油气管道CO_2腐蚀过程中弹状流的影响_郑东宏

第28卷第2期2007年2月

腐蚀与防护

CORROSION&PROTECTION

Vol.28 No.2February2007

专论

油气管道CO2腐蚀过程中弹状流的影响

郑东宏1,车得福1,贺林2,路民旭3

(1.西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安710049;2.西安交通大学材料科学与

工程学院,西安710049;3.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)

摘 要:通过分析弹状流近壁面处的动力边界层和扩散边界层及弹状流对管壁CO2腐蚀的影响,发现弹状流动特性对管壁的质量传递、动量交换、管壁处的电化学腐蚀以及腐蚀产物膜的形成和破坏有显著的影响作用。提出弹状流动形态和CO2腐蚀产物膜特性是管壁腐蚀速率和腐蚀形态的重要影响因素,弹单元内的壁面切应力变化特性、正应力变化特性、壁面传质变化特性以及电化学腐蚀特性的非线性耦合作用是油气管道内壁CO2腐蚀的重要影响因素。在此基础上阐述了CO2腐蚀产物膜的微观结构、力学特性以及膜内的传质特性对腐蚀产物膜的形成、破坏以及修复作用。

关键词:弹状流;CO2腐蚀;腐蚀产物膜

中图分类号:TG172 文献标识码:B 文章编号:1005-748X(2007)02-0077-05

EFFECTOFSLUGFLOWONCO2CORROSIONOFPIPELINEINOIL

ANDGASINDUSTRY

ZHENGDong-hong,CHEDe-fu,HELin,LUMin-xu

1

1

2

3

(1.StateKeyLaboratoryofMultiphaseFlowinPowerEngineering,Xi.anJiaotongUniversity,Xi.an710049,China;

2.SchoolofMaterialScienceandEngineering,Xi.anJiaotongUniversity,Xi.an710049,China;

3.SchoolofMaterialScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)

Abstract:Basedontheanalysisofhydrodynamicboundarylayeranddiffusionboundarylayer,theeffectsofslug

flowonmasstransferofcorrosivespeciestoandofcorrosionproductsfromthewall,momentuminterchange,electrochemicalreactionandcorrosionproductfilmwereobtained.Itissuggestedthatthenon-linearcouplingofthecharacteristicssuchasthenormalstress,shearstress,masstransfercoefficientandelectrochemicalreaction,hasimportanteffectontheCO2corrosionofpipeline.Thekeyrolesofmicrostructure,mechanicalproperties,masstransferofthecorrosionproductfilmintheprocessofcorrosionproductfilm.sformation,damageandrepairarealsoclarified.

Keywords:Slugflow;Carbondioxidecorrosion;Corrosionproductfilm 随着海洋、陆地荒漠和滩涂油气田的开发,采用多相混输工艺的投资费用比采用油、气分离输送方案降低了10%~40%

[1,2]

得到的腐蚀产物膜与实际工业生产管道内的腐蚀产物膜也有着很大的不同。腐蚀界已经逐渐认识到,流动形态和腐蚀产物膜特性是腐蚀速率和腐蚀形态的重要影响因素,因而CO2腐蚀问题的研究重点也逐渐转移到多相流动状态下的腐蚀及其相应的腐蚀产物膜特性两方面。

油气多相混输过程中经常遇到的流型为弹状流。Green认为弹状流因其特有的湍流强度而产生高的腐蚀速率[3]。本文在管道多相流动、腐蚀电化学的研究成果基础上,以垂直上升弹状流为对象,分析了该流动形态对管壁腐蚀的影响机理,认为弹单元内的壁面切应力变化特性、正应力变化特性、壁面传质变化特性以及电化学腐蚀作用特性的非线性耦合作用是

##

。但在多相混输时,CO2

溶于水所形成的弱酸对碳钢或低合金管线有强的腐

蚀破坏,即存在所谓的CO2腐蚀或/甜气0腐蚀。

工业实践证明,多相混输管线的腐蚀受流动形态的影响较大,不同的流动形态引起的腐蚀作用机理有着显著的不同。典型的旋转圆盘试验、冲击射流试验和单相流动环路试验都未能真实模拟工业生产管道内多相流的流动特性;同时,用上述试验方法

收稿日期:2006-03-23;修订日期:2006-07-10

基金项目:国家自然科学基金重点项目(50231020),国家自然科学基金面上项目(10372077)。