喻能等：碳钢油气输送管道不同沉积物下的腐蚀行为 ·463 进行，其激励正弦波幅值为5mV,扫频范围为10kHz~ 参比电极，利用丝束电极测试仪(CST520)进行电位/ 0.01Hz.阻抗谱数据利用Zview软件进行拟合. 电流扫描，装置图为1(b).该仪器内置10×10阵列的 1.4丝束电极的制作和测试 自动切换开关，由微机控制循环测量各丝束电极的 将100根直径为1.5mm的X65碳钢圆柱用高温 偶接电流.电位扫描时，所测量的单根电极与其他电 环氧树脂封装绝缘成间距为0.2mm的10×10根丝束 极断开，扫描间隔设定为6s.电流扫描则通过零阻 电极，如图1（©）所示.实验前丝束电极处理方法同腐 电流计测量任一单电极W,(=1~100)与其余99根 蚀失重测试.实验时中间6×6根丝束电极覆盖厚度 相互短接的电极所形成的整体（记为WR)之间的偶 为3mm的混合沉积物，其余64根丝束电极无沉积物 接电流.腐蚀实验后利用VHX-1OO0E超景深三维 覆盖，如图1(d)所示.丝束电极安装后向电解池中加 立体显微镜观察丝束电极腐蚀后的三维形貌，并测 入除氧的CO2饱和地层水，以饱和甘汞电极(SCE)为 试其腐蚀深度 a CE WE RE C0,进口 CO,出▣ 参比电极 C0,进气口 一沉积物 WE WE C0,出气口 丝束电极 RE 必 自动转换开关 沉积物 图1丝束电极和电化学测试装置示意图.()传统电化学测试：(b)丝束电极电位和电流测试：(c)丝束电极：(d)沉积物覆盖位置 Fig.I Wire beam electrode and schematic diagram of the setup for electrochemical measurements:(a)conventional electrochemical measurements: (b)potential and current distribution of the wire beam electrode:(c)wire beam electrode;(d)place covered by mixture deposit 疏起主导作用.当试样表面覆盖沙粒、黏土和碳酸亚 2结果与讨论 铁时，这些沉积物可以在一定程度上阻挡腐蚀性离子 2.1不同沉积物下的失重腐蚀速率 到达钢表面，而且随着腐蚀进行试样表面形成保护性 表1给出了X65钢表面覆盖不同沉积物时的腐蚀 腐蚀产物膜（腐蚀后扫描电镜形貌观察），因此其腐蚀 速率.无沉积物覆盖时试样的腐蚀速率为0.146mm· 速率较无沉积覆盖试样小.硫化亚铁为电子导体，具 a,覆盖沙粒、黏土和碳酸亚铁的试样其腐蚀有所减 有电化学活性网，因而加速钢的腐蚀.元素硫和混合 轻，腐蚀速率分别为0.057、0.083和0.047mm·a,而 物（主要活性成分为硫）与碳钢直接时，在水溶液中会 覆盖硫化亚铁、元素硫及混合物试样的腐蚀速率分别 发生阴极自催化反应而加速钢的腐蚀的： 为0.796、96.912和11.261mm·a,表明试样表面覆 S+2+2(-D)eF5HS+S 盖硫化亚铁和元素硫后均加速了钢的腐蚀.尤其是覆 (1) 盖元素硫后试样的腐蚀速率急剧增大，覆盖混合物后 阳极反应： 试样的腐蚀速率也有显著的增大，显然混合物中元素 (x-1)Fe→(x-1)Fe2+2(x-1)e°，(2)喻 能等: 碳钢油气输送管道不同沉积物下的腐蚀行为 进行，其激励正弦波幅值为 5 mV，扫频范围为 10 kHz ～ 0. 01 Hz． 阻抗谱数据利用 Zview 软件进行拟合． 1. 4 丝束电极的制作和测试 将 100 根直径为 1. 5 mm 的 X65 碳钢圆柱用高温 环氧树脂封装绝缘成间距为 0. 2 mm 的 10 × 10 根丝束 电极，如图 1( c) 所示． 实验前丝束电极处理方法同腐 蚀失重测试． 实验时中间 6 × 6 根丝束电极覆盖厚度 为 3 mm 的混合沉积物，其余 64 根丝束电极无沉积物 覆盖，如图 1( d) 所示． 丝束电极安装后向电解池中加 入除氧的 CO2 饱和地层水，以饱和甘汞电极( SCE) 为 参比电极，利用丝束电极测试仪( CST520) 进行电位/ 电流扫描，装置图为1( b) ． 该仪器内置10 × 10 阵列的 自动切换开关，由微机控制循环测量各丝束电极的 偶接电流． 电位扫描时，所测量的单根电极与其他电 极断开，扫描间隔设定为 6 s． 电流扫描则通过零阻 电流计测量任一单电极 Wj ( j = 1 ～ 100) 与其余 99 根 相互短接的电极所形成的整体( 记为 WＲ) 之间的偶 接电流． 腐蚀实验后利用 VHX--1000E 超 景 深 三 维 立体显微镜观察丝束电极腐蚀后的三维形貌，并测 试其腐蚀深度． 图 1 丝束电极和电化学测试装置示意图． ( a) 传统电化学测试; ( b) 丝束电极电位和电流测试; ( c) 丝束电极; ( d) 沉积物覆盖位置 Fig． 1 Wire beam electrode and schematic diagram of the setup for electrochemical measurements: ( a) conventional electrochemical measurements; ( b) potential and current distribution of the wire beam electrode; ( c) wire beam electrode; ( d) place covered by mixture deposit 2 结果与讨论 2. 1 不同沉积物下的失重腐蚀速率 表 1 给出了 X65 钢表面覆盖不同沉积物时的腐蚀 速率． 无沉积物覆盖时试样的腐蚀速率为 0. 146 mm· a － 1，覆盖沙粒、黏土和碳酸亚铁的试样其腐蚀有所减 轻，腐蚀速率分别为 0. 057、0. 083 和 0. 047 mm·a － 1，而 覆盖硫化亚铁、元素硫及混合物试样的腐蚀速率分别 为 0. 796、96. 912 和 11. 261 mm·a － 1，表明试样表面覆 盖硫化亚铁和元素硫后均加速了钢的腐蚀． 尤其是覆 盖元素硫后试样的腐蚀速率急剧增大，覆盖混合物后 试样的腐蚀速率也有显著的增大，显然混合物中元素 硫起主导作用． 当试样表面覆盖沙粒、黏土和碳酸亚 铁时，这些沉积物可以在一定程度上阻挡腐蚀性离子 到达钢表面，而且随着腐蚀进行试样表面形成保护性 腐蚀产物膜( 腐蚀后扫描电镜形貌观察) ，因此其腐蚀 速率较无沉积覆盖试样小． 硫化亚铁为电子导体，具 有电化学活性［24］，因而加速钢的腐蚀． 元素硫和混合 物( 主要活性成分为硫) 与碳钢直接时，在水溶液中会 发生阴极自催化反应而加速钢的腐蚀［25］: Sy － 1·S2 － + 2xH + + 2( x － 1) e － → FeS xH2 S + Sy － x ． ( 1) 阳极反应: ( x － 1) Fe → ( x － 1) Fe2 + + 2( x － 1) e － ， ( 2) · 364 ·