煉油廠污水處理設備管線腐蝕分析

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摘要：針對煉油廠污水處理設備管線系統(tǒng)腐蝕嚴重的問題，對其腐蝕原因進行了分析，并提出了有針對性的防腐蝕措施和建議。結果表明，目標煉油廠污水的離子組成比較復雜，并且其礦化度較高，pH值低，懸浮物、有機物質以及細菌含量均較高，還含有一定量的硫化物和溶解氧，極易對管線的腐蝕產生不利的影響；現(xiàn)場管線中腐蝕產物主要以Fe、O和C元素為主，腐蝕產物的主要存在形式可能為氧化物；現(xiàn)場污水對管線鋼材的平均腐蝕速率為0.092mm·a-1，腐蝕等級為中度腐蝕。建議可以從更換管線材質、改善污水水質以及投加緩蝕劑等方面來研究提高污水管線的防腐蝕性能，其中管線材質方面建議選擇C-PVC工程塑料管線，而污水水質改善方面可以采取調節(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。

關鍵詞：煉油廠；污水處理；設備管線；腐蝕原因；防腐蝕措施

設備及管線的腐蝕問題在我國各大油氣田的開發(fā)、生產以及輸送過程會經常出現(xiàn)，據(jù)統(tǒng)計，我國每年由于相關管線腐蝕而造成的經濟損失可以占據(jù)國民經濟的3%左右，腐蝕問題成為影響安全生產的一個重大問題[1-3]。尤其在石油天然氣領域，管線的腐蝕會造成油氣資源的浪費，輕則影響油氣田的正常生產運行，重則可以導致重大的人員安全傷亡事故等，在造成嚴重資源浪費的同時，還可能引發(fā)嚴重的環(huán)境污染等[4-6]。因此，做好腐蝕防護工作不僅是一項重要的技術問題，還關系到安全生產、節(jié)約資源以及環(huán)境保護等方面。煉油廠污水處理設備管線系統(tǒng)的腐蝕問題是各大油氣田最常見的問題之一，污水中的化學成分十分復雜，其不僅具有較高的礦化度，還通常含有較多的有機物質、細菌、溶解氧、腐蝕性氣體以及其他雜質等，污水處理設備管線常年與之接觸，不可避免的會發(fā)生一定程度的腐蝕現(xiàn)象[7-10]。污水處理設備管線的腐蝕會嚴重影響煉油廠的污水處理工作，還會對周邊環(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備管線為研究對象，在分析了該煉油廠污水處理設備管線腐蝕現(xiàn)狀的基礎之上，開展了管線腐蝕原因分析研究，最后針對管線的腐蝕問題，提出了相應的防腐蝕措施建議，以保障煉油廠污水處理系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運行。

1煉油廠污水處理管線腐蝕現(xiàn)狀

目標煉油廠現(xiàn)有污水處理站5座，設計處理能力可以達到3500m3·d-1，污水處理設備管線的材質大多采用碳鋼，少部分使用316L不銹鋼。隨著近年來污水處理量的增大和設備運行年限的增長，部分污水處理設備的管線系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴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)的正常運行。據(jù)相關統(tǒng)計顯示，該煉油廠污水處理系統(tǒng)自建成投入運行以來，發(fā)生的管線穿孔失效次數(shù)高達150次以上，相關的污水處理設備也出現(xiàn)過多次的腐蝕失效問題，這給煉油廠污水處理工作造成了極大的不便，不僅帶來了嚴重的資源浪費和經濟損失，還影響了污水處理系統(tǒng)的正常運轉。因此，急需針對該煉油廠污水處理設備管線的腐蝕問題開展相關研究，找出腐蝕的主要原因，并提出有針對性的防治措施，為煉油廠污水處理系統(tǒng)的正常運行提供技術支持和保障。

2污水處理設備管線腐蝕原因分析

2.1污水水質分析

污水的水質對設備管線的腐蝕影響至關重要，因此，室內參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T5329-2012《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》以及SY/T5523-2016《油田水分析方法》中的相關規(guī)定，對目標煉油廠污水處理系統(tǒng)的相關水樣的水質進行了全面分析，主要包括離子組成、pH值、懸浮物含量、含油量、硫化物含量、細菌含量以及溶解氧含量等，測定結果見表1、2。由表1可以看出，目標煉油廠污水處理系統(tǒng)中污水的離子組成較為復雜，含有較多的成垢陰離子（如HCO3-和SO42-）和陽離子（如Ca2+、Mg2+和Fe2++Fe3+），水樣結垢會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準，一般認為，水樣的礦化度大于20000mg·L-1時就被稱為重腐蝕水，并且較高的礦化度會導致污水的導電性能增強，污水處理管線長期浸泡在此類電解質溶液中，會發(fā)生比較嚴重的電化學腐蝕現(xiàn)象，導致污水處理管線的腐蝕速率增大。由表2可以看出，目標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，污水處理設備管線在弱酸環(huán)境下極易產生氫去極化的電化學腐蝕現(xiàn)象，加速碳鋼管線的腐蝕；污水中還含有一定量的硫化物、溶解氧和細菌，均會對污水處理設備管線的腐蝕產生影響，使腐蝕速率增大，特別是細菌含量較高，SRB細菌含量達到了104個·mL-1，而FB細菌含量也高達103個·mL-1，這會對碳鋼的腐蝕產生極大的影響；此外，污水中的懸浮物含量和含油量也較高，使腐蝕環(huán)境變得更加復雜，導致腐蝕現(xiàn)象加劇。

2.2腐蝕產物分析

腐蝕產物通常是金屬管線與腐蝕介質（污水）產生化學反應后生成的混合物質，其成分通常較為復雜，研究腐蝕產物的組成對分析腐蝕發(fā)生的原因具有比較重要的意義。目標煉油廠污水處理設備管線的現(xiàn)場腐蝕產物外觀為黑褐色塊狀固體，表面含有一定量的油污。室內以目標煉油廠污水處理設備管線的現(xiàn)場腐蝕產物為研究對象，采用能譜分析手段對腐蝕產物的元素組成進行了分析，結果見表3。由表3可以看出，現(xiàn)場腐蝕產物元素組成中含量最多為Fe、O和C元素，這表明材質為碳鋼的污水處理管線發(fā)生了比較嚴重的腐蝕現(xiàn)象，且腐蝕產物的主要存在形式可能為氧化物。另外，在現(xiàn)場腐蝕產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，說明污水對管線鋼材的腐蝕較為嚴重。

2.3腐蝕速率評價

室內采用靜態(tài)掛片失重法對煉油廠污水處理設備管線的腐蝕速率進行了評價，腐蝕介質為現(xiàn)場污水（1#水樣），掛片采用現(xiàn)場管線鋼材加工而成，材質為20#碳鋼，鋼片尺寸為50mm×15mm×2mm，實驗時間為15d，實驗溫度為室溫，實驗結果見圖1。由圖1可以看出，1#現(xiàn)場污水樣品對煉油廠污水處理設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)標準SY/T0087.3-2010《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準鋼質儲罐腐蝕直接評價》中的規(guī)定（見表4），當平均腐蝕處于0.025~0.125mm·a-1時，其腐蝕等級為中度腐蝕，說明污水對管線的腐蝕速率相對較高，需要對其采取一定的防腐蝕措施。

3腐蝕防治措施建議

從上述目標煉油廠污水處理設備管線腐蝕原因分析結果可以看出，污水水質對設備管線的腐蝕影響較大，結合該煉油廠污水處理系統(tǒng)現(xiàn)場實際調研結果，管線的腐蝕已經較為嚴重，存在比較嚴重的安全隱患。因此，需要采取一定的防腐蝕措施來減緩污水對設備管線的腐蝕程度。本文主要從管線材質選擇、改善污水水質以及投加緩蝕劑等方面進行了研究。

3.1管線材質的選擇

表5為幾種不同類型材質管線的性能對比結果。由表5可以看出，20#碳鋼管線雖然價格較為低廉，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，并且其價格較貴；玻璃鋼管線對粘接工藝的要求較高，并且粘接點處的處理比較困難；金屬復合管和柔性復合軟管的抗腐蝕性能均較好，但其價格較貴；而C-PVC工程塑料管線不僅具有良好的防腐蝕性能，并且價格較為適中。綜合對比來看，建議目標煉油廠污水處理系統(tǒng)可以在低壓運行部分選擇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

污水水質對管線的腐蝕影響至關重要，因此，改善污水的水質可以大幅度地降低管線的腐蝕速率。根據(jù)目標煉油廠污水水質分析結果，可以從調節(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（降低污水中的細菌含量）等方面來改善污水的水質，以降低污水對管線的腐蝕程度。

3.3投加緩蝕劑

采用投加緩蝕劑來降低污水對管線的腐蝕損害是最常見的一種防腐蝕手段，緩蝕劑在油氣田中的應用非常普遍，其通常具有防腐蝕效果好、成本低、操作簡單以及適用性較強等優(yōu)點。因此，本文以目標煉油廠污水為腐蝕介質，通過投加不同類型的緩蝕劑來考察其對腐蝕速率的影響，腐蝕實驗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，實驗結果見圖2。由圖2可以看出，污水中加入幾種不同類型的緩蝕劑后，其對現(xiàn)場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，當其加量為100mg·L-1時，可使鋼片的腐蝕速率降低至0.012mm·a-1，與2.3中評價的空白平均腐蝕速率0.092mm·a-1相比，有顯著地降低，說明緩蝕劑的加入能夠有效降低污水對管線的腐蝕速率，起到良好的緩蝕效果。

4結論

（1）煉油廠污水組成較為復雜，具有礦化度高、pH值低、懸浮物以及有機物質含量高的特點，并且含有一定量的硫化物、溶解氧和細菌，對管線的腐蝕影響較大。（2）現(xiàn)場管線中的腐蝕產物呈黑褐色，且主要以Fe、O和C元素為主，腐蝕產物的主要存在形式可能為氧化物，管線腐蝕較為嚴重。（3）靜態(tài)掛片腐蝕速率評價結果表明，目標煉油廠污水對現(xiàn)場管線鋼材的平均腐蝕速率為0.092mm·a-1，腐蝕等級為中度腐蝕。（4）根據(jù)目標煉油廠污水處理設備管線腐蝕原因分析，建議采用C-PVC工程塑料管線來降低污水對其的腐蝕速率；也可以從調節(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改善污水的水質，以降低污水對管線的腐蝕程度；還可以通過加入緩蝕劑的方式來提高管線的防腐蝕性能，推薦在目標煉油廠污水中加入100mg·L-1的咪唑啉衍生物類緩蝕劑TB-1來降低污水對管線的腐蝕速率。

作者:朱立軍 劉尚銘 單位:玉門油田分公司