炼油厂污水处理设备管线腐蚀分析

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摘要：针对炼油厂污水处理设备管线系统腐蚀严重的问题，对其腐蚀原因进行了分析，并提出了有针对性的防腐蚀措施和建议。结果表明，目标炼油厂污水的离子组成比较复杂，并且其矿化度较高，pH值低，悬浮物、有机物质以及细菌含量均较高，还含有一定量的硫化物和溶解氧，极易对管线的腐蚀产生不利的影响；现场管线中腐蚀产物主要以Fe、O和C元素为主，腐蚀产物的主要存在形式可能为氧化物；现场污水对管线钢材的平均腐蚀速率为0.092mm·a-1，腐蚀等级为中度腐蚀。建议可以从更换管线材质、改善污水水质以及投加缓蚀剂等方面来研究提高污水管线的防腐蚀性能，其中管线材质方面建议选择C-PVC工程塑料管线，而污水水质改善方面可以采取调节污水pH值、降低污水中硫化物和溶解氧含量以及加入杀菌剂等方式，缓蚀剂的类型建议选择咪唑啉衍生物类缓蚀剂TB-1，推荐其加量为100mg·L-1。

关键词：炼油厂；污水处理；设备管线；腐蚀原因；防腐蚀措施

设备及管线的腐蚀问题在我国各大油气田的开发、生产以及输送过程会经常出现，据统计，我国每年由于相关管线腐蚀而造成的经济损失可以占据国民经济的3%左右，腐蚀问题成为影响安全生产的一个重大问题[1-3]。尤其在石油天然气领域，管线的腐蚀会造成油气资源的浪费，轻则影响油气田的正常生产运行，重则可以导致重大的人员安全伤亡事故等，在造成严重资源浪费的同时，还可能引发严重的环境污染等[4-6]。因此，做好腐蚀防护工作不仅是一项重要的技术问题，还关系到安全生产、节约资源以及环境保护等方面。炼油厂污水处理设备管线系统的腐蚀问题是各大油气田最常见的问题之一，污水中的化学成分十分复杂，其不仅具有较高的矿化度，还通常含有较多的有机物质、细菌、溶解氧、腐蚀性气体以及其他杂质等，污水处理设备管线常年与之接触，不可避免的会发生一定程度的腐蚀现象[7-10]。污水处理设备管线的腐蚀会严重影响炼油厂的污水处理工作，还会对周边环境造成一定程度的污染。因此，本文以西部油田某炼油厂污水处理设备管线为研究对象，在分析了该炼油厂污水处理设备管线腐蚀现状的基础之上，开展了管线腐蚀原因分析研究，最后针对管线的腐蚀问题，提出了相应的防腐蚀措施建议，以保障炼油厂污水处理系统的安全、平稳运行。

1炼油厂污水处理管线腐蚀现状

目标炼油厂现有污水处理站5座，设计处理能力可以达到3500m3·d-1，污水处理设备管线的材质大多采用碳钢，少部分使用316L不锈钢。随着近年来污水处理量的增大和设备运行年限的增长，部分污水处理设备的管线系统出现了严重的腐蚀穿孔以及失效的现象，影响了炼油厂污水处理系统的正常运行。据相关统计显示，该炼油厂污水处理系统自建成投入运行以来，发生的管线穿孔失效次数高达150次以上，相关的污水处理设备也出现过多次的腐蚀失效问题，这给炼油厂污水处理工作造成了极大的不便，不仅带来了严重的资源浪费和经济损失，还影响了污水处理系统的正常运转。因此，急需针对该炼油厂污水处理设备管线的腐蚀问题开展相关研究，找出腐蚀的主要原因，并提出有针对性的防治措施，为炼油厂污水处理系统的正常运行提供技术支持和保障。

2污水处理设备管线腐蚀原因分析

2.1污水水质分析

污水的水质对设备管线的腐蚀影响至关重要，因此，室内参照石油天然气行业标准SY/T5329-2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》以及SY/T5523-2016《油田水分析方法》中的相关规定，对目标炼油厂污水处理系统的相关水样的水质进行了全面分析，主要包括离子组成、pH值、悬浮物含量、含油量、硫化物含量、细菌含量以及溶解氧含量等，测定结果见表1、2。由表1可以看出，目标炼油厂污水处理系统中污水的离子组成较为复杂，含有较多的成垢阴离子（如HCO3-和SO42-）和阳离子（如Ca2+、Mg2+和Fe2++Fe3+），水样结垢会加剧污水处理管线的腐蚀速率；并且污水的总矿化度均较高，3种水样的矿化度均大于20000mg·L-1，按照油气田水腐蚀程度的划分标准，一般认为，水样的矿化度大于20000mg·L-1时就被称为重腐蚀水，并且较高的矿化度会导致污水的导电性能增强，污水处理管线长期浸泡在此类电解质溶液中，会发生比较严重的电化学腐蚀现象，导致污水处理管线的腐蚀速率增大。由表2可以看出，目标炼油厂污水处理系统中污水的pH值为6左右，属于弱酸性，污水处理设备管线在弱酸环境下极易产生氢去极化的电化学腐蚀现象，加速碳钢管线的腐蚀；污水中还含有一定量的硫化物、溶解氧和细菌，均会对污水处理设备管线的腐蚀产生影响，使腐蚀速率增大，特别是细菌含量较高，SRB细菌含量达到了104个·mL-1，而FB细菌含量也高达103个·mL-1，这会对碳钢的腐蚀产生极大的影响；此外，污水中的悬浮物含量和含油量也较高，使腐蚀环境变得更加复杂，导致腐蚀现象加剧。

2.2腐蚀产物分析

腐蚀产物通常是金属管线与腐蚀介质（污水）产生化学反应后生成的混合物质，其成分通常较为复杂，研究腐蚀产物的组成对分析腐蚀发生的原因具有比较重要的意义。目标炼油厂污水处理设备管线的现场腐蚀产物外观为黑褐色块状固体，表面含有一定量的油污。室内以目标炼油厂污水处理设备管线的现场腐蚀产物为研究对象，采用能谱分析手段对腐蚀产物的元素组成进行了分析，结果见表3。由表3可以看出，现场腐蚀产物元素组成中含量最多为Fe、O和C元素，这表明材质为碳钢的污水处理管线发生了比较严重的腐蚀现象，且腐蚀产物的主要存在形式可能为氧化物。另外，在现场腐蚀产物的元素组成中还有部分Ca元素和Cl元素等污水中的主要元素，说明污水对管线钢材的腐蚀较为严重。

2.3腐蚀速率评价

室内采用静态挂片失重法对炼油厂污水处理设备管线的腐蚀速率进行了评价，腐蚀介质为现场污水（1#水样），挂片采用现场管线钢材加工而成，材质为20#碳钢，钢片尺寸为50mm×15mm×2mm，实验时间为15d，实验温度为室温，实验结果见图1。由图1可以看出，1#现场污水样品对炼油厂污水处理设备管线钢片的腐蚀速率在0.075~0.105mm·a-1之间，平均腐蚀速率为0.092mm·a-1。根据石油与天然气行业标准SY/T0087.3-2010《钢质管道及储罐腐蚀评价标准钢质储罐腐蚀直接评价》中的规定（见表4），当平均腐蚀处于0.025~0.125mm·a-1时，其腐蚀等级为中度腐蚀，说明污水对管线的腐蚀速率相对较高，需要对其采取一定的防腐蚀措施。

3腐蚀防治措施建议

从上述目标炼油厂污水处理设备管线腐蚀原因分析结果可以看出，污水水质对设备管线的腐蚀影响较大，结合该炼油厂污水处理系统现场实际调研结果，管线的腐蚀已经较为严重，存在比较严重的安全隐患。因此，需要采取一定的防腐蚀措施来减缓污水对设备管线的腐蚀程度。本文主要从管线材质选择、改善污水水质以及投加缓蚀剂等方面进行了研究。

3.1管线材质的选择

表5为几种不同类型材质管线的性能对比结果。由表5可以看出，20#碳钢管线虽然价格较为低廉，但其抗防腐蚀性能较差；316L不锈钢管线的抗Cl-腐蚀能力较弱，并且其价格较贵；玻璃钢管线对粘接工艺的要求较高，并且粘接点处的处理比较困难；金属复合管和柔性复合软管的抗腐蚀性能均较好，但其价格较贵；而C-PVC工程塑料管线不仅具有良好的防腐蚀性能，并且价格较为适中。综合对比来看，建议目标炼油厂污水处理系统可以在低压运行部分选择C-PVC工程塑料管线，以提高其抗腐蚀性能。

3.2改善污水水质

污水水质对管线的腐蚀影响至关重要，因此，改善污水的水质可以大幅度地降低管线的腐蚀速率。根据目标炼油厂污水水质分析结果，可以从调节污水pH值至弱碱性（7~8），降低污水中硫化物和溶解氧含量以及加入杀菌剂（降低污水中的细菌含量）等方面来改善污水的水质，以降低污水对管线的腐蚀程度。

3.3投加缓蚀剂

采用投加缓蚀剂来降低污水对管线的腐蚀损害是最常见的一种防腐蚀手段，缓蚀剂在油气田中的应用非常普遍，其通常具有防腐蚀效果好、成本低、操作简单以及适用性较强等优点。因此，本文以目标炼油厂污水为腐蚀介质，通过投加不同类型的缓蚀剂来考察其对腐蚀速率的影响，腐蚀实验条件及所用钢片均参照2.3节所述，缓蚀剂的加量均为100mg·L-1，其中缓蚀剂GS-1和GS-2为有机磷酸胺类缓蚀剂，JN-1和JN-2为季铵盐类缓蚀剂，TB-1和TB-2为咪唑啉衍生物类缓蚀剂，实验结果见图2。由图2可以看出，污水中加入几种不同类型的缓蚀剂后，其对现场管线钢材的腐蚀速率均有所降低，两种咪唑啉衍生物类缓蚀剂的缓蚀效果明显优于有机磷酸胺类缓蚀剂和季铵盐类缓蚀剂，其中TB-1的缓蚀效果最好，当其加量为100mg·L-1时，可使钢片的腐蚀速率降低至0.012mm·a-1，与2.3中评价的空白平均腐蚀速率0.092mm·a-1相比，有显著地降低，说明缓蚀剂的加入能够有效降低污水对管线的腐蚀速率，起到良好的缓蚀效果。

4结论

（1）炼油厂污水组成较为复杂，具有矿化度高、pH值低、悬浮物以及有机物质含量高的特点，并且含有一定量的硫化物、溶解氧和细菌，对管线的腐蚀影响较大。（2）现场管线中的腐蚀产物呈黑褐色，且主要以Fe、O和C元素为主，腐蚀产物的主要存在形式可能为氧化物，管线腐蚀较为严重。（3）静态挂片腐蚀速率评价结果表明，目标炼油厂污水对现场管线钢材的平均腐蚀速率为0.092mm·a-1，腐蚀等级为中度腐蚀。（4）根据目标炼油厂污水处理设备管线腐蚀原因分析，建议采用C-PVC工程塑料管线来降低污水对其的腐蚀速率；也可以从调节污水pH值、降低污水中硫化物和溶解氧含量以及加入杀菌剂等方式来改善污水的水质，以降低污水对管线的腐蚀程度；还可以通过加入缓蚀剂的方式来提高管线的防腐蚀性能，推荐在目标炼油厂污水中加入100mg·L-1的咪唑啉衍生物类缓蚀剂TB-1来降低污水对管线的腐蚀速率。

作者:朱立军 刘尚铭 单位:玉门油田分公司