刘莉桦，才政(.中国石油化工股份有限公司天津分公司原油储运部，天津 300450； .曹妃甸新天液化天然气有限公司，河北 唐山 06300)

0 引言

冲刷腐蚀是腐蚀性流体与金属表面发生高速相对运动而引起的金属损坏现象，是机械磨损与电化学腐蚀交互作用的结果[1-3]。这种交互作用表现在：首先，冲刷加速传质的过程，缩短去极化剂到达材料表面的时间，并促进腐蚀产物的脱离，使材料暴露出来加速腐蚀。其次，腐蚀会粗化材料表面，弱化材料的相界，使得耐磨的硬化相暴露，从而又促进冲刷[4]。通过近年的研究，发现冲刷与腐蚀之间的协同作用所产生的损失往往要大于两者单独作用之和，造成“1+1＞2”的后果。

影响冲蚀的因素错综复杂，本文通过对冲蚀的起因、经过、结果进行分析，发现影响冲刷腐蚀的因素大致分为三个方面，包括流体的流动、第二相的存在以及流体介质本身的特性。流体的流动引起冲刷，第二相的存在加速了冲蚀的进程，流体中存在的腐蚀性介质是导致管材产生内腐蚀的直接因素。

1 流动对冲刷腐蚀的影响

在流动的体系中，介质与金属表面的相对运动会加剧或抑制腐蚀，这种由于介质的流动引起的腐蚀称为流动腐蚀[5]。其中，由于受到流体力学因素与电化学腐蚀因素之间的协同交互作用，使得管道内部的流动腐蚀更为严重。介质的流动不仅促进腐蚀的加剧，而且还影响着流动腐蚀的机理[6]。下面从流速、管道结构两个方面综述流体流动对冲蚀的影响。

1.1 流速对冲刷腐蚀的影响

当流速增加时，一方面流体对管道的剪切力会变大，另一方面会促进去极化剂到达内壁表层，并加快腐蚀产物脱离，从而加速管道的内腐蚀。孙丽丽等[7]以油田常用套管钢为研究对象，借助自制管道冲刷腐蚀模拟实验台分析了流速对冲蚀的影响。实验结果表明：流速越高，这种套管刚的机械冲刷损伤越明显。陈虎等[8]采用旋转圆柱电极装置结合失重法、腐蚀形貌观测法等，证明了N80钢在含砂粒的NaCl水溶液中随着流速的增大，冲刷腐蚀速率呈现先小幅增大后大幅增大的现象。樊学华等[9]通过流体动力学模拟的方法和采用喷射冲击试验装置结合论证了X70管线钢的CO2冲蚀速率与流速呈现线性关系。

1.2 管道结构对冲刷腐蚀的影响

流体动力学因素与电化学因素的相互作用的情况下，管道的结构不同，冲蚀的程度也不一样。以弯管为例，管道外侧的流速较大，流体对壁面的切应力较大，腐蚀性离子易被冲刷；而内侧由于流速较小，切应力不大，所以离子易沉积。所以当流速较大时外侧容易被冲刷，而流速较小时由于内侧腐蚀性离子增多，内侧易被腐蚀。

胡宗武等[10]运用自行设计的管流式实验装置，研究了在单相流条件下，弯管的内侧及出口处的外侧冲刷腐蚀比较严重。陈艳等[11]利用FLUENT流体仿真软件并结合试验研究得出，海水弯管冲刷腐蚀最严重部位在截面角度30°进口附近；杜强等[12]定量描述输油管线弯管处流场特性变化和管道内部冲蚀损伤的过程。

2 第二相对冲刷腐蚀的影响

流体通常会存在第二相：气泡或固体颗粒。特别是在高流速的情况下第二相的存在会加速腐蚀进程，它们的速度大约是流体介质的70%，对管壁所产生的冲刷不能被忽略。固体颗粒在撞击壁面和气泡冲击壁面并爆裂时均会破坏管道内壁的保护膜，也会使在介质中生成的保护膜被破坏，更严重的话会使材料受到磨损。而且第二相的存在也可能会改变流型，从而加速腐蚀。

2.1 固体颗粒对冲刷腐蚀的影响

由于流体介质与实际运行环境的不同，管道中会存在一些固体颗粒，而颗粒的粗糙度、浓度、直径以及冲刷角度都会影响到材料表面的磨损程度。王彦骅等[13]运用Ansys fluent软件研究π型管中气液两相流的冲刷腐蚀，π型管整体的最大冲蚀率随着颗粒直径的减少而逐渐减弱。杜强等[12]利用Fluent软件研究90°弯管中含砂流体砂粒直径越大，携带功能和冲击力越强，从而在管壁上形成更加严重的冲刷腐蚀。

2.2 气泡对冲刷腐蚀的影响

管道中的压力不可能保持处处不变，当管道内的压力小于流体介质的饱和蒸汽压时会产生气泡，在高温的情况下也会有气泡产生。气泡对壁面的腐蚀主要是由于不断生成与爆裂时产生的冲击力破坏壁面，从而导致壁面的损坏。气泡在管道内是不断溃灭与形成的，当气泡破裂时，会破坏金属表面的保护层，并引起塑性形变，甚至撕裂金属粒子。保护膜破坏后，裸露的金属受到腐蚀，随即又生成新的保护膜。但在同一点也可能产生新的气泡，随即破裂，这个过程会反复进行，结果会使金属表面生成致密而深的孔。孙军[14]利用Fluent模拟管道具有点蚀坑存在的条件下，点蚀坑附近的压力和切应力最大，且离散相气泡对点蚀坑附近的冲刷也最大。

3 流体介质对冲刷腐蚀的影响

流体介质对管道的影响往往伴随着冲刷磨损和电化学腐蚀之间的相互作用。造成的因素主要包括：介质的温度、浓度、pH值等。

3.1 温度对冲刷腐蚀的影响

通过理想气体状态方程可知温度与压力有着密切的关系。当温度高于一定值时或压力低于液体的饱和蒸汽压时，流体中会产生气泡，对管壁产生磨损，从而破坏掉材料表面的氧化膜。随着温度的上升，金属表面的氧化膜加快产生，同时氧化膜又容易被腐蚀性介质去除，形成电化学腐蚀。

3.2 pH值对冲刷腐蚀的影响

流体的pH值与含氧量对金属的腐蚀也有着不可忽略的影响。黄雪松等[15]通过建立油田集输管道介质腐蚀因素研究的数学模型，提出pH值在一定范围内对腐蚀速率影响较大，当超过一定值时，流速、温度对腐蚀的影响程度将大于pH值，此时pH值对腐蚀速率的影响趋向平缓。黄雪松还发现当流体中含氧量在一定范围内时对腐蚀程度影响较大，但高于一定值时会产生钝化作用。

4 结语

综上，近年对冲蚀的研究结果大致分为三个方向：首先是流动方面，冲蚀过程中存在临界流速，在保持一定流速的前提下，可以降低冲蚀的程度；流体流动时，湍流比层流更容易加剧腐蚀程度；弯管、三通等特殊管道的腐蚀程度较高；提高管材的耐蚀性与耐磨性可以有效的降低冲蚀的危害。其次是第二相方面，冲蚀会随着固体颗粒的浓度、直径的增大而增大；管道的弯曲程度越大，气泡的溃灭速率越大，冲蚀的程度也越大；管道内存在腐蚀性气体的浓度会影响腐蚀的程度。最后是介质方面，管道内介质的温度、pH值存在临界值，把变量控制在一定范围内会使冲蚀的程度降到最低。

目前关于冲刷腐蚀的研究仍存在一些不足之处，一些方向还需要进一步深入研究探讨。冲刷与腐蚀之间的协同效应被广大学者提出，但现今只是通过减少两者之间的交互作用来降低冲蚀带来的危害，而两者之间是否存在临界状态，使得这种协同效应最小化还需进一步研究；关于管道结构对冲蚀影响的方面，缺少关于改造传统管道结构的研究；另外，数值模拟的应用成为现今一大主流，该方法虽然对冲蚀的预测工作具有重要作用，但由于受到基于假设的合理性等方面的问题，得出结果的准确性还需经过实验的检验。