碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術(shù)是當前全球應(yīng)對氣候變化的重要技術(shù)之一,主要分為碳捕集、碳利用、碳封存三個過程,即把生產(chǎn)過程中積蓄的二氧化碳進行提純,繼而投入到新的生產(chǎn)過程中循環(huán)再利用或埋存于地層中。CCUS技術(shù)已成為當前最直接最有效的二氧化碳減排方式[1]。二氧化碳運輸是CCUS技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在CCUS技術(shù)鏈中具有紐帶作用,其中,管道輸送是CCUS技術(shù)鏈條中CO2運輸環(huán)節(jié)最經(jīng)濟高效的方式之一。盡管管道鋪設(shè)成本較高,但使用壽命長,維護成本低,能承受較高的壓力,運輸介質(zhì)損失率較低,是較安全、環(huán)保和經(jīng)濟的輸送方式[2]。

目前的CO2輸送管道主要采用碳鋼[3-5]。按照管道輸送時CO2的相態(tài),可分為氣相CO2管道、液相CO2管道和超臨界CO2管道,若液相和超臨界CO2混合存在,則稱為密相CO2管道。通常,干燥純凈的CO2對碳鋼沒有腐蝕性。但是,受CO2來源、捕集與分離方法等的制約,管道輸送的CO2中不可避免含有H2O、O2、SOx、NOx、H2S、有機酸和胺等雜質(zhì)[6-7]。若CO2管道中形成自由水相,CO2將溶于水形成H2CO3,從而導(dǎo)致碳鋼管道的腐蝕,O2、SOx和NOx等雜質(zhì)的存在也會加速腐蝕,增加管道的運行風(fēng)險[3,6-7]。隨著CCUS技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用,含雜質(zhì)CO2輸送管道的內(nèi)腐蝕問題引起了越來越多的重視。因此,對CO2管道服役過程中的腐蝕程度進行評估,研究CO2輸送管道內(nèi)腐蝕的特殊規(guī)律和機理,對于CO2管道設(shè)計、施工、運行維護以及推進CCUS技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用具有重要意義[3,8]。

目前,實驗室主要采用高溫高壓反應(yīng)釜進行CO2輸送管道的內(nèi)腐蝕模擬試驗,通過掛片腐蝕質(zhì)量損失法確定腐蝕速率,利用表面分析方法（SEM、EDS等）表征腐蝕產(chǎn)物的形貌和成分特征,這存在一定的局限性。大尺寸環(huán)路腐蝕試驗除具備腐蝕質(zhì)量損失法和表面分析方法的功能,還能夠模擬管輸過程中多組分介質(zhì)的流動混合狀態(tài),能真實反映輸送管道的腐蝕狀況。目前,國內(nèi)尚未有采用環(huán)路腐蝕試驗開展CO2輸送管道腐蝕的研究報道。筆者采用已建成的腐蝕環(huán)路試驗裝置,以某氣相CO2輸送管道設(shè)計運行工藝參數(shù)為依據(jù),開展氣相CO2腐蝕環(huán)路模擬試驗,對含微量水及氧氣的CO2管道的腐蝕速率和特征進行研究,以期為該氣相CO2管道內(nèi)腐蝕防護提供指導(dǎo)。

1. 試驗

1.1 腐蝕環(huán)路試驗裝置及參數(shù)

腐蝕環(huán)路試驗采用深水多相流動態(tài)腐蝕評價系統(tǒng)（以下簡稱環(huán)路）。該系統(tǒng)由環(huán)路裝置和配套的監(jiān)檢測設(shè)備組成,見圖1,工藝流程見圖2,詳細參數(shù)見表1。該環(huán)路可開展油氣水多相介質(zhì)、濕氣腐蝕、CO2腐蝕、細菌腐蝕、垢下腐蝕等腐蝕模擬試驗,可獲得此鋼質(zhì)管道的腐蝕速率及腐蝕特征。

圖 1 深水多相流動態(tài)腐蝕評價系統(tǒng)

Figure 1. Deep water multiphase flow dynamic corrosion evaluation system: (a) indoor part; (b) outdoor part

圖 2 深水多相流動態(tài)腐蝕評價系統(tǒng)工藝流程

Figure 2. Process flow of deep water multiphase flow dynamic corrosion evaluation system

1.2 環(huán)路試驗參數(shù)

環(huán)路腐蝕試驗參數(shù)如表2所示。