本书深入探讨了二氧化碳地质利用与封存工程中可能涉及的各类腐蚀问题,系统分析了腐蚀产生的机理、影响腐蚀速率的因素和腐蚀对工程安全的影响,介绍了高压高浓度二氧化碳腐蚀表征的常用方法、腐蚀速率高灵敏度监测技术和腐蚀破坏高效防护技术。本书还讨论分析了腐蚀监测与防护技术在二氧化碳地质利用与封存工程中的应用实例。本书可以作为从事 CCUS研发创新工作的机构和科研人员的参考用书。
随着全球气候变化问题的日益严峻,二氧化碳的减排和处置已成为科学研究的重要领域。其中,二氧化碳地质利用与封存技术以其巨大的潜力和独特的优势,逐渐成为全球气候治理的重要手段。本书旨在系统地介绍二氧化碳地质利用与封存工程中涉及的腐蚀表征、监测与控制方面的理论和实践,为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
本书首先对二氧化碳地质利用与封存技术的发展背景和现状进行概述阐述其重要的战略意义和实际应用价值。接着,针对二氧化碳地质利用与封存工程中的腐蚀问题,从材料腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀等多个角度进行深入分析和研究,探讨各种腐蚀现象的机理、影响因素及相应的控制措施。在腐蚀表征方面,本书详细介绍了各种现代测试技术,如扫描电子显微镜(SEM)透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等,以及相应的分析方法和技术,如电化学测试、化学分析、表面分析等。上述技术可为描述和预测材料的腐蚀行为提供强有力的支持。在腐蚀监测方面,本书着重介绍了实时在线监测技术和远程监控技术。其中,实时在线监测技术包括电化学监测、光学监测、声学监测等,可对腐蚀过程进行实时跟踪和数据采集;远程监控技术则借助现代传感器、物联网、云计算等技术手段,实现对腐蚀过程的远程监控和管理。这些技术的应用将有助于提高二氧化碳地质利用与封存工程的安全性和可靠性。在腐蚀控制方面,本书详细介绍了防腐蚀材料的选择和应用、表面处理技术、缓蚀剂添加技术等。针对二氧化碳地质利用与封存工程中的不同环节和需求,提出了相应的防腐蚀控制措施和方法,为减缓材料腐蚀、延长设备使用寿命提供有效途径。
此外,本书还对二氧化碳地质利用与封存工程中的典型案例进行了分析和介绍,这些案例涵盖了各种类型的腐蚀问题及其相应的解决方案。这些案例不仅具有很强的实用性,而且有助于读者更好地理解和掌握二氧化碳地质利用与封存工程中腐蚀表征、监测与控制方面的知识和技能。
本书的撰写力求科学性、系统性、实用性和前瞻性相统一,旨在为从事二氧化碳地质利用与封存工程研究的学者、工程师和技术人员提供一本实用的参考书籍。希望通过本书的出版,能够促进二氧化碳地质利用与封存技术的进一步发展和应用,为全球气候治理和环境保护做出贡献。
本书编写人员分工如下:1章:张力为、付晓娟、尹悦、王燕;第2章:陆诗建、王翰文;第 3 章: 向勇、辜涛、闫伟、刘思楠;第4章:向勇、薛泉;第5章:辜涛、梅开元、程小伟、付晓娟、尹悦、张力为;第6章:甘满光、张力为。
本书在撰写的过程中,得到了许多专家学者和同行的热情支持和帮助在此,作者表示衷心的感谢。同时,也要感谢出版社的编辑们给予的大力支持和耐心指导。
由于编者水平有限,书中难免存在不足之处,敬请广大读者批评指正
编 者
2024年2月
于中国科学院
武汉岩土力学研究所
张力为，男，研究员、博士生导师，国家海外高层次人才项目入选者。2008年本科毕业于哈尔滨工业大学环境工程系，2010年在美国杜克大学获得土木与环境工程硕士学位，2013年在美国卡耐基梅隆大学获得土木与环境工程博士学位，2013-2017年在美国国家能源技术实验室从事博士后研究工作。2017年5月入选海外高层次人才项目，2017年8月入职中国科学院武汉岩土力学研究所，任研究员。致力于二氧化碳地质利用与封存的风险评价、复杂地质环境下水泥、套管等地下构筑物的腐蚀、化学反应-流体力学耦合过程的数值模拟等方面的研究工作。已主编专著1部、参编专著4部，主编学会团体标准1部、参编1部，发表或接收学术论文近80篇，其中在国际知名期刊发表/接收SCI论文近50篇，授权发明专利2项、实审10余项。张力为研究员目前担任国际多孔介质协会（InterPore）中国分会常委、中国环境科学学会气候变化分会委员、中国岩石力学与工程学会青年工作委员会理事会委员、《Advances in Geo-Energy Research》和《水利水电技术》期刊青年编委等职务。
目录
1章 绪论
1.1 温室效应和 CO?地质利用与封存技术简述
1.2 CO?减排和推广 CO?地质利用与封存技术的紧迫性
1.3 CO?地质利用与封存面临的腐蚀问题概述
1.3.1 CO?对金属的腐蚀
1.3.2 CO?对水泥的腐蚀
1.4 本章小结
第2章腐蚀研究基本理论与表征方法
2.1腐蚀研究基本理论
2.1.1 金属腐蚀理论
2.1.2 水泥腐蚀理论
2.2腐蚀速率的影响因素
2.2.1 CO?分压的影响
2.2.2温度的影响
2.2.3流体的影响
2.2.4杂质的影响
2.3腐蚀表征技术
2.3.1 金属腐蚀表征技术
2.3.2 水泥腐蚀表征技术
2.4 本章小结
第3章 CO?地质利用与封存涉及的腐蚀问题及其危害
3.1 地上管路与设备腐蚀
3.1.1 地上管路腐蚀及其危害
3.1.2 地上 CO?运输、注入设备的腐蚀及其危害
3.2 CO?地质利用与封存井的井筒腐蚀
3.2.1 井简腐蚀及其危害
3.2.2 固井水泥石腐蚀及其危害
3.3 本章小结
第4章 CO?运输管路腐蚀控制技术
4.1 耐 CO?腐蚀合金材料
4.2 耐 CO?腐蚀涂镀层技术
4.3 耐 CO?腐蚀高效缓蚀剂
4.4 本章小结
第5章 CO?地质利用与封存井的并筒腐蚀监测与控制技术
5.1 CO?地质利用与封存井的井筒油套管腐蚀监测与控制技术
5.1.1 井筒油套管 CO?腐蚀监测方法
5.1.2 井简油套管 CO?腐蚀防护技术
5.2 CO?地质利用与封存井的固井水泥腐蚀监测与控制技术
5.2.1 井筒固井水泥 CO?腐蚀监测方法
5.2.2 井简固井水泥 CO?腐蚀控制技术
5.3 本章小结
第6章 腐蚀监测与控制技术在 CO?地质利用与封存工程中的应用
6.1 全球 CO?地质利用与封存工程现状
6.2 CO?地质利用与封存项目腐蚀监测技术应用案例
6.2.1 地上管路腐蚀监测技术应用
6.2.2 地面储运、注入设备腐蚀监测技术应用
6.2.3 腐蚀环境下的井简密封性监测技术应用
6.3 CO?地质利用与封存项目防腐工艺应用案例
6.3.1 地上管路防腐工艺应用
6.3.2 地面储运、注入设备防腐工艺应用
6.3.3井简防腐工艺应用
6.4 本章小结
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