物膜后的质量， 扫描速度为0.5mVs,扫描电位范围为-250mV~ 用以计算腐蚀速率.酸洗前，对2#试样进行XRD 300mV(相对于开路电位).电化学交流阻抗谱阻 检测，对3#试样进行激光共聚焦拉曼无损检测， 抗测量信号幅值为10mV正弦波，测试频率范围 4#试样利用SEM进行微观形貌分析，5#试样腐蚀 为5mHz~100kHz.所用实验材料、实验条件均 后用环氧树脂封装用以SEM截面分析.实验前利 与高温高压腐蚀浸泡模拟实验相同 用CO2对模拟液进行8h除氧，然后根据具体条件 01 在模拟液中添加100mgL十七烯基胺乙基咪唑 啉季铵盐缓蚀剂.将模拟液和柴油按比例混合搅 Water 拌均匀后，导入反应釜中，静置1h分层，然后装入 图2油水两相管道流型置示意图 试样，升温至实验温度，通入高纯CO2(体积分数 Fig.2 Schematic of the pipeline in oi-water flow Booster pump Oil phase T P Heate Of● Thermocouple C02 Water phase Controller Specimen 图3高温高压反应釜装置示意图 Fig.3 Schematic of the high-temperature and high-pressure autoclave 2结果与讨论 水分层后的水相中，X65钢腐蚀速率约为4.78mma, 2.1腐蚀速率与腐蚀形态 3Cr钢腐蚀速率约为1.60mma,腐蚀速率均有所 利用高温高压反应釜对温度为60℃、实验压 降低，表明分散于水相中的烷烃分子（来源于油 力为0.8MPa条件下的3Cr钢和X65钢进行研究 相)具有一定的缓蚀作用.但是，当在模拟油水工 通过失重法测得样品在模拟油水两相层流工况下 况的实验体系中加注100 mg-L OAI缓蚀剂后，3Cr 水相的腐蚀速率，如图4所示.作为对比，在不含 钢的腐蚀速率仅由1.60mma降低至1.18mma, 油的单一水相中，X65钢的腐蚀速率可达7.40mma, 缓蚀效率仅为26.3%.相同条件下，X65钢的腐蚀 实验所得3Cr钢的腐蚀速率为3.56mma1p.在油 速率仅为0.06mma,缓蚀效率达到98.7%.表明集输管线和海底管道常见的油水两相混输时 的流型流态[20] 如图 2 所示. 本文将模拟水相和油 相的溶液混合之后再静置分层，进而模拟管道内 的油水两相层流工况，以保证实验的油相和水相 更接近于现场工况. 为了模拟通常的油水比例，在 90% 含水率（即 水油体积比为 9∶1）的条件下进行实验. 高温高压 腐蚀模拟实验在 1 L 反应釜中进行，腐蚀挂片尺寸 为 30 mm×13 mm×3 mm，实验装置示意图如图 3 所 示. 每组反应釜内装有 5 个平行试样，对 1#～3#挂 片试样使用精度为 0.0001 g 的天平分别称量其腐 蚀前和腐蚀后并酸洗去除腐蚀产物膜后的质量， 用以计算腐蚀速率. 酸洗前，对 2#试样进行 XRD 检测，对 3#试样进行激光共聚焦拉曼无损检测. 4#试样利用 SEM 进行微观形貌分析，5#试样腐蚀 后用环氧树脂封装用以 SEM 截面分析. 实验前利 用 CO2 对模拟液进行 8 h 除氧，然后根据具体条件 在模拟液中添加 100 mg∙L−1 十七烯基胺乙基咪唑 啉季铵盐缓蚀剂. 将模拟液和柴油按比例混合搅 拌均匀后，导入反应釜中，静置 1 h 分层，然后装入 试样，升温至实验温度，通入高纯 CO2（体积分数 为 99.99%，）除氧 3 h 后升压至实验压力，以此刻为 起点开始周期为 120 h 的静态腐蚀模拟实验，实验 结束后依次用丙酮、去离子水、酒精清洗试样. 实 验温度为 60 ℃，实验压力为 0.8 MPa. 电化学测试在相同的高压反应釜中进行，电 化学试样尺寸为 10 mm×10 mm×3 mm，背面用铜导 线焊接，然后用环氧树脂封装（100 g 环氧树脂+10 g 乙二胺+7 g 邻苯二甲酸二丁酯）. Gamry1000 电化 学工作站采用标准三电极系统，参比电极为高温 高压 Ag/AgCl 参比电极，辅助电极为铂电极，试样 为工作电极，裸露面积为 1 cm2 . 动电位极化曲线 扫描速度为 0.5 mV·s−1，扫描电位范围为−250 mV～ 300 mV（相对于开路电位）. 电化学交流阻抗谱阻 抗测量信号幅值为 10 mV 正弦波，测试频率范围 为 5 mHz～100 kHz. 所用实验材料、实验条件均 与高温高压腐蚀浸泡模拟实验相同. Oil Water 图 2    油水两相管道流型置示意图[20] Fig.2    Schematic of the pipeline in oil-water flow[20] ON Booster pump CO2 T P Off Controller Waste gas treatment P Thermocouple Heater Specimen Water phase Oil phase P 图 3    高温高压反应釜装置示意图 Fig.3    Schematic of the high-temperature and high-pressure autoclave 2    结果与讨论 2.1    腐蚀速率与腐蚀形态 利用高温高压反应釜对温度为 60 ℃、实验压 力为 0.8 MPa 条件下的 3Cr 钢和 X65 钢进行研究. 通过失重法测得样品在模拟油水两相层流工况下 水相的腐蚀速率，如图 4 所示. 作为对比，在不含 油的单一水相中，X65 钢的腐蚀速率可达 7.40 mm∙a−1 ， 实验所得 3Cr 钢的腐蚀速率为 3.56 mm∙a−1[21] . 在油 水分层后的水相中，X65 钢腐蚀速率约为 4.78 mm∙a−1 ， 3Cr 钢腐蚀速率约为 1.60 mm∙a−1，腐蚀速率均有所 降低，表明分散于水相中的烷烃分子（来源于油 相）具有一定的缓蚀作用. 但是，当在模拟油水工 况的实验体系中加注 100 mg∙L−1OAI 缓蚀剂后，3Cr 钢的腐蚀速率仅由 1.60 mm∙a−1 降低至 1.18 mm∙a−1 ， 缓蚀效率仅为 26.3%. 相同条件下，X65 钢的腐蚀 速率仅为 0.06 mm∙a−1，缓蚀效率达到 98.7%，表明 孟凡娟等： 3Cr 钢在油水两相层流工况下的腐蚀行为 · 1031 ·