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T h e M e c h a n i s m o f

C O

C o r r o s i o n

T h e p r o b l e m o f C O 2 c o r ro s io n h a s l o ng b e e n r e co g n i s e d a n d h a s p r o m p t e d e x t e ns iv e

s tu d i e s. D r y C O 2 g a s is n o t i ts el f c o r r o s iv e a t t h e t e m p e r a t u r e s e n c o u n t e r e d w i t h i n

o il a n d g a s p r o d u c t i o n s y s te m s , b u t is s o w h e n d i s so l v e d i n a n a q u e o u s p h a s e t h r o u g h

w h i c h i t c a n p r o m o t e a n e l e c t r o c h e m i c a l r e a c ti o n b e t w e e n s te e l a n d t h e c o n t a c t i n g

a q u e o u s p h a s e . C O 2 is e x t r e m e l y s o l u b le i n w a t e r a n d b r i n e s b u t i t s h o u l d a ls o b e

r e m e m b e r e d t h a t i t h a s e v e n g r e a t e r s o l u b il i t y in h y d r o c a r b o n s m p o t e n t i a l l y 3:1 i n

f a v o u r o f t h e h y d r o c a r b o n . H y d r o c a r b o n f lu i ds a re g e n e r a l l y p r o d u c e d i n a s s o c ia t io n

w i t h a n a q u e o u s p h a s e . I n m a n y c a s e s t h e h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r w i l l a ls o c o n t a i n a

s i g n i fi c a n t p r o p o r t i o n o f C O 2. A s a r e s u l t o f th i s, C O 2 w i l l d i s s o l v e i n t h e a q u e o u s

p h a s e a s s o c ia t ed w i t h h y d r o c a r b o n p r o d u c t io n . T h is a q u e o u s p h a s e w i l l c o r r o d e

c a r b o n s t e e l .

V a r i ou s m e c h a n i s m s h a v e b e e n p o s t u l a t e d f or t h e c o rr o s io n p r o c e s s b u t a l l i n v o l v e

e i th e r c a r b o n i c a c id o r t h e b i c a r b o n a t e i o n f o r m e d o n d i s s o l u t i o n o f C O 2 i n w a t e r

t h is le a d s t o r a t e s o f c o r r o s i o n g r e a t e r t h a n t h o s e e x p e c t e d f r o m c o r r o s i o n i n s t r o n g

a c i d s a t t h e s a m e p H . C O 2 d i s s o l v e s i n w a t e r t o g i v e c a r b o n i c a c i d , a w e a k a c i d

c o m p a r e d t o m i n e r a l a c i d s a s i t d o e s n o t f u l l y d i s so c i a te .

T h e s t e p s o f c a r b o n i c a c i d r e a c t i o n m a y b e o u t l i n e d a s f o ll o w s :

C O 2 g ) 4- H2 -- -> C O 2 d i s s o l v e d )

1)

CO2 dissolved) 4- H 2 0 =) H 2 C O 3 ~ H + H C O 3-

2)

T h e m e c h a n i s m p o s t u l a t e d b y d e W a a r d [2 -4 ] is , p e r h a p s , t h e b e s t k n o w n :

H 2 C O 3 + e - - -9 H + H C O 3-

3)

2 H --~ H 2 4)

w i t h t h e s t e e l re a c t in g :

F e --9 Fe 2+ + 2 e- 5)

a n d o v e r a l l :

C O 2 + H 2 0 + F e --~ F e C O 3 i r o n c a r b o n a t e ) + H 2

6)

W h i l s t th e r e is s o m e d e b a t e a b o u t t h e m e c h a n i s m o f C O 2 c o r r o s i o n i n t e r m s o f

w h i c h d i s s o l v e d s p e c i e s a r e i n v o l v e d i n t h e c o r r o s i o n r e a c t i o n , it is e v i d e n t t h a t t h e

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The M echan ism of CO Corros ion

r e s u l t i n g c o r r o s i o n r a t e i s d e p e n d e n t o n t h e p a r t i a l p r e s s u r e o f CO gas . This wi l l

d e t e r m i n e t h e s o lu t i o n p H a n d t h e c o n c e n t r a t i o n o f d i s s o l v e d s p e ci es .

I n r ea li ty t h e c o m p l e t e c h a i n o f e l e c t ro c h e m i c a l r e a c ti o n s is m u c h m o re c o m p l e x

t h a n t h i s b r i e f o u t l i n e . D e p e n d i n g u p o n w h i c h i s t h e r a t e d e t e r m i n i n g s t e p t h e

d e p e n d a n c e o f th e e l e ct r o ch e m i c a l r e a ct io n s o n p H a n d d i s s o l v e d C O 2 v a r ie s .