工程科学学报.第42卷，第8期：1029-1039.2020年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.8:1029-1039,August 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.27.003;http://cje.ustb.edu.cn 3C钢在油水两相层流工况下的腐蚀行为 孟凡娟，王清)，李慧心2)，向婉倩，姚海元2》，王赟，李清平)， 王 贝”，路民旭，张雷)区 1)北京科技大学新材料技术研究院.北京1000832)中海油研究总院.北京100028 ☒通信作者，E-mail:hanglei@ustb.edu.cn 摘要油水两相是海底管道和集输管线常见的腐蚀工况之一，以3Cr钢为代表的低C合金钢是目前具有良好耐蚀性能的 重要材料，但是，在油水两相层流工况下，特别是加注了一定缓蚀剂的条件下，3C:钢的适用性尚不明确.通过高温高压反应 釜模拟了油水两相层流工况的腐蚀环境，结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射谱(XRD)、激光共聚焦拉曼光谱、电化学 交流阻抗等测试表征方法，研究了3Cr钢的腐蚀行为及缓蚀剂对其耐蚀性能的影响.结果表明.在油水分层工况下，3Cr钢的 腐蚀产物膜为明显的双层膜结构，其内层腐蚀产物膜为结构致密的富C层，表现出良好的抗CO2腐蚀性能，但加入 100gL1十七烯基胺乙基咪唑啉季铵盐缓蚀剂后，3Cr钢并未得到有效的缓蚀保护.腐蚀产物分析和电化学研究表明，烷烃 分子、缓蚀剂分子及富C层间存在竞争关系，烷烃分子干扰了缓蚀剂分子的有序排列，影响了3Cr钢的耐蚀性. 关键词油水两相：CO,腐蚀：3C钢：缓蚀剂：高温高压反应釜 分类号TG142.71 Corrosion behavior for 3Cr steel under oil-water two-phase laminar flow conditions MENG Fan-juan.WANG Qing?,LI Hui-xin,XIANG Wan-qian,YAO Hai-yuan,WANG Yun,LI Qing-ping?. WANG Bei,LU Min-xu,ZHANG Lei 1)Institute for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China Corresponding author,E-mail:zhanglei@ustb.edu.cn ABSTRACT With the growing of CO2 corrosion problem in multiphase oil and gas in-field pipelines,carbon steel can no longer meet the continuously growing demand for energy consumption.At the same time,the water content in the gathering pipelines and the complex phase distribution of the oil and water phases make the service environment of the pipeline steel increasingly demanding. Recently,the low Cr-containing steel,which shows an excellent performance-price ratio with a better CO2 corrosion resistance,is expected to replace the carbon steel used for pipelines.However,the application of 3Cr is limited under the conditions of oil-water flows,especially those with corrosion inhibitor.For example,the absolute value of the uniform corrosion rate is still relatively high in environments of high-carbon dioxide,and using corrosion inhibitor in the application of Cr-containing low-alloy steels is still necessary. Some researchers found that the corrosion inhibitor of imidazoline quaternary ammonium salt can better control the corrosion caused by carbon dioxide in the application of 3Cr steel.Since the corrosion resistance of Cr-containing low-alloy steel depends on the formation of corrosion products,it is highly susceptible to corrosion inhibitors,and research on its compatibility with corrosion inhibitors is still lacking.In this study,the corrosion resistance of 3Cr steel and the effect of corrosion inhibitor on the resistance were evaluated in an oil- water two-phase environment by using a high-temperature and high-pressure autoclave combined with SEM (scanning electron 收稿日期：2019-07-27 基金项目：国家科技重大专项资助项目(2016ZX05028-004)3Cr 钢在油水两相层流工况下的腐蚀行为 孟凡娟1)，王    清2)，李慧心2)，向婉倩1)，姚海元2)，王    赟1)，李清平2)， 王    贝1)，路民旭1)，张    雷1) 苣 1) 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083    2) 中海油研究总院，北京 100028 苣通信作者，E-mail：zhanglei@ustb.edu.cn 摘    要    油水两相是海底管道和集输管线常见的腐蚀工况之一. 以 3Cr 钢为代表的低 Cr 合金钢是目前具有良好耐蚀性能的 重要材料，但是，在油水两相层流工况下，特别是加注了一定缓蚀剂的条件下，3Cr 钢的适用性尚不明确. 通过高温高压反应 釜模拟了油水两相层流工况的腐蚀环境，结合扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射谱（XRD）、激光共聚焦拉曼光谱、电化学 交流阻抗等测试表征方法，研究了 3Cr 钢的腐蚀行为及缓蚀剂对其耐蚀性能的影响. 结果表明，在油水分层工况下，3Cr 钢的 腐蚀产物膜为明显的双层膜结构，其内层腐蚀产物膜为结构致密的富 Cr 层，表现出良好的抗 CO2 腐蚀性能，但加入 100 mg·L−1 十七烯基胺乙基咪唑啉季铵盐缓蚀剂后，3Cr 钢并未得到有效的缓蚀保护. 腐蚀产物分析和电化学研究表明，烷烃 分子、缓蚀剂分子及富 Cr 层间存在竞争关系，烷烃分子干扰了缓蚀剂分子的有序排列，影响了 3Cr 钢的耐蚀性. 关键词    油水两相；CO2 腐蚀；3Cr 钢；缓蚀剂；高温高压反应釜 分类号    TG142.71 Corrosion behavior for 3Cr steel under oil-water two-phase laminar flow conditions MENG Fan-juan1) ，WANG Qing2) ，LI Hui-xin2) ，XIANG Wan-qian1) ，YAO Hai-yuan2) ，WANG Yun1) ，LI Qing-ping2) ， WANG Bei1) ，LU Min-xu1) ，ZHANG Lei1) 苣 1) Institute for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China 苣 Corresponding author, E-mail: zhanglei@ustb.edu.cn ABSTRACT    With the growing of CO2 corrosion problem in multiphase oil and gas in-field pipelines, carbon steel can no longer meet the  continuously  growing  demand  for  energy  consumption.  At  the  same  time,  the  water  content  in  the  gathering  pipelines  and  the complex  phase  distribution  of  the  oil  and  water  phases  make  the  service  environment  of  the  pipeline  steel  increasingly  demanding. Recently,  the  low  Cr-containing  steel,  which  shows  an  excellent  performance-price  ratio  with  a  better  CO2 corrosion  resistance,  is expected  to  replace  the  carbon  steel  used  for  pipelines.  However,  the  application  of  3Cr  is  limited  under  the  conditions  of  oil-water flows, especially those with corrosion inhibitor. For example, the absolute value of the uniform corrosion rate is still relatively high in environments of high-carbon dioxide, and using corrosion inhibitor in the application of Cr-containing low-alloy steels is still necessary. Some researchers found that the corrosion inhibitor of imidazoline quaternary ammonium salt can better control the corrosion caused by carbon dioxide in the application of 3Cr steel. Since the corrosion resistance of Cr-containing low-alloy steel depends on the formation of corrosion products, it is highly susceptible to corrosion inhibitors, and research on its compatibility with corrosion inhibitors is still lacking. In this study, the corrosion resistance of 3Cr steel and the effect of corrosion inhibitor on the resistance were evaluated in an oil￾water  two-phase  environment  by  using  a  high-temperature  and  high-pressure  autoclave  combined  with  SEM  (scanning  electron 收稿日期: 2019−07−27 基金项目: 国家科技重大专项资助项目 (2016ZX05028-004) 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期：1029−1039，2020 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 8: 1029−1039, August 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.27.003; http://cje.ustb.edu.cn