《International Journal of Greenhouse Gas Control》：Corrosion monitoring and predictive modelling of CO? transmission pipelines in CCUS: A review
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碳捕集封存管道腐蚀机制、监测技术与智能预测模型研究综述。摘要：针对CCUS管道超临界CO?及杂质耦合腐蚀问题，系统整合腐蚀机理、多源监测技术（在线电化学、传感器验证）与预测模型（机理/数据驱动），提出机制-数据-智能协同框架，揭示传统模型局限性，强调混合物理信息AI框架在动态腐蚀管理中的未来方向。
宁峰|潘毅|杨双春|赵晓亮
辽宁石化大学石油与天然气工程学院，中国抚顺市望花区丹东路西段1号，113001
摘要
碳捕获、利用与封存（CCUS）对于缓解气候变化至关重要，然而二氧化碳输送管道的安全运行面临着来自腐蚀的严峻挑战，尤其是在含有H?S、Cl?和水等杂质的超临界条件下。尽管已有大量关于石油和天然气系统中二氧化碳腐蚀的综述，但专门针对CCUS管道的综合性研究仍然较少，这些研究往往孤立地探讨了腐蚀机制、监测方法和预测技术，而忽略了综合考虑数据特征和建模不确定性的整体框架。本文通过提供全面的腐蚀监测技术（在线电化学和基于传感器的方法、离线验证）以及预测建模方法（经验性、半经验性、机理性和数据驱动的智能方法）的概述，填补了这一空白，这些方法都是为CCUS环境量身定制的。本文从工程角度将腐蚀机制与监测数据和预测不确定性联系起来，比较了各种模型的优缺点，并指出了数据整合和大规模应用中的关键挑战。本文旨在为CCUS项目中的管道完整性管理和可靠的二氧化碳运输提供有益的见解，目标读者包括管道设计师、完整性工程师和运营人员。未来的研究方向将侧重于开发基于物理信息的混合人工智能框架，以实现动态CCUS条件下的自适应、实时腐蚀管理。
引言
碳捕获、利用与封存（CCUS）被广泛认为是减少温室气体排放和实现全球净零目标的关键途径，这与国际气候缓解战略以及联合国关于清洁能源和气候行动的可持续发展目标相一致（McLeod等人，2024；Oniemola等人，2025）。CCUS的大规模部署在根本上依赖于二氧化碳输送管道，这些管道能够实现从捕获设施到储存或利用场所的连续可靠运输（Eide等人，2019；Guo等人，2022）。因此，确保这些管道的长期完整性对于CCUS系统的技术可行性、环境安全性和经济可行性至关重要（Rui等人，2025）。
与传统石油和天然气管道不同，CCUS二氧化碳管道通常在密相传输条件下运行，输送的流体成分受到严格控制，但容易受到杂质的影响（Kajolinna等人，2025；Yan等人，2024）。高压二氧化碳、捕获过程中产生的杂质（如H?S、SO?和O?）以及微量水的共同作用从根本上改变了腐蚀机制，促进了局部腐蚀并加速了材料老化（Lihua等人，2023；Wang等人，2025）。这些条件使得CCUS管道的腐蚀情况与传统的碳氢化合物生产中的腐蚀情况有所不同，直接应用现有模型和监测策略是不可靠的（Phillips和Haghighi，2024）。随着CCUS基础设施向长距离、网络化管道系统的扩展，动态运行条件和日益增加的完整性管理需求进一步加剧了这些挑战（Karim等人，2024）。
尽管已有大量研究探讨了石油和天然气环境中的二氧化碳腐蚀问题，但现有的综述大多集中在亚临界或多相环境中，并未充分考虑CCUS管道的独特特性，包括超临界传输、杂质耦合腐蚀和大规模应用（Li等人，2024；Simonsen等人，2025）。表1提供了近期关于二氧化碳管道腐蚀的代表性综述研究的总结，突出了它们主要关注的重点领域，并揭示了对CCUS特定条件的关注不足。此外，最近的CCUS相关综述往往侧重于系统级风险或外部腐蚀问题，而将内部腐蚀机制、监测数据和预测不确定性结合起来的综合分析仍然有限。这种碎片化的研究状况阻碍了研究成果转化为CCUS项目中实用工程工具的应用，这些工具可用于寿命评估、基于风险的维护和决策制定（Sneddon等人，2024）。
为了解决现有研究的碎片化问题并确保综述的全面性和可重复性，本文采用了一种针对CCUS特定管道腐蚀的结构化文献调查策略。系统地收集了2015年至2025年间发表在主要科学数据库（包括Web of Science、Scopus、ScienceDirect和Google Scholar）上的同行评审文章、会议论文和技术报告，使用与二氧化碳腐蚀机制、超临界二氧化碳环境、腐蚀监测和CCUS管道预测建模相关的关键词进行筛选。通过手动交叉引用，还识别出了其他重要的综述和高影响力的实验和建模研究。选择的研究基于其与陆上CCUS二氧化碳输送管道的相关性、技术深度以及对密相条件和捕获过程中产生的杂质的明确考虑，同时排除了非CCUS相关的石油和天然气腐蚀研究及海上应用。这一筛选过程有助于构建一个统一的、以机制为导向的框架，将CCUS运行条件下的腐蚀过程、监测响应和预测不确定性联系起来。基于筛选后的文献数据集，进一步使用VOSviewer进行了关键词共现分析，定量绘制了2015年至2025年CCUS相关二氧化碳管道腐蚀研究的知识结构和主题演变情况，如图1所示。
在此背景下，本文旨在提供关于二氧化碳输送管道腐蚀机制、监测技术和预测建模方法的综合性和CCU导向的综述。通过追溯从经验性和机理性模型到新兴的数据驱动和混合框架的发展过程，并批判性地评估它们在CCUS特定条件下的适用性，本文指出了腐蚀管理中的关键局限性和未来发展方向。本文强调如何结合多源监测数据和预测模型，以支持CCUS管道系统的可靠、经济高效和生命周期导向的完整性管理。该综述旨在为研究人员、管道设计师和CCUS运营人员提供实用的参考，以推进腐蚀控制和温室气体减排基础设施的发展。
与传统的石油-天然气二氧化碳腐蚀综述不同，本文建立了一个以CCUS特定的、以机制为中心的框架，明确整合了超临界和杂质耦合腐蚀现象与监测数据解释和预测不确定性。通过连接机理理解、多源监测技术和智能建模策略，本文为支持生命周期导向的完整性管理和CCUS运输基础设施的可靠大规模应用提供了连贯的工程路线图。
章节片段
CCUS二氧化碳输送管道中的腐蚀机制
在现代工业系统中，石油、天然气和化学工程等领域面临着严重的二氧化碳腐蚀挑战。在石油和天然气开采过程中，二氧化碳常常作为副产品存在于管道中（Adu等人，2019）。当水积聚时，二氧化碳会与其发生反应，导致管道腐蚀，即所谓的二氧化碳腐蚀。这会缩短管道寿命，增加维护成本，并增加泄漏等安全风险。陆上管道中二氧化碳引起的腐蚀的核心原因在于……
二氧化碳管道腐蚀条件的监测技术
在CCUS系统中，二氧化碳表面管道的长期运行过程中，腐蚀演变受到密相传输、捕获过程中产生的杂质以及含水环境的共同影响。这种多场耦合产生了复杂的局部化学条件和降解路径，这些无法通过传统的石油-天然气二氧化碳腐蚀框架来充分解释。
对这些过程的机理理解需要高分辨率的腐蚀表征
二氧化碳管道腐蚀预测模型和智能预测方法
腐蚀监测技术的进步为表征管道运行条件和环境暴露提供了基础。然而，仅依靠监测数据不足以阐明腐蚀动力学或捕捉长期降解趋势。为了实现从腐蚀状态识别到使用寿命预测的转变，需要建模方法来机械地解释监测数据并预测腐蚀的演变过程。
集成应用和未来发展趋势
基于前几节讨论的二氧化碳腐蚀机制和数据驱动预测模型的进展，人们越来越认识到，单一模型或监测技术不足以完全捕捉现实CCUS服务条件下的复杂且不断变化的腐蚀行为。因此，未来的研究和工程实践正朝着“机制-数据-智能”综合范式转变。通过结合多源监测数据……
结论
本文系统地综合了当前关于CCUS系统中二氧化碳输送管道腐蚀机制、监测技术和预测方法的研究，特别关注与密相二氧化碳传输相关的运行条件。与传统石油和天然气管道相比，CCUS二氧化碳管道由于高压、相敏热物理性质以及受杂质影响的流体而面临独特的腐蚀挑战
CRediT作者贡献声明
宁峰：撰写——初稿撰写、研究调查、数据整理。潘毅：监督、资源提供。杨双春：撰写——审稿与编辑。赵晓亮：可视化制作。
