CO2对碳钢的腐蚀

本文整理自文献：郭志军, 陈东凤, 李亚军, 等. 油气田高含H2S、CO2和Cl-环境下压力容器腐蚀机理研究进展[J]. 石油化工设备, 2008, 37(5). 

CO₂溶于水后对材料的破坏称为CO₂腐蚀。对于低合金钢，CO₂不仅能够引起全面腐蚀，还会造成局部腐蚀，局部腐蚀以蚀坑、台面侵蚀和流动诱导3种基本形式出现。另外，碳钢在CO₂-H₂O体系中还会发生腐蚀力腐蚀开裂（一般认为是阳极溶解性的）。

目前，被广为接受的CO₂腐蚀机理是：CO₂溶解于水中生成碳酸，在金属表面发生电化学反应。 

CO₂腐蚀的影响因素主要包括环境和材料两大类，其中，环境因素: 

1、CO₂分压的影响

当CO2分压：低于0.021 MPa时，腐蚀轻微；0.021~0.2 MPa时，可能发生坑蚀；大于0.2 MPa时，发生严重局部的腐蚀。 

2、温度的影响

温度是通过化学反应和腐蚀产物膜特性来影响钢的腐蚀行为。碳酸电离常数随温度的升高而增加，所以温度上升，介质的酸性增强，导致腐蚀产物膜溶解、疏松，并因此促进全面腐蚀和局部腐蚀。90℃以下，腐蚀速率随着温度升高而增加；110℃左右时，FeCO₃保护膜上会出现粗大的结晶，并逐步增大和剥离而产生局部腐蚀。在150℃左右，钢材与CO₂在最初20h形成一层薄而致密的保护膜。

温度和流速对腐蚀速度的影响是紧密相关的，不同温度下，介质中临界流速也有所不同，在CO₂分压为0.1 MPa和60℃下，流速增加使腐蚀速度急剧增大，流速转折点为0.32 m/s。 

3、pH值的影响

pH值的变化直接影响CO₂在水中的存在形式。pH小于4时，主要以H₂CO₃存在，在无O₂时，碳钢腐蚀主要是H+去极化作用。pH值在4~10以HCO存在。pH大于10时主要以CO存在，有利碳酸盐结垢的形成和稳定。