薄层液膜下CO2 腐蚀测试的实验装置开发

李 强， 张玉瑜， 刘 刚， 唐 晓， 李 焰

（中国石油大学（华东）a.储运与建筑工程学院；b.山东省油气储运安全重点实验室；c.材料科学与工程学院，山东青岛266580）

0 引 言

管道是天然气输送的主要途径，而腐蚀问题始终困扰着天然气管道的安全运行，尤其是湿天然气管道［1-3］。液膜是湿天然气管道内液相分布的典型状态，并在持液率、气液流速和管道倾角等因素的影响下，以不同的形态和厚度分布在管道内壁的不同位置［4-5］。当与天然气并存的CO2等腐蚀性气体溶于水［6］，会导致不同类型的腐蚀破坏［7］。液膜与金属壁面可形成气／液／固多相多界面结构［8］，发生复杂的气体溶解、物质传质、化学反应和电化学反应等过程，这些过程同时进行、集中分布且又相互关联，液膜形态、厚度等因素的微小变化都可能显著影响这些过程，进而作用于管道的腐蚀行为和速率。液膜厚度较小，且不均一分布［9］，对液膜表征及腐蚀测试都带来了很大的困难。许伟伟等［10］开发了一套模拟测试湿天然气输气管道内液膜的实验装置，并开展了管壁上液膜厚度、液膜分布的测量。Guan 等［11］通过计算流体动力学（CFD）模拟获得气液两相流动下管道内壁的液膜厚度分布，并选取其中典型厚度数值，借助阵列电极研究了液膜厚度对腐蚀电流分布的影响。Qian 等［12］采用传统三电极方法研究了X52 钢在含饱和CO2的模拟凝结液膜下的腐蚀行为以及液膜厚度、温度、HAc 浓度、甲醇浓度等因素的影响。对比分析可知，当前模拟管道环境内的实验研究多采用电导探针法［13］进行液膜厚度的快速测量，其中用于测量的螺旋测微器虽容易实现但测量精度较低，且容易引入人为误差，影响对液膜形态、厚度表征的精确度。……