摘要
开发利用地热能对于推进能源革命,建设清洁低碳、安全高效的能源体系,提高能源供给保障能力具有重要的意义。地热开采的高温高压、高含CO_2/H_2S环境使井筒材料的选择更倾向于高等级的耐蚀合金。对价格相对低廉且具有较好耐蚀性的双相不锈钢(DSS)的合理使用,有可能大幅降低地热开发的成本。但关于2205双相不锈钢在苛刻地热条件下的腐蚀行为和腐蚀机理的认识远远不够。本研究旨在填补2205 DSS在含CO_2/H_2S高温地热环境中腐蚀行为研究的知识空白,以揭示2205DSS在100℃至300℃温度范围内的腐蚀产物演变和CO_2/H_2S分压对2205 DSS腐蚀的影响。本文通过腐蚀模拟试验,电化学阻抗谱(EIS)、循环极化曲线(CP)等电化学测量以及扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、聚焦离子束(FIB)/透射电子显微镜(TEM)等表面分析技术,结合热力学计算系统地研究了温度和CO_2/H_2S分压对2205 DSS腐蚀行为的影响,并探讨了高温高压CO_2/H_2S环境中2205 DSS腐蚀产物膜的形成机理。结果表明,在CO_2环境中,腐蚀初期2205 DSS耐蚀性随温度和压力升高而下降(图1)。150℃下2205 DSS生成典型的钝化膜,主要由Cr_2O_3和Cr(OH)_3非晶层组成;而在300℃观察到双层腐蚀产物膜的生长,包含纳米晶FeCr_2O_4、CrOOH和单晶NiFe_2O_4。在CO_2和H_2S共存条件下,H_2S在腐蚀过程中起了主导作用,随着H_2S分压的增加,2205 DSS维钝电流密度升高,点蚀电位显著降低;2205 DSS试样表面局部有明显的黑色腐蚀产物覆盖,主要成分是FeS和FeS_2;在腐蚀产物覆盖部位,相界及铁素体相优先溶解,发生了明显的局部腐蚀。在以上实验结果的基础上提出了在CO_2和H_2S共存条件下腐蚀机理模型。