鄒永莉 蔣程彬 任順順

（1.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500；

2.中國石油新疆油田公司基本建設工程處，新疆 克拉瑪依 834000）

2205雙向不銹鋼在含鹽乙二醇溶液中的點蝕行為

鄒永莉1蔣程彬2任順順1

（1.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500；

2.中國石油新疆油田公司基本建設工程處，新疆 克拉瑪依 834000）

采用化學浸泡腐蝕實驗并結合表面觀察方法研究了在含有飽和O2的乙二醇鹽溶液中Cl-濃度、除氧劑濃度對2205雙相不銹鋼點蝕行為的影響。實驗結果表明：2205雙相不銹鋼的最大點蝕深度和平均失重隨著乙二醇水溶液中Cl-濃度的增大而增大。當乙二醇水溶液溫度為90℃、Cl-濃度為48 276 mg/L時，試樣表面出現(xiàn)嚴重的點蝕，最大點蝕深度可達到0.305 mm。無水含鹽乙二醇中NaCl濃度越高，2205雙相不銹鋼試樣的最大點蝕深度和平均失重越高。

2205雙相不銹鋼 乙二醇 氯離子 點蝕 點蝕深度

0 引言

國內(nèi)外深水氣田開發(fā)大都使用乙二醇來抑制水合物的形成，為了節(jié)約成本，需要回收乙二醇。因采出水中含鹽量較高，在乙二醇回收時需加入脫鹽流程，為此，分流脫鹽流程在國內(nèi)外得到了廣泛應用［1-3］。乙二醇富液中含有的大量Cl-是一種能夠促進不銹鋼點蝕的離子［3］。在分流脫鹽流程的脫一價鹽系統(tǒng)中，由于閃蒸罐在負壓下工作，乙二醇再生脫一價鹽裝置長期運行后可能出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象?？諝怆y免會從儀表連接處和設備密封處進入裝置內(nèi)?？諝獾倪M入、高溫環(huán)境和Cl-是閃蒸罐、管線和設備腐蝕結垢的重要因素。這給新型乙二醇再生脫鹽裝置中閃蒸罐、管線及設備材質(zhì)的選擇帶來了挑戰(zhàn)。

2205雙相不銹鋼不僅焊接性能好，還具有良好的耐氯離子腐蝕性能，經(jīng)常用在含氯離子的環(huán)境中。研究2205雙相不銹鋼在有氧的乙二醇鹽溶液中的點蝕行為，能夠為新型乙二醇再生脫一價鹽裝置的選材和防腐措施提供理論依據(jù)。

1 實驗

實驗參照GB/T 17897-1999。實驗用2205雙相不銹鋼的主要化學成分見表1。用線切割機將2205雙相不銹鋼鋼板切割成50 mm×10 mm×2 mm，再用120#、500#、800#、1200#金相砂紙逐級打磨試片，除去表面上的斑痕和試片周邊的毛刺，使試片所有面的光滑度保持一致。然后用丙酮擦洗除油污，再把試片放入無水乙醇中脫脂、脫水，用吹風機將試片吹干。稱重后，把試片放入干燥皿中保存。

表1 2205雙相不銹鋼的化學成分表

實驗溶液分為乙二醇水溶液和含鹽乙二醇溶液。乙二醇水溶液參照閃蒸罐的原料組分，由乙二醇、去離子水和NaCl配制。乙二醇水溶液中水的質(zhì)量分數(shù)為20%。含鹽乙二醇溶液參照循環(huán)回路內(nèi)溶液組分，由乙二醇和NaCl配制。除氧劑的型號為HBGL-404，是一種液體，具有反應速度快、使用量小、能與氧氣生成無害物質(zhì)等特點。

實驗在飽和O2環(huán)境中進行，試片浸泡時間為72 h。實驗結束后，清洗試片表面的腐蝕產(chǎn)物，干燥后稱重。采用XTL-500型體視顯微鏡觀察試樣的點蝕形貌。點蝕深度能夠表征不銹鋼表面發(fā)生點蝕的嚴重程度，是管道及設備最具有參考意義的壽命指標［4］。采用2341-101A型測深規(guī)測量點蝕深度。每個實驗使用3個試片，測量每個試片上蝕坑不同位置的深度。每個試片取10個測量點，并取其最大值作為最大點蝕深度來反映試片發(fā)生點蝕的嚴重程度。

2 實驗結果及分析

2.1 乙二醇水溶液中Cl-濃度對點蝕的影響

實驗研究了2205雙相不銹鋼在Cl-濃度為12 069 mg/L、21 121 mg/L、29 388 mg/L、39 224 mg/L、48 276 mg/L的乙二醇水溶液中的點蝕行為。因乙二醇水溶液超過100℃蒸發(fā)損耗太大，不能反映真實情況，故將實驗溶液溫度定為90℃，實驗時間為72 h。試片的最大點蝕深度和平均失重隨Cl-濃度的變化趨勢如圖1所示。

圖1 試片的最大點蝕深度和平均失重隨Cl-濃度的變化曲線圖

由圖1可知，2205雙相不銹鋼試片的最大點蝕深度和平均失重均隨Cl-濃度的增大而增大。當乙二醇水溶液中Cl-濃度為48 276 mg/L時，試片的最大點蝕深度和平均失重都達到最大值。

Cl-是典型的侵蝕性陰離子，能夠與氧競爭吸附在2205雙相不銹鋼鈍化膜的表面，與鈍化膜表面的陽離子生成可溶性氯化物。Cl-半徑很小，能夠穿透鈍化膜，破壞鈍化膜，導致2205雙相不銹鋼表面產(chǎn)生點蝕。新露出的金屬基體，成為Cl-的侵蝕對象和蝕坑的活性中心。Cl-濃度越大，Cl-競爭吸附的能力就越強，吸附在鈍化膜上的幾率更大，從而使不銹鋼表面更容易萌生點蝕。Cl-濃度越高，2205雙相不銹鋼鈍化膜表面的活性點就越多，產(chǎn)生點蝕的面積就可能更大。因此，實驗溶液中Cl-濃度越高，2205雙相不銹鋼表面就越容易萌生點蝕。

圖2為體視顯微鏡下2205雙相不銹鋼的點蝕形貌局部放大圖。由圖2可見，2205雙相不銹鋼試片表面出現(xiàn)不同程度的點蝕，蝕坑較深，蝕坑形狀不規(guī)則。部分試片的蝕坑出現(xiàn)在試片的邊緣。氯離子侵蝕試樣后，點蝕會往橫向和重力方向雙向發(fā)展。

圖2 試片在不同Cl-濃度下的點蝕形貌局部放大圖（45×）

2.2 含鹽乙二醇溶液中NaCl濃度對點蝕的影響

實驗研究了2205雙相不銹鋼在NaCl濃度為5 000 mg/L、15 000 mg/L、25 000 mg/L、35 000 mg/L、45 000 mg/L的乙二醇鹽溶液中的點蝕行為。實驗溶液由乙二醇和NaCl配制，不加水。實驗溫度為130℃，為脫鹽閃蒸罐的常見工作溫度。實驗時間為72 h。試片的最大點蝕深度和平均失重隨Na-Cl濃度的變化趨勢如圖3所示。

從圖3可以看出，2205雙相不銹鋼的最大點蝕深度和平均失重均隨著NaCl濃度的增大而增大。當Na-Cl濃度為45 000 mg/L時，最大點蝕深度和平均失重達到最大值，點蝕最嚴重。

圖3 試片最大點蝕深度和平均失重隨NaCl濃度的變化曲線圖

實驗溶液為飽和O2的含鹽乙二醇。乙二醇帶有羥基。長時間在高溫環(huán)境中，乙二醇會被氧化或降解變質(zhì)。在高溫條件下，即使沒有催化劑，也會有少量乙二醇與實驗溶液中的氧氣進行各種化學反應，最終反應產(chǎn)物包括有機酸和水。有機酸能夠降低實驗溶液的pH值，促進2205雙相不銹鋼在實驗溶液中腐蝕。NaCl在純乙二醇中是分子狀態(tài)，因此NaCl在純乙二醇中不會水解出Cl-。但是，乙二醇和氧氣反應，可以生成水。NaCl在水中水解出Cl-。五組實驗溶液中NaCl含量的不同，造成了五組溶液中Cl-濃度的差別。溶液中Cl-的濃度越高，不銹鋼的點蝕就越嚴重。因此，在不同NaCl濃度下的乙二醇中，2205雙相不銹鋼試樣產(chǎn)生不同程度的點蝕。

當NaCl濃度為45 000 mg/L、溫度為130℃時，2205雙相不銹鋼在除去溶解氧的乙二醇中不腐蝕。圖4為試片在NaCl濃度為45 000 mg/L的純乙二醇中的腐蝕形貌局部放大圖。從圖4中可以看出試片表面沒有明顯的點蝕痕跡。當有氧氣存在時，試片點蝕很嚴重?？梢姡鯕鈱?205雙相不銹鋼在含鹽乙二醇中的點蝕行為影響很大。因此，如果乙二醇脫一價鹽裝置中管道及設備的材質(zhì)使用2205雙相不銹鋼，需要確保裝置具有良好的氣密性。

圖4 試片在無氧乙二醇中的腐蝕形貌局部放大圖（45×）

此外，氧氣能夠氧化Fe2+，生成Fe3+。當溶液中已存在侵蝕性陰離子Cl-時，F(xiàn)e3+會促進不銹鋼的點蝕。由周冬梅［5］研究可知，乙二醇鹽溶液中的溶解氧是造成2205雙向不銹鋼發(fā)生點蝕的關鍵因素之一。

圖5為45倍體視顯微鏡下2205雙相不銹鋼的點蝕形貌局部放大圖。

圖5 130℃時試片在不同NaCl濃度下的點蝕形貌局部放大圖（45×）

由圖5可見，試片表面點蝕非常明顯，蝕坑較深，蝕坑形狀不規(guī)則。NaCl濃度為5 000 mg/L時，試樣表面出現(xiàn)許多蝕點，而且較為集中。NaCl濃度為15 000 mg/L至45 000 mg/L時，試樣表面蝕坑面積較大且形成嚴重的局部腐蝕。

2.3 含鹽乙二醇中除氧劑濃度對點蝕的影響

實驗研究了2205雙相不銹鋼在130℃下除氧劑濃度為0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L的乙二醇鹽溶液中的點蝕行為。實驗溶液為氯化鈉濃度為45 000 mg/L的乙二醇溶液。實驗溶液由純乙二醇和NaCl配制，不含水。實驗溫度為130℃。實驗時間為72 h。試片在130℃下的最大點蝕深度和平均失重隨除氧劑濃度的變化趨勢如圖6所示。

由圖6可見，試片在溶液溫度為130℃時的最大點蝕深度和平均失重隨著除氧劑濃度的增大而快速減小。當實驗溶液不添加除氧劑時，2205雙相不銹鋼試片的最大點蝕深度為0.23 mm，平均失重為5.3 mg。當除氧劑濃度增加到400 mg/L時，試片的最大點蝕深度為0 mm，平均失重為0.4 mg，表明氧氣濃度降低后，試片的腐蝕十分輕微。

圖6 試片的最大點蝕深度和平均失重隨除氧劑濃度的變化圖

溶液中除氧劑的濃度越大，消耗的氧氣量越大，與乙二醇反應的氧氣就越少。氧氣能夠與乙二醇反應，生成腐蝕性有機酸。有機酸能夠促進2205雙相不銹鋼表面鈍化膜的溶解，導致金屬基體表面的活性點增加，從而促進點蝕的形成。反應生成的有機酸越少，2205雙相不銹鋼的點蝕敏感性就越弱，試樣表面的腐蝕程度越輕微。

圖7為體視顯微鏡下2205雙相不銹鋼的點蝕形貌局部放大45倍圖。

圖7 試片在不同除氧劑濃度下的點蝕形貌局部放大圖（45×）

從圖7可以看出，在130℃的乙二醇鹽溶液中除氧劑濃度越高，2205雙相不銹鋼的點蝕越輕微。所有試片表面均出現(xiàn)不同程度的蝕坑，腐蝕面積較大。

3 結論

1）乙二醇水溶液中Cl-濃度越高，2205雙相不銹鋼試樣的最大點蝕深度就越大，點蝕情況就越嚴重。當實驗溶液中Cl-濃度為48 276 mg/L時，最大點蝕深度可達到0.305 mm。

2）當含鹽乙二醇的溫度為130℃時，最大點蝕深度均隨著氯化鈉濃度的增高而增高。NaCl在無水乙二醇中為分子狀態(tài)，不會水解出Cl-。但是，含鹽乙二醇的溫度為130℃時，試樣表面點蝕均十分嚴重。其原因是在高溫環(huán)境中，乙二醇被氧氣氧化，生成有機酸和水。NaCl能夠在水中水解。有機酸使溶液酸化，促進點蝕的發(fā)展。

3）在含有飽和O2的乙二醇鹽溶液中，試片的最大點蝕深度和平均失重隨著除氧劑濃度的增大而快速減小?？梢?，在乙二醇再生脫一價鹽裝置中，溶解氧是管線及設備腐蝕的重要因素。如果閃蒸罐、循環(huán)回路和安裝在循環(huán)回路中的設備采用2205雙相不銹鋼，需要檢測和控制其溶液中氧氣的含量。

［1］梁羽，賀三，林林，等.乙二醇溶液中高溶解度鹽脫除工藝模擬［J］.石油與天然氣化工，2015，44（5）：77-81.

［2］Brustad S，L?ken K P，Waalmann J G.Hydrate prevention using MEG instead of MeOH:Impact of experience from major Norwegian developments on technology selection forinjection and recoveryofMEG［C］.Offshore Technology Conference，Houston Texas，U.S.A.，2005.

［3］楊武.金屬的局部腐蝕［M］.北京：化學工業(yè)出版，1995.

［4］崔繼紅，蔡建平，賈成廠.鹽霧環(huán)境下高強度鋁合金的點蝕行為［J］.中國腐蝕與防護學報，2010，30（3）：197-202.

［5］周冬梅.316L不銹鋼在高含氯離子乙二醇溶液中的腐蝕行為［D］.成都：西南石油大學，2011.

（編輯：李臻）

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2095-1132（2016）05-0050-04

10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 05. 013

修訂回稿日期：2016-08-25

鄒永莉（1981-），女，助理實驗師，從事油氣儲運工程的實驗工作。E-mail：swzl999@126.com。