2205双向不锈钢在含盐乙二醇溶液中的点蚀行为

邹永莉 蒋程彬 任顺顺

（1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500；

2.中国石油新疆油田公司基本建设工程处，新疆 克拉玛依 834000）

2205双向不锈钢在含盐乙二醇溶液中的点蚀行为

邹永莉1蒋程彬2任顺顺1

（1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500；

2.中国石油新疆油田公司基本建设工程处，新疆 克拉玛依 834000）

采用化学浸泡腐蚀实验并结合表面观察方法研究了在含有饱和O2的乙二醇盐溶液中Cl-浓度、除氧剂浓度对2205双相不锈钢点蚀行为的影响。实验结果表明：2205双相不锈钢的最大点蚀深度和平均失重随着乙二醇水溶液中Cl-浓度的增大而增大。当乙二醇水溶液温度为90℃、Cl-浓度为48 276 mg/L时，试样表面出现严重的点蚀，最大点蚀深度可达到0.305 mm。无水含盐乙二醇中NaCl浓度越高，2205双相不锈钢试样的最大点蚀深度和平均失重越高。

2205双相不锈钢 乙二醇 氯离子 点蚀 点蚀深度

0 引言

国内外深水气田开发大都使用乙二醇来抑制水合物的形成，为了节约成本，需要回收乙二醇。因采出水中含盐量较高，在乙二醇回收时需加入脱盐流程，为此，分流脱盐流程在国内外得到了广泛应用［1-3］。乙二醇富液中含有的大量Cl-是一种能够促进不锈钢点蚀的离子［3］。在分流脱盐流程的脱一价盐系统中，由于闪蒸罐在负压下工作，乙二醇再生脱一价盐装置长期运行后可能出现漏气现象。空气难免会从仪表连接处和设备密封处进入装置内。空气的进入、高温环境和Cl-是闪蒸罐、管线和设备腐蚀结垢的重要因素。这给新型乙二醇再生脱盐装置中闪蒸罐、管线及设备材质的选择带来了挑战。

2205双相不锈钢不仅焊接性能好，还具有良好的耐氯离子腐蚀性能，经常用在含氯离子的环境中。研究2205双相不锈钢在有氧的乙二醇盐溶液中的点蚀行为，能够为新型乙二醇再生脱一价盐装置的选材和防腐措施提供理论依据。

1 实验

实验参照GB/T 17897-1999。实验用2205双相不锈钢的主要化学成分见表1。用线切割机将2205双相不锈钢钢板切割成50 mm×10 mm×2 mm，再用120#、500#、800#、1200#金相砂纸逐级打磨试片，除去表面上的斑痕和试片周边的毛刺，使试片所有面的光滑度保持一致。然后用丙酮擦洗除油污，再把试片放入无水乙醇中脱脂、脱水，用吹风机将试片吹干。称重后，把试片放入干燥皿中保存。

表1 2205双相不锈钢的化学成分表

实验溶液分为乙二醇水溶液和含盐乙二醇溶液。乙二醇水溶液参照闪蒸罐的原料组分，由乙二醇、去离子水和NaCl配制。乙二醇水溶液中水的质量分数为20%。含盐乙二醇溶液参照循环回路内溶液组分，由乙二醇和NaCl配制。除氧剂的型号为HBGL-404，是一种液体，具有反应速度快、使用量小、能与氧气生成无害物质等特点。

实验在饱和O2环境中进行，试片浸泡时间为72 h。实验结束后，清洗试片表面的腐蚀产物，干燥后称重。采用XTL-500型体视显微镜观察试样的点蚀形貌。点蚀深度能够表征不锈钢表面发生点蚀的严重程度，是管道及设备最具有参考意义的寿命指标［4］。采用2341-101A型测深规测量点蚀深度。每个实验使用3个试片，测量每个试片上蚀坑不同位置的深度。每个试片取10个测量点，并取其最大值作为最大点蚀深度来反映试片发生点蚀的严重程度。

2 实验结果及分析

2.1 乙二醇水溶液中Cl-浓度对点蚀的影响

实验研究了2205双相不锈钢在Cl-浓度为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点蚀行为。因乙二醇水溶液超过100℃蒸发损耗太大，不能反映真实情况，故将实验溶液温度定为90℃，实验时间为72 h。试片的最大点蚀深度和平均失重随Cl-浓度的变化趋势如图1所示。

图1 试片的最大点蚀深度和平均失重随Cl-浓度的变化曲线图

由图1可知，2205双相不锈钢试片的最大点蚀深度和平均失重均随Cl-浓度的增大而增大。当乙二醇水溶液中Cl-浓度为48 276 mg/L时，试片的最大点蚀深度和平均失重都达到最大值。

Cl-是典型的侵蚀性阴离子，能够与氧竞争吸附在2205双相不锈钢钝化膜的表面，与钝化膜表面的阳离子生成可溶性氯化物。Cl-半径很小，能够穿透钝化膜，破坏钝化膜，导致2205双相不锈钢表面产生点蚀。新露出的金属基体，成为Cl-的侵蚀对象和蚀坑的活性中心。Cl-浓度越大，Cl-竞争吸附的能力就越强，吸附在钝化膜上的几率更大，从而使不锈钢表面更容易萌生点蚀。Cl-浓度越高，2205双相不锈钢钝化膜表面的活性点就越多，产生点蚀的面积就可能更大。因此，实验溶液中Cl-浓度越高，2205双相不锈钢表面就越容易萌生点蚀。

图2为体视显微镜下2205双相不锈钢的点蚀形貌局部放大图。由图2可见，2205双相不锈钢试片表面出现不同程度的点蚀，蚀坑较深，蚀坑形状不规则。部分试片的蚀坑出现在试片的边缘。氯离子侵蚀试样后，点蚀会往横向和重力方向双向发展。

图2 试片在不同Cl-浓度下的点蚀形貌局部放大图（45×）

2.2 含盐乙二醇溶液中NaCl浓度对点蚀的影响

实验研究了2205双相不锈钢在NaCl浓度为5 000 mg/L、15 000 mg/L、25 000 mg/L、35 000 mg/L、45 000 mg/L的乙二醇盐溶液中的点蚀行为。实验溶液由乙二醇和NaCl配制，不加水。实验温度为130℃，为脱盐闪蒸罐的常见工作温度。实验时间为72 h。试片的最大点蚀深度和平均失重随Na-Cl浓度的变化趋势如图3所示。

从图3可以看出，2205双相不锈钢的最大点蚀深度和平均失重均随着NaCl浓度的增大而增大。当Na-Cl浓度为45 000 mg/L时，最大点蚀深度和平均失重达到最大值，点蚀最严重。

图3 试片最大点蚀深度和平均失重随NaCl浓度的变化曲线图

实验溶液为饱和O2的含盐乙二醇。乙二醇带有羟基。长时间在高温环境中，乙二醇会被氧化或降解变质。在高温条件下，即使没有催化剂，也会有少量乙二醇与实验溶液中的氧气进行各种化学反应，最终反应产物包括有机酸和水。有机酸能够降低实验溶液的pH值，促进2205双相不锈钢在实验溶液中腐蚀。NaCl在纯乙二醇中是分子状态，因此NaCl在纯乙二醇中不会水解出Cl-。但是，乙二醇和氧气反应，可以生成水。NaCl在水中水解出Cl-。五组实验溶液中NaCl含量的不同，造成了五组溶液中Cl-浓度的差别。溶液中Cl-的浓度越高，不锈钢的点蚀就越严重。因此，在不同NaCl浓度下的乙二醇中，2205双相不锈钢试样产生不同程度的点蚀。

当NaCl浓度为45 000 mg/L、温度为130℃时，2205双相不锈钢在除去溶解氧的乙二醇中不腐蚀。图4为试片在NaCl浓度为45 000 mg/L的纯乙二醇中的腐蚀形貌局部放大图。从图4中可以看出试片表面没有明显的点蚀痕迹。当有氧气存在时，试片点蚀很严重。可见，氧气对2205双相不锈钢在含盐乙二醇中的点蚀行为影响很大。因此，如果乙二醇脱一价盐装置中管道及设备的材质使用2205双相不锈钢，需要确保装置具有良好的气密性。

图4 试片在无氧乙二醇中的腐蚀形貌局部放大图（45×）

此外，氧气能够氧化Fe2+，生成Fe3+。当溶液中已存在侵蚀性阴离子Cl-时，Fe3+会促进不锈钢的点蚀。由周冬梅［5］研究可知，乙二醇盐溶液中的溶解氧是造成2205双向不锈钢发生点蚀的关键因素之一。

图5为45倍体视显微镜下2205双相不锈钢的点蚀形貌局部放大图。

图5 130℃时试片在不同NaCl浓度下的点蚀形貌局部放大图（45×）

由图5可见，试片表面点蚀非常明显，蚀坑较深，蚀坑形状不规则。NaCl浓度为5 000 mg/L时，试样表面出现许多蚀点，而且较为集中。NaCl浓度为15 000 mg/L至45 000 mg/L时，试样表面蚀坑面积较大且形成严重的局部腐蚀。

2.3 含盐乙二醇中除氧剂浓度对点蚀的影响

实验研究了2205双相不锈钢在130℃下除氧剂浓度为0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L的乙二醇盐溶液中的点蚀行为。实验溶液为氯化钠浓度为45 000 mg/L的乙二醇溶液。实验溶液由纯乙二醇和NaCl配制，不含水。实验温度为130℃。实验时间为72 h。试片在130℃下的最大点蚀深度和平均失重随除氧剂浓度的变化趋势如图6所示。

由图6可见，试片在溶液温度为130℃时的最大点蚀深度和平均失重随着除氧剂浓度的增大而快速减小。当实验溶液不添加除氧剂时，2205双相不锈钢试片的最大点蚀深度为0.23 mm，平均失重为5.3 mg。当除氧剂浓度增加到400 mg/L时，试片的最大点蚀深度为0 mm，平均失重为0.4 mg，表明氧气浓度降低后，试片的腐蚀十分轻微。

图6 试片的最大点蚀深度和平均失重随除氧剂浓度的变化图

溶液中除氧剂的浓度越大，消耗的氧气量越大，与乙二醇反应的氧气就越少。氧气能够与乙二醇反应，生成腐蚀性有机酸。有机酸能够促进2205双相不锈钢表面钝化膜的溶解，导致金属基体表面的活性点增加，从而促进点蚀的形成。反应生成的有机酸越少，2205双相不锈钢的点蚀敏感性就越弱，试样表面的腐蚀程度越轻微。

图7为体视显微镜下2205双相不锈钢的点蚀形貌局部放大45倍图。

图7 试片在不同除氧剂浓度下的点蚀形貌局部放大图（45×）

从图7可以看出，在130℃的乙二醇盐溶液中除氧剂浓度越高，2205双相不锈钢的点蚀越轻微。所有试片表面均出现不同程度的蚀坑，腐蚀面积较大。

3 结论

1）乙二醇水溶液中Cl-浓度越高，2205双相不锈钢试样的最大点蚀深度就越大，点蚀情况就越严重。当实验溶液中Cl-浓度为48 276 mg/L时，最大点蚀深度可达到0.305 mm。

2）当含盐乙二醇的温度为130℃时，最大点蚀深度均随着氯化钠浓度的增高而增高。NaCl在无水乙二醇中为分子状态，不会水解出Cl-。但是，含盐乙二醇的温度为130℃时，试样表面点蚀均十分严重。其原因是在高温环境中，乙二醇被氧气氧化，生成有机酸和水。NaCl能够在水中水解。有机酸使溶液酸化，促进点蚀的发展。

3）在含有饱和O2的乙二醇盐溶液中，试片的最大点蚀深度和平均失重随着除氧剂浓度的增大而快速减小。可见，在乙二醇再生脱一价盐装置中，溶解氧是管线及设备腐蚀的重要因素。如果闪蒸罐、循环回路和安装在循环回路中的设备采用2205双相不锈钢，需要检测和控制其溶液中氧气的含量。

［1］梁羽，贺三，林林，等.乙二醇溶液中高溶解度盐脱除工艺模拟［J］.石油与天然气化工，2015，44（5）：77-81.

［2］Brustad S，Løken 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］杨武.金属的局部腐蚀［M］.北京：化学工业出版，1995.

［4］崔继红，蔡建平，贾成厂.盐雾环境下高强度铝合金的点蚀行为［J］.中国腐蚀与防护学报，2010，30（3）：197-202.

［5］周冬梅.316L不锈钢在高含氯离子乙二醇溶液中的腐蚀行为［D］.成都：西南石油大学，2011.

（编辑：李臻）

B

2095-1132（2016）05-0050-04

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

修订回稿日期：2016-08-25

邹永莉（1981-），女，助理实验师，从事油气储运工程的实验工作。E-mail：swzl999@126.com。