作者简介：卢彦汛；籍贯；四川省内江市东兴区；学校；西南石油大学；研究方向 石油工程实践中的材料腐蚀 摘 要：本文通过文献调研、程序模拟、腐蚀实验的方式，对 H2S和 CO2在一定条件下对C110钢的腐蚀作出了腐蚀评价。探究了H2S和 CO2对C110钢的静态腐蚀机理，以及高温高压循环流动腐蚀实验仪器（高压釜）内对材料的动态腐蚀机理。对高压釜进行几何结构简化，利用CFD软件模拟出能在短时间内达到稳定的流场。利用此达到流场的速度条件进行实际腐蚀实验，并结合静态腐蚀实验，观察C110钢的腐蚀结果，运用重量法和表面观察法对其进行联合腐蚀评价。
关键词：腐蚀；高压釜；流场模拟；腐蚀评价
1. 绪论
本文选取油气藏地质及开发工程国家重点实验室自主设计的高温高压循环流动腐蚀实验仪器（高压釜）为研究仪器。对其几何模型进行简化，利用CFD软件对其模拟出稳定的流场，利用此达到流场的速度条件实验，然后观察C110钢的腐蚀结果并腐蚀评价。
2. H2S和CO2对材料的静态腐蚀和动态腐蚀机理研究
材料的静态腐蚀中，腐蚀的介质（气相或者液相）是影响材料腐蚀的重要因素。动态腐蚀的研究表明:冲刷腐蚀过程与流体力学密切相关。本文抓住重点因素进行分析，一是不同的流态对腐蚀速度的影响，二是不同的流速对腐蚀速度的影响，三是不同流体对腐蚀速度的影响。实验中能够控制的变量只有两个：流体的性质和流体的速度。
3. 冲刷腐蚀的流场模拟
3.1高压釜的几何结构简化
按照高压釜的工程图对换热器进行建模，根据有限元分析中对实际的模拟情况，保证计算的准确性和可行性，对换热器适当结构简化，利用Fluent前处理软件Gambit进行二维建模、划分网格和定义边界条件。高压釜几何尺寸尤其是中通管尺寸对流态造成很大的影响，入口速度可影响流态。这里有必要优选出使高压釜中的流态最为稳定的高压釜几何尺寸和入口流速，使流态稳定。
3.2 腐蚀环境的流场模拟
选出的模型模拟出的流场需满足三个条件。
① 出口管部分流态稳定的条件下，流态在短时间内能达到稳定。
② 各参数残差随计算步数增加而降低，最后趋于平缓。终了时残差曲线的值小于初始值三个数量级。
③ 质量守恒，进出口流量大致相等。（差别不超过1%）
3.3 流场优选
经过反复试验和流场模拟，优选出的中通管尺寸为150mm，入口速度为50m/s定义边界条件如下：入口压力70Mpa，出口压力70Mpa,工作温度180摄氏度。入口流体纯水。速度50m/s，选取标准模型。对流场进行初始化，打开残差曲线图，输入收敛精度要求（设置为0.001），并定义迭代参数为1000。得残差曲线。本模型在计算到200多步的时候速度达到稳定，残差曲线平缓，最终残差大约为e-4，低于最初残差e6大约10个数量级。
这个模型下，出口处流态颜色稳定，大部分都为稳定绿色。表明区域流场已达到稳定，经过软件验证，此时进出口流量比为1.00000010。此速度下的模型达到使流态很稳定的状态。可用此几何模型和此速度的组合进行腐蚀实验。
4.实际的腐蚀评价实验
4.1 腐蚀实验
选取所优选出的初始条件进行C110腐蚀实验，同时也进行静态腐蚀实验和动态腐蚀实验。选取C110钢作为被腐蚀的材料。
4.1.1 静态腐蚀实验
4.1.1.1实验方法
将已称量的两组C110钢试片挂入实验介质中，上层置于气相，下层置于液相。在规定条件下浸泡一定的时间，取出试片,表面用蒸馏水清洗,冲掉腐蚀介质后,用无水乙醇冲洗后烘干,进行失重及腐蚀产物的组织结构及电化学分析。计算出平均腐蚀速率。在气相和液相分别选取了两组材料进行实验取其平均数。
4.1.1.2 实验结果
4.1.2动态腐蚀实验
4.1.1.1实验方法
将已称量的两组C110钢试片挂入实验介质中，在规定的温度、压力和线速度下旋转一定的时间。实验结束后取出试片,表面用蒸馏水清洗,冲掉腐蚀介质后,用无水乙醇冲洗后烘干,进行失重及腐蚀产物的组织结构及电化学分析。分别计算出平均腐蚀速率。
4.1.1.2 实验结果
4.2 腐蚀评价
① 表面评价
腐蚀实验后，气相中产物的结晶细致均匀，液相中腐蚀产物结晶粗大，不均匀且堆砌无规律，对基底金属的保护作用稍差。腐蚀介质对腐蚀速率也有很大影响。气相腐蚀下，气体中的水气凝结在材料表面形成水膜。液相腐蚀下，底线的腐蚀并不十分严重。最严重的腐蚀出现在水线处(即界面)，形成溶差腐蚀电池。
② 腐蚀速率评价
动态腐蚀对C110钢的腐蚀速度大约是静态腐蚀速度的3倍左右。流场的冲刷对C110钢有明显的腐蚀加速。静态腐蚀实验中，液相腐蚀速率略大于气相腐蚀速率。就腐蚀产物，气相中产物的结晶细致均匀，液相中的腐蚀产物结晶粗大，不均匀且堆砌无规，对基底金属的保护作用稍差。
5.结论
H2S/ CO2对材料的静态腐蚀中，腐蚀的介质（气相或者液相）是影响材料腐蚀的重要因素。宏观上影响高压釜中材料的动态腐蚀速度主要有流体的流态、流体的流速、流体冲刷的角度等。流速是流体力学参数中唯一可直接控制的指标。高压釜能够控制的变量只有两个：流体的性质、流体的速度。稳定流场动态腐蚀对C110钢的腐蚀速度大约是静态腐蚀速度的3倍左右。有明显的腐蚀加速。静态腐蚀实验中，液相的腐蚀速率略大于气相的腐蚀速率。就腐蚀产物而言，气相中产物的结晶细致均匀，而液相中的腐蚀产物结晶粗大，
不均匀且堆砌无规，对基底金属的保护作用差。（作者单位：西南石油大院）
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