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油田污水腐蝕程度有哪些影響因素

發布時間:2019-01-19 11:43:00 點擊:

隨著中國油田開發的不斷深入,很多油田已由開發初期的低含水量過渡到開發中后期的高含水量,這使得油田開采過程中產生的污水量不斷增加,與之同時帶來的設備腐蝕問題也日益嚴重。具有腐蝕性的油田污水不僅造成了污水運輸管線的刺漏和穿孔,而且給污水處理設施的運行也帶來極大的不便。可見,在油田污水處理問題上,控制腐蝕已成為一個急待解決的問題。

  1、油田污水腐蝕影響因素

  油田污水的腐蝕主要表現為對鋼制管道設備的電化學腐蝕,影響其腐蝕程度的影響因素包括溶解氧、Cl-、CO2、pH、微生物等。

  (1)溶解氧的影響。溶解氧對鋼材的腐蝕是最直接的,也是污水中鋼材局部腐蝕最主要成因之一。在鋼材中通常含有一些惰性雜質,可與鐵構成原電池發生電化學腐蝕,陽極反應:Fe→Fe2++2e;陰極反應:O2+2H++2e→2OH-,并且這種腐蝕在一定程度上隨溶解氧的濃度增大而增大。當溶解氧濃度增加到一定值時,鐵表面會出現一層鈍化氧化膜,使腐蝕過程被抑制。

  (2)Cl-對腐蝕的影響。活潑性強的Cl-會吸附在金屬表面的鈍化膜上,擠掉膜上的氧原子與鈍化膜中的陽離子結合成為可溶性氯化物,露出新的鐵面,加速腐蝕。相關研究表明,當油田污水中 [Cl-]<3 000mg/L時,隨著 Cl-濃度的升高,腐蝕率逐漸增大;當[Cl-]>3000mg /L時,隨著Cl-濃度的繼續升高,腐蝕率反而下降。這是因為Cl-濃度過高時,會使氧的溶解度顯著降低,致使吸氧腐蝕率降低。

  (3)CO2對腐蝕的影響。CO2溶解于水中呈弱酸性,會電離出H+和HCO3-,這兩種離子會加速鋼材的電化學腐蝕。加之CO2腐蝕鋼材形成的產物都是易溶的,不易形成保護膜,因此腐蝕速度會隨濃度CO2增大而加快。但研究表明CO2濃度增加到一定值時,腐蝕速率會趨于平緩,這是由于污水中的 CO2 接近飽和,溶液的 pH值和HCO3--含量基本不變,腐蝕速度也保持不變。

  (4)pH對腐蝕的影響。pH 值在酸性條件下,對鋼材造成的氫的去極化腐蝕十分明顯。研究表明,沒有保護措施的碳鋼在堿性水中的均勻腐蝕速率將低于酸性水,但是pH值在 4~ 10范圍內同樣存在著 pH值對腐蝕速率的影響。進一步研究指出,在大慶油田污水環境下,pH 值在8.13~ 9.6 之間時,腐蝕速度隨著pH 值的增大逐漸變小;在pH> 9 .6時,腐蝕速度突降,幾乎呈線形;在 pH = 11 時,腐蝕速度減小到最小。

  (5)微生物對腐蝕的影響。微生物對腐蝕主要是其生命活動過程對鋼材造成的間接腐蝕,在這些造成腐蝕的微生物中,硫酸鹽還原菌(SRB的影響最為重要。通常隨著SRB數量的增多,腐蝕速度也隨之增大,這是由于一方面SRB的繁殖使得系統中H2S的含量增加,另一方面S2-腐蝕鐵后形成的氫會導致鋼結構的氫脆現象,使之容易斷裂。

  2、油田污水防腐處理方案

  從以上油田污水腐蝕影響因素來看,污水運輸管線和處理設施腐蝕的成因是極其復雜的,往往表現為多種因素相互促進腐蝕的進行。針對油田污水造成腐蝕的防護,大致有以下的研究或應用。

  2.1 污水處理技術的改進

  為減小油田污水處理過程中污水對管線和設備的腐蝕,有研究對油田污水處理技術進行改進,使用電化學預氧化油田污水處理技術,該技術主要用以解決Fe2+的去除問題以及氧化污水中具有腐蝕性的H2S。在該技術中,會向污水中加入少量的堿,使pH值維持在7.0左右,從而可控制氫的去極化腐蝕。結合混凝處理的實踐證明,預氧化后的污水容易混凝沉降,且提高混凝沉降pH 值( 6. 5~ 8. 0) 使水質普遍變好,腐蝕速率下降。

  2.2 防腐材料的使用

  解決油田污水腐蝕最直接的方法即為防腐材料的使用,以涂層的方式避免鋼材與腐蝕性污水的直接接觸。以大慶石化公司水氣廠污水車間為例,其管線防腐使用到了環氧樹酯三布五油、TO樹脂、環氧煤瀝青;水池防腐使用到了環氧玻璃鋼+濕表面涂料、WHJ 特種防腐涂料+濕表面涂料、聚脲涂層、內襯并固定HDPE(塑料) 薄板;容器防腐采用了環氧玻璃鱗片、環氧玻璃鋼或采用不銹鋼以及非金屬材質(環氧玻璃鋼、橡膠襯里);動設備配件材質選用耐腐蝕的不銹鋼等材質,外殼刷漆防腐。

  2.3 藥劑的投加

  油田污水防腐應用中,使用的藥劑主要包括進行緩蝕劑和殺菌劑。其中緩蝕劑主要用于減小鋼材的腐蝕速率,殺菌劑用于抑制微生物的生長。在實踐中,也有油田污水處理站將二者制成復合配方進行使用,如濱二污水站使用的改性咪唑啉衍生物殺菌型緩蝕劑。這種緩蝕劑含有N、P、S等元素,并添加了小分子胺類化合物,一方面咪唑啉型藥劑能起到緩蝕的作用,另一方面小分子胺類化合物具有殺菌作用。

  2.4其他方法

  為增加金屬的耐腐蝕性,可調整碳鋼和低合金鋼的成分,甚至采用非金屬材料、高分子材料替代。在條件允許的情況下,可采用外加電流陰極保護或采用犧牲陽極保護等措施。

  3、結語

  為解決油田污水對管線和設備造成的腐蝕問題,應首先對造成腐蝕的因素進行分析,找出關鍵成因。在影響腐蝕因素較多的情況下,可采取灰色關聯理論進行分析,確定最主要的問題,以便采取更有針對性的措施。一般地,在管線布設及設備選用的初期,就應該使用防腐材料做好防腐設計。在運輸和處理設施運行的過程中,應注意進行緩蝕劑和殺菌劑的使用,以避免微生物造成的腐蝕及腐蝕進一步加重。總之,對油田污水運輸和處理過程中出現的腐蝕,應引起足夠的重視,以保證石油開采的正常進行。

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