流体诱导腐蚀的研究进展

西安石油大学 机械工程学院 刘小燕

流体诱导腐蚀的研究进展

西安石油大学 机械工程学院 刘小燕

一、流体诱导腐蚀实验装置简介

流体诱导腐蚀的研究设备多种多样，所得到的腐蚀数据随实验方法的不同而有一定的差异。目前，国内外采用的流体诱导腐蚀装置大都是研究者根据自身的实验要求，自主设计和制造。其基本结构大同小异，主要有管流装置和喷射装置。

喷射式实验装置主要有砂浆泵、阀、电磁流量计、电化学工作站；管流式实验装置主要有泵、阀、流量计、封闭式管道和电化学工作站。两种装置都是通过泵产生动力使流体冲刷试样，用流量计和阀门调节流速，再用电化学工作站来测腐蚀速率。两种实验装置各有优缺点，从流速控制和冲蚀角度来讲，喷射式实验装置的流速和冲蚀角度容易调节，特别是高流速的动态电化学测试比较容易实现；从流体力学模型的建立和模拟工况的真实度来讲，管流式实验装置最容易建立流体力学模型和真实的模拟工况；从经济性和试验周期角度来讲，管流式实验装置的造价和运转费用最高，实验周期也长。

二、流体诱导腐蚀机理

与静态条件下的腐蚀相比，在流体诱导腐蚀过程中， 流体力学因素与腐蚀电化学因素交互作用引起的协同效应是腐蚀加剧的实质。流体冲刷造成材料局部酸化，加速材料腐蚀速率，并阻止产物膜的形成。腐蚀作用粗化并破坏材料硬化表面，暴露出材料基体，降低了材料的机械性能，促进流体冲刷作用效果。虽然流体力学因素与腐蚀电化学因素的交互作用是腐蚀加剧的实质。但针对不同的腐蚀介质和流体诱导条件，交互作用中哪方面因素是主要因素还需进一步的研究。

三、流体诱导腐蚀的影响因素

流体诱导腐蚀是一个很复杂的过程，影响因素众多，概括起来主要包括材料、环境和流体力学3个方面。

以前学者通过失重实验以及后来引入的各种流动条件下的电化学测量技术，对材料和环境的影响规律有了较为深入的研究，进而开展了流体冲刷和腐蚀交互作用的研究，以期揭示流体诱导腐蚀的本质。相对而言，流体力学因素的影响规律研究较为肤浅。因而，无论是对流体诱导腐蚀实验结果的预测，还是对流体诱导腐蚀机理的深入阐述，都受到限制。

四、流体诱导腐蚀研究现状

国内研究流体诱导腐蚀的主要机构有中科院金属研究所、中国石油大学、中石油管材研究所、西南石油学院等。研究方法主要以数值模拟为主，实验研究相对较少。实验结果也都是通过测失重得出平均腐蚀速率。国外许多大学也通过各种试验方法来研究流体诱导腐蚀协同作用的机理。采用电化学和失重以及表面观察等方法进行综合分析，从微观和宏观两方面对冲刷腐蚀机理进行研究，这样采取多种方法研究的结果能够更加准确。目前对流体诱导腐蚀的研究主要集中在以下几个方面。

1.流体诱导腐蚀动力学模型研究。林玉珍、雍兴跃等在实验研究的基础上，采用数值模拟方法，针对旋转圆盘中的流体力学，模拟计算流速分布， 求出碳钢表面近壁处的流体力学参数， 考察其对碳钢腐蚀的影响， 并建立流体腐蚀的数学模型，计算得出碳钢在层流和湍流条件下的腐蚀数学模型。

2.流体诱导腐蚀协同作用研究。许多学者用公式概述此过程，即

使用不同的测量方法，测得各分项和协同作用项有很大差异。有些学者用静态腐蚀失重量代表式中的△WC项，用含固量相同的非腐蚀流体中材料的动态失重量代表式中的△WE项；有些学者采用阴极保护下的动态失重量代表式中的△WE项，动态下腐蚀电化学数据换算成的失重量代表式中的△WC项。第一种表示法的优点是有工程的直观性，第二种表示法则更能说明交互作用的本质。

另一种测试方法就是比较动态纯腐蚀与静态纯腐蚀失重率对冲刷腐蚀交互作用失重率的影响。采用电化学测试方法分别测定动态和静态纯腐蚀的电化学行为，分析这两种不同的测试方法哪一个更能反映材料冲刷腐蚀交互作用失重率的本质。冲刷腐蚀交互作用失重率的计算方法如下。

用动态Wc计算动态△Wec的公式为

用静态∪c计算静态△∪ec 的公式为

以上两种方法都可以测出流体诱导腐蚀交互作用量，但公式（2）能比较直观地反应交互作用，因此也被大多数学者接受，而且计算精度较高。公式（3）在高流速下计算的交互作用误差较大。

3.影响因素研究。流体诱导腐蚀的影响因素很多，掌握各个影响因素的作用规律一直是流体诱导腐蚀研究的重点和难点。