动态油水界面下局部电极过程电化学响应研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:njacky_nan
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油水两相流普遍存在于石油工业的各个环节,原油中所含水份不仅增加了储运、输送过程中设备的负荷,而且由于水中含有碳酸盐、氯化物等易引起设备的腐蚀。在油水混合物体系中,对油水两相流的流型及其影响因素的研究已经较为成熟,但由于技术或研究手段的限制,对油水混合物腐蚀机制的研究还有待深入。油/水双相流中由于其流型和流态的影响,金属管材表面会交替流过油相及水相,形成动态油/水界面。动态油/水界面下局部腐蚀电化学分布特征及局部动力学机制是研究油/水双相流冲刷腐蚀的关键问题。本文利用同心圆三电极阵列测试系统,研究动态油/水界面下纯铁局部腐蚀电化学响应,以探讨油水混合体系局部腐蚀诱导机制,丰富局部腐蚀电化学理论。本文首先研究了油中不同体积的质量分数为3.5%的盐液滴覆盖下,纯铁电极的界面电化学分布。对油中的小型(70μL)盐液滴,宏观阴阳极分布明显,一侧为阳极,一侧为阴极,不具有对称性;对油中的中型(200μL)盐液滴,阳极电流分散且强度低,整体呈中间作阳极,四周作阴极的趋势,腐蚀电场具有一定的中心对称性;对油中的大型(500μL)盐液滴,阳极电流强度大,整体阴阳极比较分散。其次,对比分析了氧浓度对盐液滴覆盖下的电极界面电化学分布的影响,发现除氧后的中型盐液滴腐蚀电位差明显增大,腐蚀电流强度增大,电化学分布特征与大气腐蚀中“Evans环”模型类似。最后,测试了油中盐液滴动态扩展和收缩过程中的电化学分布特征,结果表明在盐液滴扩展和收缩的过程中,盐液滴的体积越小,阳极电流强度增大,随着盐液滴体积增大,阳极电流分散且强度减小。盐液滴先扩展再收缩的过程中,相同体积下,收缩过程的电流强度较扩展过程减弱。基于电化学阻抗谱响应的油包盐液滴下纯铁电极局部电极过程动力学模型,(?)模型中包含了局部阳极反应阻抗、局部阴极氧还原阻抗、局部氧扩散阻抗,以及由于界面电场分布不均匀导致的常相位角元件特征。通过同心圆三电极测试系统,测试了油中不同体积以及不同NaCl浓度盐液滴覆盖下纯铁电极的阻抗谱。通过动力学模型分析得出,盐液滴覆盖下处于中间位置的电极主要受氧气的扩散速率控制,更容易发生阳极极化形成局部阳极,处于边缘位置的电极更容易发生阴极极化形成局部阴极,主要受阳极电荷迁移速率控制,但阴阳极的位置分布具有随机性。研究油水交替润湿条件下纯铁局部腐蚀电化学响应,发现,单纯被油相润湿的区域较其他区域腐蚀电位最低,腐蚀倾向更大,局部腐蚀速率最大,更容易发生阳极反应;对于被油水交替润湿的区域,在油水交替润湿的过程中,腐蚀速率增大;对于单纯被盐溶液润湿的区域,腐蚀电位高,腐蚀倾向小,更容易发生阴极极化作阴极。这是由于相邻的油相区域、油水交替区域和水相区域的电极界面液膜厚度不均匀,形成宏观和微观的溶解氧浓度差电池,油相区域水液膜较薄且不连续,腐蚀电化学特征相差较大,更容易诱发高阴极电流,从而由于电中性诱导局部阳极腐蚀加快。
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