Luận án: Đặc tính ăn mòn-xói lở vật liệu đường ống bằng AE và Giám sát Điện hóa bởi Jonathan Item Ukpai

Luận văn Thesis 200564637: Phân tích chuyên sâu về [chủ đề chính của luận văn]. Khám phá phương pháp nghiên cứu, kết quả và đóng góp cho lĩnh vực [lĩnh vực

• Tác giả: Jonathan Item Ukpai
• Người hướng dẫn: Professor Anne Neville
• Trường học: The University of Leeds
• Chuyên ngành: Mechanical Engineering
• Đề tài: Erosion-Corrosion Characterisation for Pipeline Materials Using Combined Acoustic Emission and Electrochemical Monitoring
• Loại tài liệu: Doctor of Philosophy
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Leeds

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ăn mòn xói lở vật liệu đường ống

Ăn mòn-xói lở (erosion-corrosion) là hiện tượng phá hủy vật liệu kết hợp giữa quá trình ăn mòn điện hóa và xói mòn cơ học do dòng chảy chứa hạt rắn tác động lên bề mặt kim loại. Đây là vấn đề nghiêm trọng trong các hệ thống đường ống dẫn dầu khí, đặc biệt ở vùng biển sâu và môi trường khắc nghiệt. Nghiên cứu của Ukpai (2014) tại Đại học Leeds tập trung vào vật liệu thép carbon X65, loại thép phổ biến trong chế tạo đường ống API. Phương pháp truyền thống chỉ sử dụng kỹ thuật điện hóa hoặc đo trọng lượng để đánh giá tốc độ ăn mòn, nhưng không phát hiện được cơ chế phá hủy tức thời. Sự kết hợp giữa kỹ thuật phát xạ âm thanh (Acoustic Emission - AE) và phương pháp điện hóa mở ra hướng tiếp cận mới, cho phép theo dõi đồng thời cả quá trình ăn mòn hóa học và xói mòn cơ học trong thời gian thực. Phương pháp này giúp xác định chính xác nguyên nhân gây hư hỏng, tối ưu hóa thiết kế vận hành và kéo dài tuổi thọ đường ống công nghiệp.

1.1. Vật liệu thép carbon X65 trong hệ thống đường ống

Thép carbon X65 là vật liệu tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong chế tạo đường ống dẫn dầu khí theo tiêu chuẩn API (American Petroleum Institute). Loại thép này có độ bền kéo tối thiểu 65 ksi, khả năng hàn tốt và chi phí sản xuất hợp lý. Tuy nhiên, thép X65 dễ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng ăn mòn-xói lở khi vận hành trong môi trường chứa CO2, H2S hoặc các hạt sạn cát. Nghiên cứu tập trung vào đánh giá cơ chế phá hủy của vật liệu này dưới tác động đồng thời của dòng chảy chứa hạt mài mòn và môi trường điện hóa ăn mòn. Đặc tính vi cấu trúc và độ cứng của thép X65 ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống chịu xói mòn ở các góc va chạm khác nhau.

1.2. Vai trò của kỹ thuật phát xạ âm thanh trong nghiên cứu vật liệu

Kỹ thuật phát xạ âm thanh (Acoustic Emission - AE) là phương pháp không phá hủy, dựa trên việc thu nhận sóng đàn hồi phát ra từ vật liệu khi chịu ứng suất hoặc biến dạng. Trong nghiên cứu ăn mòn-xói lở, AE phát hiện các sự kiện vi mô như va chạm hạt, nứt bề mặt và bong tróc sản phẩm ăn mòn theo thời gian thực. Ưu điểm nổi bật của AE là khả năng giám sát liên tục mà không cần dừng hệ thống vận hành. Phương pháp này sử dụng cảm biến piezoelectric gắn trên bề mặt mẫu thử, thu tín hiệu âm thanh và phân tích biên độ, tần số, thời lượng để phân loại cơ chế phá hủy. AE đặc biệt hiệu quả trong việc xác định năng lượng va chạm và góc tác động của hạt mài mòn lên bề mặt thép X65.

II. Phân tích cơ chế ăn mòn xói lở và thách thức kỹ thuật

Ăn mòn-xói lở là quá trình phức tạp bao gồm ba thành phần: ăn mòn nguyên chất (pure corrosion), xói mòn nguyên chất (pure erosion) và tác động hiệp đồng giữa hai quá trình. Khi dòng chảy chứa hạt rắn tác động lên bề mặt kim loại, lớp sản phẩm ăn mòn bảo vệ bị phá vỡ, để lộ kim loại cơ sở tiếp xúc trực tiếp với môi trường ăn mòn. Tốc độ phá hủy tổng thể luôn lớn hơn tổng tốc độ của hai quá trình riêng lẻ. Thách thức lớn trong nghiên cứu là phân tách và định lượng từng thành phần đóng góp vào quá trình hư hỏng. Phương pháp truyền thống dựa vào đo trọng lượng mất khối lượng không cung cấp thông tin về cơ chế hay thời điểm xảy ra các sự kiện phá hủy. Góc va chạm của hạt, vận tốc dòng chảy, kích thước hạt và nhiệt độ là các yếu tố ảnh hưởng phức tạp đến tốc độ ăn mòn-xói lở. Sự hình thành và ổn định của màng FeCO3 trên bề mặt thép X65 trong môi trường CO2 cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hoặc tăng tốc phá hủy vật liệu.

2.1. Tác động hiệp đồng giữa ăn mòn và xói mòn trong đường ống

Hiệp đồng ăn mòn-xói lở (synergy) là yếu tố quyết định mức độ hư hỏng thực tế của đường ống. Khi hạt mài mòn va chạm bề mặt, lớp màng bảo vệ FeCO3 bị phá vỡ, tạo ra vùng kim loại hoạt động tiếp xúc với môi trường điện phân. Tốc độ ăn mòn tăng đột biến tại các vị trí va chạm. Ngược lại, quá trình ăn mòn làm giảm độ bám dính và độ cứng bề mặt, khiến vật liệu dễ bị xói mòn hơn bởi dòng chảy. Nghiên cứu cho thấy hiệp đồng có thể chiếm tới 60-80% tổng tốc độ phá hủy trong điều kiện khắc nghiệt. Việc định lượng hiệp đồng đòi hỏi phải tiến hành thí nghiệm riêng biệt với ăn mòn nguyên chất và xói mòn nguyên chất, sau đó so sánh với kết quả ăn mòn-xói lở kết hợp.

2.2. Ảnh hưởng của góc va chạm và vận tốc hạt đến phá hủy bề mặt

Góc va chạm và vận tốc hạt là hai tham số quan trọng nhất ảnh hưởng đến cơ chế xói mòn bề mặt thép X65. Ở góc va chạm thấp (15-30 độ), cơ chế chủ đạo là cắt gọt (micro-cutting), vật liệu bị loại bỏ theo cơ chế dẻo. Ở góc va chạm cao (60-90 độ), cơ chế biến dạng dẻo và nứt vỡ (ductile deformation và brittle fracture) chiếm ưu thế. Vận tốc hạt tỷ lệ thuận với năng lượng va chạm, ảnh hưởng trực tiếp đến thể tích vật liệu bị loại bỏ. Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật AE để xác định phổ tần số tương ứng với từng loại va chạm: va chạm dẻo tạo tín hiệu tần số thấp, va chạm giòn tạo tín hiệu tần số cao với biên độ lớn hơn. Kết quả phân tích giúp xây dựng bản đồ cơ chế phá hủy theo góc và vận tốc.

III. Phương pháp kết hợp AE và điện hóa trong đánh giá ăn mòn xói lở

Phương pháp kết hợp kỹ thuật phát xạ âm thanh (AE) và kỹ thuật điện hóa là đóng góp quan trọng nhất của nghiên cứu này. Kỹ thuật điện hóa sử dụng phương pháp phân cực tuyến tính (LPR - Linear Polarisation Resistance) để đo tốc độ ăn mòn theo thời gian thực thông qua điện trở phân cực Rp. Máy đo điện hóa (potentiostat) điều khiển điện áp giữa điện cực làm việc (mẫu thép X65) và điện cực tham chiếu, đo dòng điện ăn mòn. Song song đó, cảm biến AE thu nhận tín hiệu âm thanh phát ra từ các sự kiện va chạm hạt và phá hủy bề mặt. Hệ thống đồng bộ thời gian cho phép liên kết chính xác giữa tín hiệu AE và dữ liệu điện hóa tại từng thời điểm. Phân tích phổ tần số Fast Fourier Transform (FFT) giúp phân loại loại va chạm: va chạm dẻo có tần số thấp, va chạm giòn có tần số cao. Phương pháp này cung cấp thông tin toàn diện về cơ chế, tốc độ và thời điểm xảy ra phá hủy mà không phương pháp đơn lẻ nào có thể đạt được.

3.1. Thiết lập thí nghiệm và hệ thống đo lường đồng bộ

Thí nghiệm được thiết lập với buồng ăn mòn chứa dung dịch điện phân (thường là dung dịch NaCl bão hòa CO2 ở nhiệt độ 25-80°C). Mẫu thép X65 được gia công thành điện cực làm việc, kết nối với máy đo điện hóa (potentiostat) để thực hiện phép đo LPR liên tục. Cảm biến AE loại piezoelectric được gắn trực tiếp lên bề mặt mẫu thử bằng keo chuyên dụng, kết nối với bộ khuếch đại tín hiệu và hệ thống thu thập dữ liệu. Dòng chảy chứa hạt Al2O3 hoặc cát được bơm tuần hoàn với vận tốc điều khiển được. Hệ thống đồng bộ thời gian đảm bảo dữ liệu AE và điện hóa được ghi nhận cùng thời điểm, cho phép phân tích tương quan giữa tín hiệu âm thanh và tốc độ ăn mòn. Tần số lấy mẫu AE đạt MHz, đủ để bắt các sự kiện vi mô xảy ra trong thời gian micro giây.

3.2. Phân tích dữ liệu AE và điện hóa để định lượng cơ chế phá hủy

Dữ liệu AE được phân tích theo nhiều tham số: biên độ (amplitude), thời lượng (duration), năng lượng (energy), số đếm (counts) và phổ tần số (frequency spectrum). Phân loại sử dụng Duration Discrimination Time (DDT) giúp tách riêng tín hiệu từ va chạm hạt và tín hiệu từ quá trình nứt vỡ bề mặt. Dữ liệu điện hóa từ phép đo LPR cung cấp điện trở phân cực Rp, từ đó tính toán tốc độ ăn mòn theo phương trình Stern-Geary. Bằng cách so sánh tốc độ ăn mòn-xói lở tổng hợp với tổng tốc độ ăn mòn nguyên chất và xói mòn nguyên chất, giá trị hiệp đồng (synergy) được định lượng chính xác. Phân tích hồi quy tương quan giữa năng lượng AE trung bình và tốc độ ăn mòn cho phép xây dựng mô hình dự đoán dựa trên tín hiệu âm thanh thời gian thực.

IV. Kết luận và ứng dụng của phương pháp AE Điện hóa trong công nghiệp

Nghiên cứu chứng minh rằng phương pháp kết hợp AE và điện hóa là công cụ mạnh mẽ để đặc trưng hóa hiện tượng ăn mòn-xói lở trên vật liệu đường ống thép carbon X65. Phương pháp cho phép phân biệt rõ ràng ba loại sự kiện phá hủy: va chạm dẻo (low-frequency AE), va chạm giòn (high-frequency AE) và ăn mòn điện hóa (thay đổi Rp liên tục). Giá trị hiệp đồng chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng tốc độ phá hủy, xác nhận tầm quan trọng của việc đánh giá đồng thời cả hai cơ chế. Kết quả nghiên cứu có ứng dụng trực tiếp trong giám sát tình trạng đường ống dẫn dầu khí, tối ưu hóa quy trình khai thác và dự báo thời gian thay thế thiết bị. Phương pháp AE-điện hóa có tiềm năng triển khai thành hệ thống giám sát trực tuyến (online monitoring), giảm chi phí bảo trì và ngăn ngừa sự cố rò rỉ đường ống. Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho ngành cơ điện tử trong lĩnh vực kiểm tra không phá hủy và quản lý tài sản công nghiệp.

4.1. Ứng dụng giám sát trực tuyến đường ống dẫn dầu khí

Hệ thống giám sát trực tuyến dựa trên kỹ thuật AE-điện hóa có tiềm năng triển khai thực tế trên các đường ống dẫn dầu khí ngoài khơi và trên bờ. Cảm biến AE có thể lắp đặt tại các vị trí nguy hiểm như cút nối, van giảm áp và vùng chảy xoáy, nơi tốc độ ăn mòn-xói lở cao nhất. Dữ liệu AE thời gian thực được truyền về trung tâm điều khiển qua mạng không dây hoặc cáp quang. Phần mềm phân tích tự động phát hiện thay đổi trong phổ tần số và năng lượng AE, cảnh báo sớm khi tốc độ phá hủy vượt ngưỡng cho phép. Kết hợp với dữ liệu điện hóa từ cảm biến ăn mòn lắp đặt sẵn, hệ thống cung cấp bức tranh toàn diện về tình trạng đường ống. Điều này giúp giảm thời gian ngừng sản xuất, tối ưu hóa lịch trình bảo trì và ngăn ngừa sự cố môi trường do rò rỉ hydrocarbon.

4.2. Hướng phát triển và tiềm năng mở rộng nghiên cứu

Nghiên cứu mở ra nhiều hướng phát triển tiềm năng. Thứ nhất, mở rộng đối tượng vật liệu sang hợp kim chống ăn mòn như duplex stainless steel và hợp kim niken sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt hơn. Thứ hai, phát triển thuật toán học máy (machine learning) để phân loại tự động loại sự kiện AE, giảm phụ thuộc vào kinh nghiệm người vận hành. Thứ ba, tích hợp kỹ thuật CFD (Computational Fluid Dynamics) để mô phỏng trường dòng chảy và dự đoán vị trí tập trung phá hủy. Thứ tư, phát triển cảm biến AE miniatur hóa tích hợp trực tiếp trên đường ống thông minh (smart pipe). Nghiên cứu cũng cần mở rộng sang điều kiện vận hành thực tế với nhiệt độ, áp suất và thành phần môi trường phức tạp hơn phòng thí nghiệm. Tiêu chuẩn hóa quy trình đo AE-điện hóa sẽ tạo cơ sở áp dụng rộng rãi trong ngành dầu khí và hóa chất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

i Erosion-Corrosion Characterisation for Pipeline Materials Using Combined Acoustic Emission and Electrochemical Monitoring by Jonathan Item Ukpai Submitted in accordance with the requirements for the degree of Doctor of Philosophy The University of Leeds School of Mechanical Engineering July 2014 The candidate confirms that the work submitted is his own, except where work which has formed part of jointly authored publications has been included. The contribution of the candidate and the other authors to this work has been explicitly indicated below. The candidate confirms that appropriate credit has been given within the thesis where reference has been made to the work of others. i The publications related to this work are as follows: 1.; Exploring the erosive wear of X65 carbon steel by acoustic emission method.

Wear, Volume 301, Issues 1-2, pp.; Determination of particle impacts and impact energy in the erosion of X65 carbon steel using acoustic emission technique. Tribology International Journal, Volume 65, pp.; An in-situ investigation of flow-induced corrosion and erosion-corrosion degradation of X65 pipeline materials using combined acoustic emission and electrochemical techniques. CORROSION/2013 paper no. 2305, NACE International Conference, Orlando, FL 2013., A combined electrochemical and acoustic emission technique for mechanistic and quantitative evaluation of erosion-corrosion and its components.

CORROSION/2014 paper no. 4180, NACE International Conference, San Antonio, TX, 2014. All the work in the papers mentioned above is a contribution of the candidate, under the supervision of the co-authors. This copy has been supplied on the understanding that it is copyright material and that no quotation from the thesis may be published without proper acknowledgement.

The right of Jonathan I. Ukpai to be identified as Author of this work has been asserted by him in accordance with the Copyright, Designs and Patents Act 1988. © 2013 The University of Leeds and Jonathan I. Ukpai i Acknowledgements I want to thank my supervisors, Professor Anne Neville and Dr.

Simon Hu for their kind words of advice, encouragement, guidance, exposure and for taking me round the world during conferences and symposia. I also thank my colleagues, Richard Barker and Michael Bryant for answering all my numerous questions. My gratitude goes to our lab technicians Ron Cellier, Graham Jakeman (of blessed memory) and Brian Leach for their assistance in the production of component parts of my research facilities and fixtures, and for constantly replenishing the laboratory consumables, and to Jacqueline Kidd and Fiona Slade for their sincere and warm administrative support. I am very grateful to all the people who made enormous sacrifices of their time, energy, and resources to make this project possible.

I will not be able to name them one by one because of space. Specifically, I thank my wife (Alice) and my kids (David, Jonathan and Michelle) for their love, patience and understanding throughout the period of the PhD study. I promise to compensate you all for the fatherly love and care I denied you during my late night research activities. I also thank my late father, Omezue (Chief) Ukpai Item (who did not live to see the end of this project) and Mother, Mrs.

Ugo Ukpai for their prayers and parental support. The staff and management of Petroleum Technology Development Fund (PTDF), Abuja, Nigeria, I cannot thank you enough for paying my tuition fees and maintenance allowance for three years in United Kingdom. All I have to say to you is, please do not relent in your good work, always keep the flag flying. My gratitude also goes to the staff and management of National Board for Technical Education (NBTE), Kaduna, Nigeria for all their support.

Above all, I say a big thank you to God almighty, for His grace, provisions, protection, good health and mercies throughout the period of this research. To Him alone I give all the glory. ii Abstract The prediction and monitoring of erosion and erosion-corrosion attack on oil and gas pipeline materials in service is useful for facilities design, material selection and maintenance planning so as to predict material performance accurately, operate safely, and prevent unplanned production outages. Conventional methods such as failure records, visual inspection, weight-loss coupon analysis, can be time-consuming and can only determine erosion or erosion-corrosion rates when the damage has already occurred.

To improve on this, the acoustic emission (AE) technique combined with electrochemical monitoring was chosen and implemented in this study to investigate and characterize erosion and erosion-corrosion degradation rates of oil and gas pipeline materials (X65) under Submerged Impinging Jet (SIJ) systems in a saturated CO2 environment. Measured acoustic emission energy was correlated with the mass loss from gravimetric measurement for different flow velocities and sand loadings. Sand particle impacts were quantified and compared with theoretical predictions, and the associated impact energies predicted from Computational Fluid Dynamics (CFD) were correlated with measured acoustic emission energy and mass loss. The combined acoustic emission and electrochemical monitoring (involving Linear Polarisation Resistance (LPR) and Electrochemical Impedance spectroscopy (EIS)) helped to simultaneously investigate the surface reactivity of the corroding materials as well as capture the sand impacts contribution during the erosion-corrosion degradation processes.

Results reveal that the effect of the mechanical damage which is not sensed by in-situ electrochemical measurement is adequately captured by the AE method, thus making the combined technique a novel approach for in-situ monitoring of both the electrochemical and mechanical damage contributions of erosion-corrosion degradation processes. iii Contents Acknowledgements .iii List of Figures .ix List of Tables. xxiii Chapter 1 Introduction .2 Aim and Objectives of Study .3 Statement of Novelty and Scientific Contribution .7 Chapter 2 Background Theory.2 Governing Mechanisms of Aqueous Corrosion .2 Electrical Double Layer (EDL) .5 Electrochemical Techniques for Corrosion Measurement .1 Principles of Three-Electrode Cell .2 Uncertainties in Corrosion Measurement .6 Alternating Current (AC) Corrosion Measurement .7 Forms of Aqueous Corrosion Attack .4 Flow-Induced Corrosion and Erosion-Corrosion .35 Chapter 3 Literature Review I.4 Computational Techniques in Erosion Rate Prediction .3 CO2 Erosion-Corrosion .2 Factors Affecting Erosion-Corrosion .3 Mechanisms of Erosion-Corrosion .4 Prediction of Erosion-Corrosion .5 Mitigation of Erosion-Corrosion .85 Chapter 4 Literature Review II: Acoustic Emission (AE) .3 Meaning of Acoustic Emission .4 Signal Processing and Analysis Techniques .1 Time–Domain Analysis .2 Frequency-Domain Analysis .3 Root Mean Square (RMS) .5 AE in Corrosion Prediction and Monitoring .6 AE in Erosion Prediction and Monitoring.7 Mechanism of Energy Transfer .8 AE in Erosion-Corrosion Prediction and Monitoring .110 Chapter 5 Experimental Design, Materials and Procedures .2 Dual Nozzle System .3 Two Sample Holders .4 Reservoir/Mixing Tank .5 Heating Device/Thermocouple .7 Acoustic Emission (AE) Hardware .2 Specimen Geometry and Dimensions .3 AE Test Cell/Specimen Holder.4 Sand Particle Size and Shape .1 Flow Velocity and Sand Loading Calibration .2 Acoustic Emission (AE) Sensor Calibration.5 AE Detection Gain Optimisation .129 Chapter 6 Results and Discussion: Erosive Wear Investigation .1 Single Impingement Tests .2 Multiple Impingement Tests .1 Single Impingement Test .2 Multiple Impingement Tests .4 Mass Loss and AE Energy.5 Frequency Spectrum Analysis .166 Chapter 7 Results and Discussion: Particle Impact and Impact Energy Quantification .2 Understanding Particle Impact Detection and Interpretation .3 Results for Particle Impact .1 AE Event Count Rate .2 Particle Impacts Determination .3 Particle Impacts Comparison with Theoretical Prediction .4 Discussion for Particle Impact .1 AE Event Count Rate .2 Particle Impact Determination .3 Measured Particle Impact Comparison with Theoretical Prediction .5 Impact Energy Investigation .1 Submerged Impinging Jet (SIJ) Model .2 Prediction of Particle Motion and Impact Condition .3 Results for Impact Energy Investigation .4 Discussion for Impact Energy Investigation.6 Erosion Rate Estimation .201 Chapter 8 Results and Discussion: Combined In-Situ AE and LPR Investigation of CO2 Flow-Induced Corrosion and Erosion-Corrosion .2 Results and Discussion .1 Flow-Induced Corrosion .3 Weight Loss and AE Energy .217 Chapter 9 Results and Discussion: Mechanistic and Quantitative Evaluation of Erosion-Corrosion and Its Components with Combined EIS and AE218 9.1 Tests without Sand .2 Test with Sand .3 Equivalent Circuit Modelling of EIS Plots .2 Investigation of the Inductive Loop in the 7 m/s EIS Plots .3 10 and 15 m/s Flow Velocities .4 Determination of Corrosion Rate.5 Evaluation of Erosion-Corrosion Degradation and Its Components .247 Chapter 10 Overview and General Discussion .2 Particle Impact Determination .3 Impact Energy Quantification .1 Flow-Induced Corrosion .3 Mechanistic and Quantitative Evaluation of Erosion- Corrosion .257 viii Chapter 11 Conclusions and Recommended Future Work.2 Recommended Future Work.292 ix List of Figures Figure 1.1: Typical CO2 erosion-corrosion damage in (a) X65 carbon steel pipeline and (b) in a choke (a device used to control the flow of fluid in pipelines) [5].1: Schematic illustration of the components of a corrosion cell [43].2: Simplified Pourbaix diagram for iron in water at 25oC [55].3: Stern-Grahame model for electrical double layer [56].4: Electrochemical corrosion curves [43].5: (a) Set-up for corrosion test and (b) summary of DC methods.6: Schematic illustration of current flow during polarisation [52].7: Simple electrical circuit having electrical properties similar to an EDL [43].8: AC voltage and current response [43].9: An impedance vector resolved into X-Y components [43].10: Equivalent circuit with two time constants used to model a corroding, coated metal. Cedl is the EDL capacitance.

Rct is the charge- transfer resistance, Cf is the capacitance of the film, Rf is the resistance of the film and Rs is the solution resistance [43].11: Illustration of general corrosion.12: Two types of pitting corrosion attack (a) through pit and (b) tunnelling pit [58].13: Illustration of galvanic corrosion.14: Galvanic series of metals and alloys according to ASTM 982- 98.1: CO2 corrosion nomogram [43].2: Corrosion rate of carbon steel as a function of wall shear stress value for (a) pipe flow and jet impingement rings at r/r0=3 and r/r0=5, and (b) RCE and pipe flow [74].3: Corrosion rate vs. temperature for brine [76].4: Corrosion rate vs. temperature for 80% water cut [76].5: Corrosion rate vs. oil composition at CO2 partial pressure of 0.79 MPa and Froude number of 12 [76].6: Predicted corrosion rate vs.7: Variation of corrosion rate with flow velocity flow velocity and pCO2 = 10 bar at 25oC and 50oC and pH 3 [70].8: Variation of corrosion rate with flow velocity for pH 3 and 4.14 at pCO2 = 10 bar [70].9: Variation of corrosion rate with flow velocity and pCO 2 = 10 and 70 bar at 25oC [70].10: Cathodic polarisation curves at pH 3, 25oC and pCO2 = 10 bar [70].11: Effect of flow velocity and temperature on corrosion rate for (a) carbon steel and low alloy steel and (b) stainless steel (13%Cr) [77].12: The degradation rate of the parent metal, heat affected zone (HAZ) and weld material in (a) static and (b) flow conditions [79].13: Schematic illustration of the major forces acting on a solid particle within a flowing fluid [83] .14: Effect of impact angle on erosion (a) Hutchings [83], (b) Levy and Yau [86].15: An illustration of predicted particle impact trajectories in a plugged tee and elbow [108].17: Illustration of erosion-corrosion process [130].18: Illustration of erosion-corrosion mechanism [136].19: Hydrodynamic features of a jet impingement on a flat plate [78] 80 Figure 3.20: Illustration of basic principles of inhibitor film-forming [147].1: Schematic illustration of (a) Rayleigh wave and (b) Lamb wave propagation in a structure [166].2: Illustration of the features of an AE signal [162].3: Illustration of count and energy of AE signal [154].4: Block diagram of AE instrumentation [168].5: Schematic illustration of (a) AE output from the apparatus and (b) correlation of hydrogen generation with Acoustic Emission [155].6: (a) Experimental set-up and (b) AE count rate vs.7: AE static corrosion test (a) experimental set-up (b) results [172].8: Illustration of AE release from solid particle impact [101, 176].E and (b) Erosion vs.10: Illustration of (a) AE energy vs.E for different impingement angles and (b) Weight loss vs.

AE energy for increasing flow velocities (i), increasing particle loading (ii) and increasing impingement angle (iii) [187].12: Simultaneous variation of acoustic energy and corrosion potential for high abrasion rate [173].1: Schematic illustration of experimental rig set-up.3: Isometric view of AE test cell/specimen holder.4: Sand particles’ size distribution from sieve experiment.5: Sand particles’ shape and sizes from Scanning Electron Microscopy (SEM).