Assessment of steel corrosion during geological carbon sequestration

Abstract

W artykule przedstawiono tematykę związaną z korozją stali podczas geologicznej sekwestracji dwutlenku węgla. Ma to związek z tworzeniem się środowiska korozyjnego w obecności wody w środowisku CO2. Następuje wówczas pogorszenie się właściwości stali w wyniku jej reakcji z otaczającym środowiskiem i przechodzeniem wolnego metalu w związki, co wpływa w znacznym stopniu na bezpieczeństwo pracy urządzeń oraz stan rur stalowych. Opracowaną procedurę symulacji zjawiska korozji, metodykę badań, analiz i oceny korozji zweryfikowano testami laboratoryjnymi. Do testów zastosowano próbki stali L-80 (13Cr) wycięte z rury eksploatacyjnej. Natomiast środowisko korozyjne stanowił wilgotny czysty dwutlenek węgla o zawartości wody destylowanej wynoszącej 5000 ppm. Testy korozji przeprowadzono dla dwóch temperatur (40°C i 80°C) i dwóch ciśnień (8 MPa i 20 MPa), umożliwiających uzyskanie CO2 w fazie nadkrytycznej. Na podstawie wykonanych fotografii powierzchni stali nie stwierdzono widocznej korozji. Po testach korozji powierzchnie kuponów miały nadal charakter metaliczny, błyszczący. Wyznaczone na podstawie ubytku masy wartości szybkości korozji także nie wykazały procesu korozji stali w środowisku zawilgoconego CO2 dla zadanych warunków T i P. Dodatkowo wykonane obrazowanie i analiza powierzchni stali pod mikroskopem optycznym pozwoliły na zaobserwowanie początku tworzenia się korozji ogólnej (równomiernej) i wżerowej (miejscowej). Określono wielkości charakteryzujące wżery (średnią i maksymalną głębokość). Głębokość powstałych wżerów była rzędu od 0,00569 mm do 0,017 mm. Największą głębokość uzyskano w teście 4 (T = 80°C i P = 20 MPa). Na tej podstawie wyznaczono wartości szybkości korozji oraz wykonano dodatkową teoretyczną analizę głębokości korozji po 1 roku, 10, 50 i 100 latach. Pozwoliła ona stwierdzić, że niebezpieczna głębokość wżerów dla stali L-80 (13Cr) pojawi się po okresie 10 lat.