污水管道的防治策略

细菌在新陈代谢中产生硫化氢、二氧化碳和酸，改变管道周围的土壤环境，破坏金属表面的覆盖层，加速管道腐蚀。还有一些细菌是以管道的石油沥青防腐层作为养料,造成防腐层破坏而丧失防腐功能[10]。杂散电流的腐蚀杂散电流腐蚀是指正常电路漏失而流散于大地中的电流对管道产生的腐蚀。油田管线的杂散电流主要来源于管道两侧的高压输电变压器、抽油机、高压输电线等设备的电源接地极。杂散电流从土壤进入管道的部位为腐蚀电池的阴极区，导致金属表面涂层脱落，杂散电流从管道流出的部位成为阳极区，在此处管道遭受腐蚀。在管道阳极区绝缘层的破损处，腐蚀集中并具有强烈的破坏性[11]。大气腐蚀污水管道架空的部分易受到大气腐蚀。大气中的水蒸气在金属表面形成水膜，水膜中溶解了大气中的气体及杂质，使金属表面发生电化学腐蚀。在非潮湿环境中，管道几乎没有腐蚀现象。当相对湿度超过80％，腐蚀速度迅速加快。在不同大气湿度环境下形成的水膜厚度对腐蚀速率影响很大。在水膜很薄时，腐蚀速度主要由阳极控制，在水膜吸水润湿时，腐蚀的速度主要由阴极控制[12]。

防腐层破损引起的腐蚀

油田污水管道一直以来采用的是加强沥青防腐和阴极保护的方法。管道上的石油沥青防腐层由于受压有剥离倾向，当防腐层与管体剥离时,阴极保护电流受到屏蔽,在防腐层与管体之间形成良好的腐蚀环境[13]。当石油沥青防腐层剥离到一定程度时,地下水由破损处流入，加快了剥离过程并形成空隙，受空隙内干湿交替影响造成腐蚀。由于空隙内的地下水含有盐类物质使腐蚀加剧。管线内腐蚀原因油田采出水总矿化度较高,含有溶解氧、二氧化碳、硫化物等腐蚀性介质和大量的硫酸盐还原菌及泥砂,致使污水管道内壁发生腐蚀、结垢。化学腐蚀污水管道内除常含有一定的水分外,还有溶解氧、二氧化碳、硫化物等腐蚀性介质。它们与管道内壁发生化学作用而腐蚀管道。电化学腐蚀油田污水由于矿化度高，大量腐蚀性介质与管道内壁接触，产生电化学腐蚀。污水中的Cl-使管道发生点蚀，并在点蚀坑内形成盐酸，又加剧了蚀坑的发展。H2S能使金属材料形成硫化物应力破裂。当CO2溶解于水中时形成碳酸,会使金属发生电化学腐蚀并促进其发展[14]。硫酸还原菌造成腐蚀油田污水在密闭环境中输送，因而形成缺氧环境。大量的硫酸盐还原菌存在于这种环境，能把污水中的SO42-的S还原成S2-，产生的H2S与Fe产生反应生成黑色腐蚀产物导致水质明显恶化，使管线遭受严重腐蚀。同时，腐蚀产物与水中的成垢离子沉淀成垢，造成管道堵塞[2]。大量的硫酸盐还原菌附着在管壁上，附着的地方会出现坑蚀而穿孔，同时氢去极化与细菌同时作用导致腐蚀加剧。流速的影响由于流体的相对运动携带了高浓度的氧到达金属表面造成腐蚀。当流速增大时，氧向金属表面的扩散速度加快，腐蚀速度加快。当流速到达一定值后，氧含量增加引起金属表面钝化，腐蚀速度急剧下降。假如流速再进一步增加，金属表面的钝化层被破坏，管道弯头处由于流体高速冲刷造成冲击腐蚀，当高速流体流向改变时局部极大的冲击力造成空泡腐蚀，从而加速腐蚀[5]。输送压力随着管线输送压力增加，硫化氢和二氧化碳的分压随之增加，硫化氢和二氧化碳的溶解度相应增加，提高了管线的腐蚀速率。压力升高时，管线承压能力降低，管线容易破裂。输送压力的波动还会促进腐蚀裂纹的发育，加快了开裂速度，当氢鼓泡和裂纹扩展到临界值时管道就可能破裂,在应力和腐蚀介质的共同作用下加速了腐蚀穿孔的速度[15]。

防护对策

现又研制了双层熔结环氧粉末,提高了单层熔结环氧粉末的机械性能。经过国外对这些防腐层应用的调研和分析，对双层熔结环氧粉末防腐层给出很高的评价，其次是熔结环氧粉末防腐层和三层聚乙烯防腐层[16]。管道阴极保护管道的阴极保护通过对管道施加阴极电流使其阳极腐蚀速度降至最低。阴极保护的方法有强制电流法和牺牲阳极法。采用牺牲阳极对污水系统进行保护取得了满意的效果。当土壤或水中含有硫酸盐还原菌,并且硫酸根含量大于0.5%时,通电保护电位应达到-950mV或更负[17]。为防止阴极保护电流的流失，在管道进、出口处设置电绝缘装置。杂散电流排流保护管道的排流保护，根据扰管道的阳极区有无正负极变而采用不同的排流方式，无交变时采用直流排流保护，有交变时采用极性排流保护，情况较为复杂时采用强制排流保护。将杂散电流从扰管道排回漏泄电流的电网中，来消除杂散电流对管道的腐蚀[18]。管道内壁防护措施管道内壁防腐涂层目前国内管道内涂环氧聚氨酯、熔结环氧粉末防腐，虽然它们都是性能优良的防腐层，但是污水会腐蚀常温固化的环氧类的涂层，使涂层发生溶胀、断裂。所以要针对油田污水管道选择适用的涂层，涂料应该具有抗腐蚀性高、抗渗透性强、抗垢性好、耐水性好、耐温性好的性能。目前研究环氧树脂/改性双马来酰亚胺胶粘涂料，改性后的环氧树脂涂层耐介质性能很好，可满足油田高温高流速多相流体系腐蚀的控制需要[19]。应用非金属管道检测及研究表明：由于污水具有很强的腐蚀性，易引起管线内部腐蚀，严重时污水管道比混输管道的腐蚀速率高20～30倍，因此对于低压污水管道，在满足管道强度要求的情况下，推荐使用非金属管道。低压污水管道可以选用玻璃钢管、钢骨架复合管等材料，能够有效防止管壁内腐蚀，尽可能消除或减少穿孔现象，延长管线使用寿命[20]。缓蚀剂添加缓蚀剂是一种重要而可行的防腐手段，目前油田使用较多是咪唑啉类的缓蚀剂，该类缓蚀剂对H2S，CO2，HCl等酸性腐蚀介质有较好的抑制效果。然而复合型的缓蚀剂协同作用效果要比单一的缓蚀剂好。辽河油田石油伴生气的缓蚀剂筛选结果表明，天成化工缓蚀剂与沈阳中科缓蚀剂复配后缓蚀率可达90%以上[21]。盲目的选择缓蚀剂有可能会降低防腐效果，加速管道腐蚀，因此应根据油田污水管道具体环境筛选适合的缓蚀剂，在实际体系中应该根据具体流速情况来调节缓蚀剂浓度以达到最佳缓蚀效果。

作者：杨娜 吴明 齐浩 谢飞 单位：辽宁石油化工大学