煉油廠污水處理設(shè)備管線腐蝕分析
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摘要：針對(duì)煉油廠污水處理設(shè)備管線系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)其腐蝕原因進(jìn)行了分析，并提出了有針對(duì)性的防腐蝕措施和建議。結(jié)果表明，目標(biāo)煉油廠污水的離子組成比較復(fù)雜，并且其礦化度較高，pH值低，懸浮物、有機(jī)物質(zhì)以及細(xì)菌含量均較高，還含有一定量的硫化物和溶解氧，極易對(duì)管線的腐蝕產(chǎn)生不利的影響；現(xiàn)場(chǎng)管線中腐蝕產(chǎn)物主要以Fe、O和C元素為主，腐蝕產(chǎn)物的主要存在形式可能為氧化物；現(xiàn)場(chǎng)污水對(duì)管線鋼材的平均腐蝕速率為0.092mm·a-1，腐蝕等級(jí)為中度腐蝕。建議可以從更換管線材質(zhì)、改善污水水質(zhì)以及投加緩蝕劑等方面來(lái)研究提高污水管線的防腐蝕性能，其中管線材質(zhì)方面建議選擇C-PVC工程塑料管線，而污水水質(zhì)改善方面可以采取調(diào)節(jié)污水pH值、降低污水中硫化物和溶解氧含量以及加入殺菌劑等方式，緩蝕劑的類型建議選擇咪唑啉衍生物類緩蝕劑TB-1，推薦其加量為100mg·L-1。
關(guān)鍵詞：煉油廠；污水處理；設(shè)備管線；腐蝕原因；防腐蝕措施
設(shè)備及管線的腐蝕問(wèn)題在我國(guó)各大油氣田的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)以及輸送過(guò)程會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年由于相關(guān)管線腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失可以占據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的3%左右，腐蝕問(wèn)題成為影響安全生產(chǎn)的一個(gè)重大問(wèn)題[1-3]。尤其在石油天然氣領(lǐng)域，管線的腐蝕會(huì)造成油氣資源的浪費(fèi)，輕則影響油氣田的正常生產(chǎn)運(yùn)行，重則可以導(dǎo)致重大的人員安全傷亡事故等，在造成嚴(yán)重資源浪費(fèi)的同時(shí)，還可能引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染等[4-6]。因此，做好腐蝕防護(hù)工作不僅是一項(xiàng)重要的技術(shù)問(wèn)題，還關(guān)系到安全生產(chǎn)、節(jié)約資源以及環(huán)境保護(hù)等方面。煉油廠污水處理設(shè)備管線系統(tǒng)的腐蝕問(wèn)題是各大油氣田最常見(jiàn)的問(wèn)題之一，污水中的化學(xué)成分十分復(fù)雜，其不僅具有較高的礦化度，還通常含有較多的有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌、溶解氧、腐蝕性氣體以及其他雜質(zhì)等，污水處理設(shè)備管線常年與之接觸，不可避免的會(huì)發(fā)生一定程度的腐蝕現(xiàn)象[7-10]。污水處理設(shè)備管線的腐蝕會(huì)嚴(yán)重影響煉油廠的污水處理工作，還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成一定程度的污染。因此，本文以西部油田某煉油廠污水處理設(shè)備管線為研究對(duì)象，在分析了該煉油廠污水處理設(shè)備管線腐蝕現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，開(kāi)展了管線腐蝕原因分析研究，最后針對(duì)管線的腐蝕問(wèn)題，提出了相應(yīng)的防腐蝕措施建議，以保障煉油廠污水處理系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
1煉油廠污水處理管線腐蝕現(xiàn)狀
目標(biāo)煉油廠現(xiàn)有污水處理站5座，設(shè)計(jì)處理能力可以達(dá)到3500m3·d-1，污水處理設(shè)備管線的材質(zhì)大多采用碳鋼，少部分使用316L不銹鋼。隨著近年來(lái)污水處理量的增大和設(shè)備運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，部分污水處理設(shè)備的管線系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕穿孔以及失效的現(xiàn)象，影響了煉油廠污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，該煉油廠污水處理系統(tǒng)自建成投入運(yùn)行以來(lái)，發(fā)生的管線穿孔失效次數(shù)高達(dá)150次以上，相關(guān)的污水處理設(shè)備也出現(xiàn)過(guò)多次的腐蝕失效問(wèn)題，這給煉油廠污水處理工作造成了極大的不便，不僅帶來(lái)了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，還影響了污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，急需針對(duì)該煉油廠污水處理設(shè)備管線的腐蝕問(wèn)題開(kāi)展相關(guān)研究，找出腐蝕的主要原因，并提出有針對(duì)性的防治措施，為煉油廠污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供技術(shù)支持和保障。
2污水處理設(shè)備管線腐蝕原因分析
2.1污水水質(zhì)分析
污水的水質(zhì)對(duì)設(shè)備管線的腐蝕影響至關(guān)重要，因此，室內(nèi)參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》以及SY/T5523-2016《油田水分析方法》中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)目標(biāo)煉油廠污水處理系統(tǒng)的相關(guān)水樣的水質(zhì)進(jìn)行了全面分析，主要包括離子組成、pH值、懸浮物含量、含油量、硫化物含量、細(xì)菌含量以及溶解氧含量等，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1、2。由表1可以看出，目標(biāo)煉油廠污水處理系統(tǒng)中污水的離子組成較為復(fù)雜，含有較多的成垢陰離子（如HCO3-和SO42-）和陽(yáng)離子（如Ca2+、Mg2+和Fe2++Fe3+），水樣結(jié)垢會(huì)加劇污水處理管線的腐蝕速率；并且污水的總礦化度均較高，3種水樣的礦化度均大于20000mg·L-1，按照油氣田水腐蝕程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)，一般認(rèn)為，水樣的礦化度大于20000mg·L-1時(shí)就被稱為重腐蝕水，并且較高的礦化度會(huì)導(dǎo)致污水的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，污水處理管線長(zhǎng)期浸泡在此類電解質(zhì)溶液中，會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致污水處理管線的腐蝕速率增大。由表2可以看出，目標(biāo)煉油廠污水處理系統(tǒng)中污水的pH值為6左右，屬于弱酸性，污水處理設(shè)備管線在弱酸環(huán)境下極易產(chǎn)生氫去極化的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，加速碳鋼管線的腐蝕；污水中還含有一定量的硫化物、溶解氧和細(xì)菌，均會(huì)對(duì)污水處理設(shè)備管線的腐蝕產(chǎn)生影響，使腐蝕速率增大，特別是細(xì)菌含量較高，SRB細(xì)菌含量達(dá)到了104個(gè)·mL-1，而FB細(xì)菌含量也高達(dá)103個(gè)·mL-1，這會(huì)對(duì)碳鋼的腐蝕產(chǎn)生極大的影響；此外，污水中的懸浮物含量和含油量也較高，使腐蝕環(huán)境變得更加復(fù)雜，導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象加劇。
2.2腐蝕產(chǎn)物分析
腐蝕產(chǎn)物通常是金屬管線與腐蝕介質(zhì)（污水）產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后生成的混合物質(zhì)，其成分通常較為復(fù)雜，研究腐蝕產(chǎn)物的組成對(duì)分析腐蝕發(fā)生的原因具有比較重要的意義。目標(biāo)煉油廠污水處理設(shè)備管線的現(xiàn)場(chǎng)腐蝕產(chǎn)物外觀為黑褐色塊狀固體，表面含有一定量的油污。室內(nèi)以目標(biāo)煉油廠污水處理設(shè)備管線的現(xiàn)場(chǎng)腐蝕產(chǎn)物為研究對(duì)象，采用能譜分析手段對(duì)腐蝕產(chǎn)物的元素組成進(jìn)行了分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，現(xiàn)場(chǎng)腐蝕產(chǎn)物元素組成中含量最多為Fe、O和C元素，這表明材質(zhì)為碳鋼的污水處理管線發(fā)生了比較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，且腐蝕產(chǎn)物的主要存在形式可能為氧化物。另外，在現(xiàn)場(chǎng)腐蝕產(chǎn)物的元素組成中還有部分Ca元素和Cl元素等污水中的主要元素，說(shuō)明污水對(duì)管線鋼材的腐蝕較為嚴(yán)重。
2.3腐蝕速率評(píng)價(jià)
室內(nèi)采用靜態(tài)掛片失重法對(duì)煉油廠污水處理設(shè)備管線的腐蝕速率進(jìn)行了評(píng)價(jià)，腐蝕介質(zhì)為現(xiàn)場(chǎng)污水（1#水樣），掛片采用現(xiàn)場(chǎng)管線鋼材加工而成，材質(zhì)為20#碳鋼，鋼片尺寸為50mm×15mm×2mm，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為15d，實(shí)驗(yàn)溫度為室溫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，1#現(xiàn)場(chǎng)污水樣品對(duì)煉油廠污水處理設(shè)備管線鋼片的腐蝕速率在0.075~0.105mm·a-1之間，平均腐蝕速率為0.092mm·a-1。根據(jù)石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0087.3-2010《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)鋼質(zhì)儲(chǔ)罐腐蝕直接評(píng)價(jià)》中的規(guī)定（見(jiàn)表4），當(dāng)平均腐蝕處于0.025~0.125mm·a-1時(shí)，其腐蝕等級(jí)為中度腐蝕，說(shuō)明污水對(duì)管線的腐蝕速率相對(duì)較高，需要對(duì)其采取一定的防腐蝕措施。
3腐蝕防治措施建議
從上述目標(biāo)煉油廠污水處理設(shè)備管線腐蝕原因分析結(jié)果可以看出，污水水質(zhì)對(duì)設(shè)備管線的腐蝕影響較大，結(jié)合該煉油廠污水處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研結(jié)果，管線的腐蝕已經(jīng)較為嚴(yán)重，存在比較嚴(yán)重的安全隱患。因此，需要采取一定的防腐蝕措施來(lái)減緩污水對(duì)設(shè)備管線的腐蝕程度。本文主要從管線材質(zhì)選擇、改善污水水質(zhì)以及投加緩蝕劑等方面進(jìn)行了研究。
3.1管線材質(zhì)的選擇
表5為幾種不同類型材質(zhì)管線的性能對(duì)比結(jié)果。由表5可以看出，20#碳鋼管線雖然價(jià)格較為低廉，但其抗防腐蝕性能較差；316L不銹鋼管線的抗Cl-腐蝕能力較弱，并且其價(jià)格較貴；玻璃鋼管線對(duì)粘接工藝的要求較高，并且粘接點(diǎn)處的處理比較困難；金屬?gòu)?fù)合管和柔性復(fù)合軟管的抗腐蝕性能均較好，但其價(jià)格較貴；而C-PVC工程塑料管線不僅具有良好的防腐蝕性能，并且價(jià)格較為適中。綜合對(duì)比來(lái)看，建議目標(biāo)煉油廠污水處理系統(tǒng)可以在低壓運(yùn)行部分選擇C-PVC工程塑料管線，以提高其抗腐蝕性能。
3.2改善污水水質(zhì)
污水水質(zhì)對(duì)管線的腐蝕影響至關(guān)重要，因此，改善污水的水質(zhì)可以大幅度地降低管線的腐蝕速率。根據(jù)目標(biāo)煉油廠污水水質(zhì)分析結(jié)果，可以從調(diào)節(jié)污水pH值至弱堿性（7~8），降低污水中硫化物和溶解氧含量以及加入殺菌劑（降低污水中的細(xì)菌含量）等方面來(lái)改善污水的水質(zhì)，以降低污水對(duì)管線的腐蝕程度。
3.3投加緩蝕劑
采用投加緩蝕劑來(lái)降低污水對(duì)管線的腐蝕損害是最常見(jiàn)的一種防腐蝕手段，緩蝕劑在油氣田中的應(yīng)用非常普遍，其通常具有防腐蝕效果好、成本低、操作簡(jiǎn)單以及適用性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文以目標(biāo)煉油廠污水為腐蝕介質(zhì)，通過(guò)投加不同類型的緩蝕劑來(lái)考察其對(duì)腐蝕速率的影響，腐蝕實(shí)驗(yàn)條件及所用鋼片均參照2.3節(jié)所述，緩蝕劑的加量均為100mg·L-1，其中緩蝕劑GS-1和GS-2為有機(jī)磷酸胺類緩蝕劑，JN-1和JN-2為季銨鹽類緩蝕劑，TB-1和TB-2為咪唑啉衍生物類緩蝕劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，污水中加入幾種不同類型的緩蝕劑后，其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管線鋼材的腐蝕速率均有所降低，兩種咪唑啉衍生物類緩蝕劑的緩蝕效果明顯優(yōu)于有機(jī)磷酸胺類緩蝕劑和季銨鹽類緩蝕劑，其中TB-1的緩蝕效果最好，當(dāng)其加量為100mg·L-1時(shí)，可使鋼片的腐蝕速率降低至0.012mm·a-1，與2.3中評(píng)價(jià)的空白平均腐蝕速率0.092mm·a-1相比，有顯著地降低，說(shuō)明緩蝕劑的加入能夠有效降低污水對(duì)管線的腐蝕速率，起到良好的緩蝕效果。
4結(jié)論
（1）煉油廠污水組成較為復(fù)雜，具有礦化度高、pH值低、懸浮物以及有機(jī)物質(zhì)含量高的特點(diǎn)，并且含有一定量的硫化物、溶解氧和細(xì)菌，對(duì)管線的腐蝕影響較大。（2）現(xiàn)場(chǎng)管線中的腐蝕產(chǎn)物呈黑褐色，且主要以Fe、O和C元素為主，腐蝕產(chǎn)物的主要存在形式可能為氧化物，管線腐蝕較為嚴(yán)重。（3）靜態(tài)掛片腐蝕速率評(píng)價(jià)結(jié)果表明，目標(biāo)煉油廠污水對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管線鋼材的平均腐蝕速率為0.092mm·a-1，腐蝕等級(jí)為中度腐蝕。（4）根據(jù)目標(biāo)煉油廠污水處理設(shè)備管線腐蝕原因分析，建議采用C-PVC工程塑料管線來(lái)降低污水對(duì)其的腐蝕速率；也可以從調(diào)節(jié)污水pH值、降低污水中硫化物和溶解氧含量以及加入殺菌劑等方式來(lái)改善污水的水質(zhì)，以降低污水對(duì)管線的腐蝕程度；還可以通過(guò)加入緩蝕劑的方式來(lái)提高管線的防腐蝕性能，推薦在目標(biāo)煉油廠污水中加入100mg·L-1的咪唑啉衍生物類緩蝕劑TB-1來(lái)降低污水對(duì)管線的腐蝕速率。
作者:朱立軍 劉尚銘 單位:玉門(mén)油田分公司