气态CO2输送管道应力腐蚀开裂研究进展及展望

欧阳欣1，谢锐捷2，满建峰1，刘广瑜2，孙盛1，胡子超1，王财林2（1.国家管网集团科学技术研究总院分公司；2.中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院•山东省油气与新能源储运安全重点实验室）

摘要：【目的】为解决碳捕集、利用与封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）工程中短距离CO2输送问题，利用管道管输气态CO2是一种经济的解决方案。但CO2管道在严重的内腐蚀与外部应力环境中易发生应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking, SCC），使得气态CO2输送管道的服役可靠性问题日益受到关注。【方法】对不同相态CO2管道SCC 的研究现状进行全面梳理，并聚焦气态CO2输送的特殊环境，探讨了其腐蚀行为、裂纹萌生及扩展机理；在此基础上，重点阐述了气态CO2环境中阳极溶解-薄膜破裂机制与氢致开裂的协同作用过程，进而系统分析了材料、环境以及应力状态对管线钢SCC 敏感性的多因素耦合影响机制，并总结了现有研究的不足之处。【结果】气态CO2压力较低，水相以微滴形式局部凝结于管壁，形成不连续、多孔的FeCO3 腐蚀产物膜，难以提供有效保护；在微观组织中，细针状铁素体因高位错密度有利于钝化膜形核；非金属夹杂物通过引入界面应力集中、充当氢陷阱及引发微电偶腐蚀，显著促进裂纹形核；气态CO2中的杂质气体通过改变水相析出行为、参与阴极反应、破坏产物膜稳定性等方式，显著提高SCC 敏感性；水分是诱导管道局部腐蚀与内壁顶部腐蚀的关键因素，其冷凝行为受温度与压力影响。【结论】当前对气态CO2管道的SCC 机理研究仍较少，要实现CO2输送管道的安全平稳运行，今后的研究中应重点关注的问题包括：明确流速、剪切力及相变对气态CO2环境中局部腐蚀坑形成与扩展的影响；含微量水的气态CO2环境耦合外加应力原位腐蚀电化学数据的监测与分析；加快建立在役油气管道改输气态CO2的管道SCC 评价体系。

关键词： 气态CO2；管道；应力腐蚀开裂；阳极溶解；安全运行