部分浸泡再生混凝土Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)复合盐侵蚀耐久性损伤特征与机制

为系统研究与揭示西北地区部分掩埋再生混凝土(RAC)结构耐久性损伤特征与机制,以浓度为20%的复合盐溶液为侵蚀介质,开展了14种掺辅助胶凝材料RAC部分浸泡于复合盐溶液的耐久性试验,综合分析RAC动弹性模量、宏观与微观形貌、侵蚀产物物相组成与相对含量的经时变化规律。部分浸泡RAC沿纵向高度分为饱和区、气-液两相界面区、水分传输区及干燥区。侵蚀初期气-液两相界面区损伤程度高于饱和区;侵蚀中后期饱和区的损伤持平或超过气-液两相界面区,水分传输区损伤初现。饱和区侵蚀状态由初期的化学侵蚀转变为中后期的化学-物理双重侵蚀,气-液两相界面区在侵蚀期间均呈现出化学-物理双重侵蚀。化学侵蚀产物为水镁石、硬石膏/石膏、钙矾石、Friedel盐及碱式氯化镁;物理结晶盐包含氯镁石、白钠镁矾、氯化钠、水合硫酸镁、Na_(2)SO_(4)及芒硝,各侵蚀产物与结晶盐的相对含量均随浸泡时间延长而改变。侵蚀后期,Na_(2)SO_(4)和芒硝相互转化使RAC物理力学性能急速退化。粉煤灰-矿渣复掺RAC抗侵蚀性能整体较好,粉煤灰-硅灰复掺最差,后者在浸泡时间180 d时抗压强度损失率高于60%。矿渣-硅灰-偏高岭土三掺RAC耐久性显著高于粉煤灰-矿渣-偏高岭土三掺,后者在侵蚀180 d时已经溃散。四掺辅助胶凝材料RAC性能衰减速度均匀,但抗侵蚀性能仍处于较低水平,相同浸泡时间下,其耐久性指标均与粉煤灰-矿渣复掺RAC差距较大。

316L不锈钢在Cl^(-)与SO_(4)^(2-)协同作用下的腐蚀行为研究

为了降低腐蚀对海洋油气管道正常运行的危害,利用电化学试验中的交流阻抗技术以及循化极化技术研究了模拟南海海洋环境中Cl^(-)与SO_(4)^(2-)的协同作用对316L不锈钢腐蚀行为的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)对316L不锈钢表面的腐蚀形貌进行表征。结果表明,当SO_(4)^(2-)含量恒定时,Cl^(-)含量的升高会使容抗弧半径、极化电阻R_(p)以及点蚀电位E_(b)均降低,当Cl^(-)含量从0升至50 g/L时,316L不锈钢表面出现了明显的腐蚀情况。当Cl^(-)含量恒定时,SO_(4)^(2-)含量的升高会使容抗弧半径、R_(p)以及E_(b)值均减小,同时试件表面的腐蚀坑直径扩大,深度出现逐渐加深的情况。

含铜低碳钢在不同pH值的Cl^(-)环境中的腐蚀性能研究

为探究含铜低碳钢在不同pH值条件下的腐蚀规律,采用电化学工作站和金相显微镜对不同pH值的NaCl环境中的普通耐候钢(Q345)、含铜低碳钢(0Cu3Cr)和船体含铜低碳钢(0CuAl)的极化曲线、交流阻抗谱和微观形貌进行分析,观察在不同pH值的NaCl环境中的含铜钢与低碳钢的腐蚀性能差异。结果表明:在NaCl环境中,pH=12时3种试样的自腐蚀电位较高,0Cu3Cr和0CuAl的腐蚀过程受阳极溶解反应控制,而Q345受阴极反应控制,Q345和0Cu3Cr在pH=6时的自腐蚀电位略大于pH=8时的;3种试样在pH=12的NaCl环境中的电荷转移电阻值最大;pH=6时0Cu3Cr表面的点蚀坑较小且数量较少,pH=8时表面点蚀坑较大且数量较多;0CuAl在pH=8时的耐蚀性比pH=6时的好。

离子色谱法测定油田水中Cl^(-)、SO_(4)^(2-)含量不确定度的评定及改进

利用离子色谱法进行油田水中无机离子含量的测定操作简便,分析结果准确,在油田化学行业检测实验室中得到了广泛应用。但测试过程中不可避免地会引入不确定度。依据CNAS-CL01:2018《检测和校准实验室能力认可准则》的要求,所有从事检测的实验室都必须进行测量不确定度的评定。本研究参考了CNAS-GL006:2019《化学分析中不确定度的评估指南》建立离子色谱法测定油田水中Cl^(-)、SO_(4)^(2-)含量的不确定度评定方法。依据SY/T 5523-2016《油田水分析方法》进行采样、运输和保存,依据GB/T 14642-2009进行油田水中Cl^(-)、SO_(4)^(2-)的测定,建立测量模型,确定不确定度来源,对各个不确定度分量进行评定,并计算合成标准不确定度。在95%置信区间下,油田水样品检测结果显示:Cl^(-)含量为(10.99±0.10)mg·L^(-1),SO_(4)^(2-)含量为(14.05±0.08)mg·L^(-1)。标准溶液配制过程中引入的相对标准不确定度和平行样重复性测定引入的相对标准不确定度较大,是提高该测定结果准确度的关键。

不同Cl^(-)浓度下SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响

针对油田复杂环境下管材发生腐蚀失效问题,采用SEM、EDS及XRD对试样在不同Cl^(-)浓度下(0 g/L、20 g/L、40 g/L、80 g/L和120 g/L)腐蚀后的表面形貌、腐蚀产物的成分及物相组成进行分析,通过电化学测试,研究了不同Cl^(-)浓度下SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响。结果发现,Cl^(-)浓度为20 g/L时最适宜SRB生长,但此时SRB对抗微生物腐蚀管材的腐蚀性最小,此后随着Cl^(-)浓度升高,生物膜减少,腐蚀速率增大;当Cl^(-)浓度分别为0 g/L、20 g/L时,在腐蚀产物中检测出FeS和Fe_(3)(PO_(4))_(2),且腐蚀均受阴极反应控制。因此,在不同Cl^(-)浓度下,SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响与试样表面形成的生物膜有关,随着Cl^(-)浓度的增加,SRB对抗微生物腐蚀管材腐蚀作用减小。

316L不锈钢在不同浓度Cl^(-)和CO_(2)条件下的腐蚀行为

为了探明在辽河油田采出水环境中Cl^(-)和CO_(2)对316L不锈钢腐蚀行为的影响,通过浸泡实验、交流阻抗(EIS)和极化曲线技术分别研究了不同Cl^(-)浓度和CO_(2)分压对316L不锈钢的影响,其中Cl^(-)浓度梯度为0,0.0300,0.0515,0.0700 mol/L,CO_(2)分压为0.2,0.4,0.6 MPa,并结合X射线衍射技术(XRD)对腐蚀产物进行了分析。结果表明:Cl^(-)浓度的增大使容抗弧直径减小,弥散指数降低,腐蚀情况加剧;容抗弧的直径随着CO_(2)分压的增大先变小后变大,弥散指数先降低后升高,腐蚀情况先加剧后减缓。这是由于Cl^(-)会破坏316L表面的钝化膜,而CO_(2)会与基体反应生成FeCO_(3),随着CO_(2)分压升高,FeCO_(3)保护膜愈加致密。

基于多维Cl^(-)侵蚀寿命预测的C40混凝土保护层厚度设计

为研究混凝土在盐碱环境中的多维Cl^(-)扩散规律及对应的保护层厚度设计,利用ANSYS有限元建模,选取了4个不同的时间节点,研究了不同时间下混凝土中Cl^(-)浓度分布情况,并预测不同扩散维度下混凝土的耐久性服役寿命,从而建立了混凝土保护层厚度与设计寿命的映射关系。研究结果表明:相比1维扩散,2维与3维扩散在混凝土表层的Cl^(-)浓度与扩散深度较大,2维与3维扩散深度分别为1维扩散的1.47倍与1.84倍;Cl^(-)侵蚀环境中混凝土耐久性服役寿命较短,在1维Cl^(-)侵蚀下寿命不足20年,而在3维侵蚀下寿命不足10年。对于C40混凝土在50年设计使用寿命下,1维、2维及3维Cl^(-)扩散状态下保护层厚度分别为50 mm、60 mm和68 mm。

高温高压下P110H套管钢的Cl^(-)腐蚀行为研究

套管的服役环境日益复杂,关于热采井套管在高温高压Cl^(-)溶液中的腐蚀行为需要进一步探索。为此,使用高温高压真空反应釜进行腐蚀模拟实验,并通过腐蚀失重法、扫描电镜、X射线衍射等分析技术,对P110H钢在高温高压Cl^(-)溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明:高温高压Cl^(-)环境下,P110钢的腐蚀主要为均匀腐蚀,5 MPa时,腐蚀速率随着温度升高先降低后增高,在10 MPa时,腐蚀速率在250℃达到最高;在相同温度时,随着压力的增大,P110H钢在Cl^(-)溶液中的腐蚀越严重。

高Cl^(-)环空保护液中超级13Cr油管点腐蚀行为研究

目的 研究超级13Cr管材在油气井服役环境中的点腐蚀失效机制,分析超级13Cr马氏体不锈钢在高温、高Cl^(-)环空保护液、超临界H_(2)S/CO_(2)环境中的点腐蚀失效行为,明确其适用性,并提出相应的腐蚀控制措施。方法 通过分析失效油管的宏观形貌、显微组织、腐蚀形貌及腐蚀产物,判断超级13Cr油管现场失效的原因,结合高温高压反应釜模拟井下腐蚀环境,从平均腐蚀速率、点腐蚀速率等方面揭示超级13Cr油管的点腐蚀失效机理。结果 该超级13Cr材质管柱在受到H_(2)S/CO_(2)污染的环空保护液环境下会发生点腐蚀穿孔失效;通过观察现场失效油管发现,在受到腐蚀性气体污染的高Cl^(-)环空保护液环境中,油管外壁发生了明显的局部腐蚀,油管腐蚀由外壁向内壁扩展,发生了严重的点腐蚀穿孔,并具有一定的H_(2)S应力腐蚀开裂(SCC)特征;在环空保护液环境下,失效油管表面有Cr、O、Cl、S离子聚集,腐蚀受到CO_(2)-H_(2)S共同影响;模拟腐蚀实验结果显示,超级13Cr油管在腐蚀性气体污染的海水基环空保护液环境下具有点腐蚀敏感性,蚀坑深度为80.346μm,点腐蚀速率达到10.34 mm/a。结论 超级13Cr油管在环空保护液中具有优异的抗均匀腐蚀能力,但在受到H_(2)S/CO_(2)污染的高Cl^(-)环空保护液环境中具有明显点腐蚀倾向,建议环空保护液用淡水配制,并进行除氧处理。

ICP-MS/MS测定轻质油中痕量氯含量

基于H_(2)反应模式下的质量转移反应消除干扰,建立电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)测定轻质油中痕量Cl的分析方法。轻质油经简单稀释后直接采用ICP-MS/MS进行测定,在MS/MS模式下使用H_(2)作为反应气,利用在碰撞/反应池(CRC)中Cl^(+)与H_(2)发生二次H原子转移反应形成的子离子(H_(2)Cl^(+))进行测定,消除所有质谱干扰,获得Cl的灵敏度和检出限(LOD)明显优于O_(2)反应模式,LOD低至7.56μg/kg。通过与扇型磁场ICP-MS(SF-ICP-MS)对比分析标准参考物质NIST SRM 1634c,评价方法的准确可靠性。结果表明,标准参考物质的分析结果与认证值基本一致,相对标准偏差(RSD)为3.1%~4.7%,2种方法的对比分析结果在95%的置信度水平无显著性差异。所建立分析方法的灵敏度、准确度和和精密度高,MS/MS模式和H_(2)质量转移法的结合可无干扰测定轻质油中的Cl,适用于轻质油中痕量Cl的质量控制与评估。

316L不锈钢在Cl^(-)和HCO_(3)^(-)协同作用下的腐蚀行为研究

为了探明Cl^(-)和HCO_(3)^(-)协同作用下对316L不锈钢的腐蚀行为的影响,通过交流阻抗(EIS)和循环极化曲线技术考察了不同Cl^(-)以及HCO_(3)^(-)浓度(其中Cl^(-)浓度梯度为0,0.030 0,0.051 5,0.070 0 mol/L,HCO_(3)^(-)浓度梯度为0.01,0.03,0.05 mol/L)对316L在辽河油田地下水环境模拟液中的电化学腐蚀行为的影响情况,并结合金相显微镜对试件腐蚀形貌进行表征,利用X射线光电子能谱(XPS)分析确定其产物成分。结果表明:随着Cl^(-)浓度的增大容抗弧直径减小,弥散指数降低,点蚀电位降低,腐蚀情况加剧;而随着HCO_(3)^(-)浓度的增大,容抗弧的直径增大,弥散指数升高,点蚀电位升高,316L的腐蚀减缓。这是由于Cl^(-)会破坏316L表面的钝化膜,而HCO_(3)^(-)会与基体反应形成一层致密的FeCO_(3)保护膜。

高Cl^(-)环境对富铝磷酸盐涂层腐蚀行为的影响

为研究高Cl^(-)环境对富铝磷酸盐涂层腐蚀的影响,采用开路电位、动电位极化、电化学阻抗谱等电化学测试方法,并结合扫描电镜、激光共聚焦显微镜,分析了磷酸盐涂层在高Cl^(-)环境下的腐蚀行为。结果表明:富铝磷酸盐涂层具有双层结构,涂层内磷酸盐包裹Al粉使其具有良好的屏蔽性能;随着溶液中Cl^(-)浓度的升高,其腐蚀倾向和腐蚀速率均增大,涂层的耐蚀性下降;富铝磷酸盐涂层在低浓度Cl^(-)时首先在裂纹和缺陷处发生腐蚀,随着Cl^(-)浓度的升高磷酸盐发生腐蚀时,外表面和涂层中的Al粉发生脱落并形成腐蚀坑,腐蚀坑趋于向外扩展并增大,加速涂层和基体的腐蚀。

Cl^(-)对L245钢在CO_(2)/H_(2)S环境中腐蚀的影响研究

石油天然气集输用L245钢管道在输送介质含有CO_(2)/H_(2)S及Cl^(-)的环境中使用时经常发生腐蚀穿孔现象。采用高温高压反应釜、扫描电镜和电化学工作站进行质量损失试验和电化学试验,对L245钢在该环境中的腐蚀行为进行了研究,主要研究了CO_(2)/H_(2)S环境中,Cl^(-)对钢的腐蚀速率、点蚀深度、腐蚀产物膜和点蚀电位的影响。研究结果表明:当Cl^(-)浓度不断提高时,L245钢的腐蚀速率和点蚀深度呈倒“V”形变化;提高Cl^(-)浓度时,钢的阳极溶解加速,自腐蚀电流密度增大,交流阻抗谱曲线半径减小,同时,Cl^(-)抑制硫化物产物膜的生成,使得钢的表面形成的产物膜呈现疏松状,对钢的腐蚀起促进作用;当Cl^(-)浓度达到临界值时,L245钢的自腐蚀电流密度减小,交流阻抗谱曲线半径增大,Cl^(-)优先吸附在钢的表面,使得产物膜的表面空隙减小,对钢的腐蚀起抑制作用。

高含Cl^(-)环境下pH值对904L不锈钢腐蚀行为的影响

为了获得904L不锈钢在高含Cl^(-)不同pH值环境下的耐蚀性能,通过循环极化曲线、电化学阻抗谱、奥林巴斯共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)研究了904L奥氏体不锈钢在不同pH值的100 g/L NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:904L不锈钢的耐蚀性随着pH值的升高而提高,EIS由2个容抗弧组成,容抗弧半径随着pH值升高而增大,且容抗均在一个数量级;较低的pH值条件能够增强Cl^(-)对钝化膜的破坏性,随着pH值的降低,材料的钝化区范围降低,当pH=2时,材料表面出现轻微点蚀。

静电组装低感度CL-20@GO核壳复合材料的制备及性能研究

为降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的机械感度,提高其综合性能,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)为改性剂对CL-20改性,以氧化石墨烯(GO)为包覆材料,利用静电自组装方法对改性CL-20炸药进行表面包覆,制备得到CL-20@GO核壳复合材料;采用水接触角测试、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等对样品进行形貌表征;利用差示扫描量热仪(DSC)测试其热性能,并测试了其机械感度。结果表明,经质量分数5%的APS溶液改性的CL-20成功引入氨基基团,亲水性效果最佳;GO层包覆改性CL-20完整,致密性强;与原料CL-20相比,CL-20@GO核壳复合材料的活化能提高了63.0kJ/mol,撞击感度(H 50)由13.0cm提升至23.5cm,摩擦感度由100%降至24%,表明采用静电自组装的GO涂层可以明显降低CL-20的感度。

纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的制备及其性能研究

高能单质含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)由于机械感度过高,限制了其在军事领域的广泛应用。以硬脂酸修饰的纳米六硝基茋(HNS)为表面活性剂,CL-20和1,3-二硝基苯(DNB)的乙酸乙酯溶液为油相,在超声波辅助作用下制备稳定的Pickering乳液,研究了纳米HNS的界面性质、改性纳米HNS的用量及乳液的静置时间对乳液稳定性的影响规律,成功制备纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物,并对复合物的形貌、结构、热分解性能及安全性能进行表征。结果表明:改性HNS含量为10%~20%,静置时间小于200 min时,可以制备均匀稳定的Pickering乳液;核壳复合物粒径约为5μm左右,表面包覆一层改性纳米HNS;由于共晶结构,复合物的热分解峰温为247.7℃,其热分解放热峰温较原料CL-20提高了7.9℃;复合物的特性落高H_(50)为43 cm,摩擦感度爆炸概率为36%,相较于原料CL-20,安全性能大幅提升。本研究所采用的制备方法安全简单且组分无非含能材料,理论上未降低核壳复合物的能量,有望为含CL-20的复合炸药的设计和制备提供新思路,提升CL-20在军事领域的适用性。

氟橡胶包覆对CL-20机械感度及爆轰特性的影响研究

为研究CL-20晶体表面钝化对安全及爆轰性能的影响,采用氟橡胶F2311作为黏结剂,基于水悬浮法对比研究了CL-20包覆前、后的机械感度及爆轰性能变化规律。实验结果表明:F2311包覆可以显著改善CL-20材料的表面缺陷;在-20、0、20、40°C与80°C条件下,F2311包覆可明显提高CL-20的临界撞击能与临界摩擦载荷;在-40℃环境下,包覆对CL-20临界撞击能与临界摩擦载荷无影响,原因可能与包覆材料的玻璃化转变温度有关;包覆后样品的实测爆热与爆速可达到5612.03 kJ/kg和8975.81m/s,与CL-20相比分别减小了8.70%和2.39%。研究结论对CL-20的安全储存、使用和高效能量输出具有一定的参考价值。

含CL-20的微孔发射药的设计及性能研究

为了研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)含量及微孔结构对发射药性能的影响,采用超临界发泡工艺设计并制备了含CL-20的微孔发射药。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了发射药的形貌结构,通过密闭爆发器实验、简支梁冲击仪和摩擦感度仪等研究了发射药的燃烧性能、力学性能和感度。结果表明:CL-20颗粒均匀地分散在样品表面及内部,样品内部形成了大量尺寸为0.08~2.00μm的泡孔;CL-20颗粒的加入降低了样品的力学性能,CL-20含量越高,样品的抗冲击强度与拉伸强度降低得越明显;随着CL-20含量的增加,样品的摩擦感度和静电感度会随之升高,燃速也会得到一定程度的提高;经发泡改性后的样品的力学性能弱于未经发泡改性的样品;发泡工艺能够抑制因CL-20含量上升而导致的感度上升;经过发泡后的样品,燃烧性能得到了显著提升,样品的L-B(相对动态活度-相对压力)曲线在B为0~0.10范围内即出现急速上升趋势,L在B为0.14~0.18范围内达到最大,CL-20质量分数为15%和20%时,L_(max)分别为14.39 MPa^(-1)·s^(-1)和9.70 MPa^(-1)·s^(-1)。

基于CL-RRT与MPC的舰载机牵引系统路径规划

针对舰载机在甲板狭小、复杂环境下的调运过程,结合闭环快速随机搜索树(close loop rapidly exploring random trees,CL-RRT)和模型预测控制(model predictive control,MPC)提出一种舰载机牵引系统的路径规划算法。首先,在CL-RRT中采用纯追踪器与线性二次型(linear quadratic,LQ)控制器得到系统的控制输入并向前仿真得到规划路径。其次,将已得路径进行等比缩放与插值作为MPC的初始解。最后,设置MPC的目标函数等并解得最终路径。展开自定义三个场景下的仿真实验,通过与CL-RRT算法的实验结果进行比较,验证本文算法的优越性。实验结果表明,所提算法可有效解决因采样随机性带来解质量不佳的问题,提升舰载机在甲板上的调运效率与安全性。

Pickering乳液自组装CL-20/n-Al/F2605复合空心微球的制备与性能

高能量、高爆热的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/Al复合物由于自身的高感度而限制了在炸药领域的广泛应用。为制备高能量和高安全性的CL-20/Al含能复合材料,采用Pickering乳液法制备了空心球形CL-20/n-Al/F2605(氟橡胶)复合物,并对Pickering乳液稳定性、复合物表面结构、热分解、燃烧及安全性能进行了分析。结果显示:当2 mL乙酸乙酯中溶解的CL-20固体质量为0.10~0.14 g、油水质量比在1:5~1:7之间、超声时间小于30 min、静置时间小于120 min时,形成的乳液稳定性好。该复合物表面结构粗糙,中位径d_(50)为73.17μm,各组分复合均匀。复合物的热分解峰温和活化能分别为236.7℃、164.6 kJ/mol,n-Al和F2605降低了CL-20分解过程中21.2%的活化能。复合物平均线性燃速为7.14 cm/s;特性落高H_(50)为39.5 cm,和原料CL-20相比提升了26.5 cm,安全性能得到提高。