污水处理系统防腐管材研究

摘　要：由于天然气产出污水中矿化度和Cl－离子含量很高、且pH值较低，同时还溶解有一定量的CO2等腐蚀性气体和大量的乳化油存在，使污水具有较强腐蚀性。通过对苏里格第二天然气处理厂污水处理系统污水水质研究，并对气田污水处理系统耐腐蚀金属管材综合性能评价分析，得出了合理的污水处理系统防腐管材选型。

关键词：腐蚀　氯化钙型污水　双金属复合管

一、生产污水处理系统工艺概述及管线腐蚀现状

苏里格第二天然气处理厂生产污水主要是自产生产污水和各集气站外拉污水以及每年的检修污水（其中主要为气田采出水）。外来非含醇污水、自产生产污水及检修污水混合处理后的合格污水直接回注地层，回注深度1520米。厂区生产污水主要为厂内脱油脱水、凝析油稳定等装置排放的冲洗水及化验楼排水；气田采出水主要是苏里格气田生产过程中分离出的气田污水，用汽车拉运到苏里格第二天然气处理厂进行处理回注。

1.气田污水处理工艺流程

气田污水处理工艺流程

1.1 外来不含醇污水首先进入密闭卸车装置进行沉降分离，过滤掉部分杂质；

1.2然后经过转水泵进入调节水罐进行二次沉降分离；

1.3 静置分离后，污水再经滤加压泵加压进入综合除油沉降器，在综合除油沉降器内加入絮凝剂进行除油沉降；

1.4 然后进入自动过滤装置对水中残留的杂质及油污进行过滤，过滤后进入净化罐，在净化罐入口处加入杀菌剂；

1.5 净化水罐水质化验合格后进入回注系统回注。

2.厂区污水处理流程

各单元来的生产污水，主要是自动过滤装置反冲洗水，经各个污水池、污水井汇入污水池，经过污水提升泵转至均质调节池，然后再经污水提升泵转入调节罐与外来生产污水一同经过处理后回注。

3.污水处理系统管线腐蚀现状

苏里格第二天然气处理厂污水处理系统管线绝大部分为双金属复合无缝钢管，由于材质特性、焊接工艺问题，加上污水处理系统污水水质的特性，随着运行时间的增长，污水处理系统多处管线焊缝出现砂眼破裂，造成了污水处理系统多次停运，影响了正常的生产运行。主要腐蚀特点表现为以下四点：

3.1管线腐蚀速度快，污水处理系统管线第一处腐蚀砂眼在2009年9月，而2010年11月一个月内污水处理系统管线共出现了4处腐蚀穿孔的现象，可见腐蚀发展速度之快。

3.2管线腐蚀的另一个特点就是腐蚀深度越来越大,而且穿孔频率越来越高，管线严重的腐蚀，妨碍了污水处理系统的正常运行。

3.3管线腐蚀主要部位为焊缝处。目前已对污水处理系统管线埋地管线整改6次，发现污水处理系统管线直管段腐蚀现象相对较轻，主要腐蚀部位为管线焊缝处。

3.4污水处理系统直管段腐蚀主要原因为外壁防腐不到位。在2010年11月发现的管线腐蚀冲孔现象中发现，有2处为管线外壁腐蚀层损害，造成管线腐蚀穿孔。

二、污水处理系统管线腐蚀性能研究及腐蚀因素

1.气田污水的组成性质分析

2009年10月联系西安石油大学对苏里格第二天然气处理厂非含醇污水经过现场取样进行详细分析测试，经过3个多月的数次实验，得出污水中各种离子含量的分析结果见表2-1和图2-1。

通过多次采集外来气田污水水质组成分析结果可知：

1.1污水pH值较低（6.4），污水水质呈弱酸性，增加了污水处理管线的腐蚀性；

1.2气田污水矿化度和Cl－离子含量很高，属于氯化钙型污水；

1.3站外气田污水中的铁离子含量高、变化大（41～116mg/L），导致气田污水五颜六色；

1.4污水中的悬浮固体含量高（70～120mg/L），必须进行处理，否则也会导致回注污水水质不达标。

2.腐蚀性能研究

为了研究苏里格气田第二处理厂污水处理系统的腐蚀性能，联系西安石油大学采集了污水处理系统不含醇污水，采用油田采出水用缓蚀剂性能评价方法（SY/T 5273-2000），在常压下测定不含醇污水的腐蚀速率，通过测定结果，为苏里格气田第二处理厂站内污水的腐蚀控制提供基础数据，具体测定结果见表13。污水的腐蚀程度如图5所示。从表2-2中的测定结果和图2-2腐蚀挂片外观可以看出：不含醇污水处理的腐蚀性能平均腐蚀速率为0.0354mm/a，具有较强的腐蚀倾向。

表2-2 站内污水的腐蚀性能测定结果

3.污水处理系统腐蚀因素

3.1 CO2的腐蚀作用

气田产出污水处理和回注系统中，二氧化碳腐蚀是一个重要的腐蚀因素。伴随天然气开采过程，CO2溶于产出污水中，使污水呈酸性。当然，在pH值下，在二氧化碳水介质中腐蚀要比在强酸溶液中更为强烈。这是因为

在碳酸介质中氢离子同碳酸和被溶解的CO2处于平衡，去极化作用消耗的氢离子可以靠碳酸的形式和离解水来补充，当金属表面碳酸溶液中氢离子消耗时，深层溶液的扩散便可以给予补充。

3.2溶解盐的腐蚀作用

从气田污水水质分析结果看，含有大量的溶解盐，矿化度高达17680mg/L，而且水型为CaCl2水型，位于电化学腐蚀最严重的盐含量区域，是系统腐蚀的一个重要因素。

3.3溶解氧引起的腐蚀

产出污水在收集运输和处理过程中，有可能与空气接触，使水中溶解一定浓度的溶解氧，另外，由于种种原因，碳钢表面并不是均匀，当污水与金属接触后会与金属发生电化学反应造成金属腐蚀。

3.4土壤腐蚀

土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙被空气和水充满，水中含有一定量的盐使土壤具有离子导电性；土壤物理化学性质的不均匀性和金属材质的电化学不均匀性，构成了埋地管线的电化学腐蚀条件，从而会产生土壤腐蚀。

三、污水处理系统管线腐蚀控制方法及耐腐蚀金属管材选择和性能评价

1.管线腐蚀控制方法

1.1添加缓蚀剂

所谓缓蚀剂，是指其少量加入到腐蚀介质中，从而抑制金属或合金的腐蚀破坏过程和其机械性能改变过程的物质。使用缓蚀剂有以下明显的优点：

1.1.1基本上不改变腐蚀环境，就可获得良好的防腐蚀效果；

1.1.2可基本不增加设备投资，操作简便，见效快；

1.1.3对于腐蚀环境变化，可通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果；

1.1.4同一配方的缓蚀组分有时可以同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏。

2009年10月联系西安石油大学对苏里格第二天然气处理厂非含醇污水经过现场加入缓蚀阻垢剂进行详细分析。

从表中的测定结果可以看出，添加wt-225缓蚀剂以后，含醇污水处理的腐蚀性得到了有效控制，腐蚀速率由原来的0.0354mm/a降低到0.0056mm/a，大大降低了腐蚀速率，起到保护管线的作用。

1.2管线外涂层防腐

管线外壁是由于集气管线暴露在大气或深埋在地下，主要受空气和土壤造成的电化学腐蚀。管道防腐层基本性能要求是抗潮能力强，以防止潮气钻入钢与涂层的接合面上促使涂层进一步剥离。污水管线外壁防腐层应采用三层聚乙烯夹克加强级结构防腐，总厚度应不小于2.9mm，其中环氧粉末以及胶粘剂层厚度同上；其次，现场施工是关系到各种防腐蚀措施能否达到预期防腐蚀效果的重要关节。防腐施工质量好，才能发挥防腐技术的保护作用。所以必须严格按施工规程进行施工，并按质量标准进行检查验收。防止污水管线因防腐不到位而造成的管线腐蚀穿孔现象出现。

2.耐腐蚀金属材料选择和性能评价

由于苏里格气田污水高含量氯根和弱酸性的特质，污水的腐蚀性极强，因此在输送污水的管线材质选用上，显得尤为重要。目前在排水系统常用的耐腐蚀管材有金属型（如不锈钢管、双金属复合管）、非金属型（CPVC管），以及金属和非金属复合型（钢衬塑管、不锈钢复合金属软管等）三种。下面就各类管材的材质耐腐性能、连接工艺、价格等要素进行对比，优选出适合苏里格气田污水的管材。

由表3-2可以看出，从材质防腐性能上，以上管线均能满足防腐要求，但从连接方式及价格上差异较大，可以得出以下结论：

2.1从性价比方面考虑，C-PVC管是最佳选择，但其管件连接方式为粘接，在第二处理厂使用情况不良，还需继续调研对其粘接工艺深入了解。

2.2钢衬塑管由于其管线连接处的管件需为配套同等材质，才能保证整体防腐，目前无配套材质管件，连接处防腐不能保证，因此不宜使用。

2.3金属复合软管适合安装在较长直管段或者转弯半径较大的地方，且其没有配套弯头、三通，需专门加工带法兰或丝扣的的弯头三通，污水处理系统埋地管件达150多个，最长直管段不到20米，安装工艺复杂，成本太高。同时DN50以上管线均为法兰连接，不适合埋地安装，因此污水处理系统不建议使用金属复合软管。

2.4 316L不锈钢管，防腐性能突出，单一材质焊接安装，施工方便，但其价格较高。

2.5双金属复合管秉承了不锈钢管的防腐性能，且价格较低，缺点是其焊接工艺要求较高，但目前焊接专业方面已有成熟的双金属复合管线焊接工艺技术，可以进行实践验证。

2.6液力柔性复合软管具有良好的抗拉伸和耐强度性能；抗H2S、CO2腐蚀性强；耐氯离子水性能强；良好的耐低温、抗静电、阻燃性能；防垢性能优良；柔性好、质量轻、输送流体阻力小，使用中可自由弯曲，使用寿命长。此管材在油田上广泛使用，使用效果良好。

四、结论及建议

1.经过对气田回注污水的水质分析和理论计算可知，这些污水具有较强的腐蚀倾向；在处理及回注过程中，会对金属设备和管线产生严重的腐蚀。主要原因为污水中有溶解状的CO2气体，CO2溶于产出污水中，使污水呈酸性。气田污水中的铁离子含量高、变化大，气田污水矿化度含量很高，会促进电化学腐蚀的发生。

2.气田污水所具有的高矿化度，又会促进污水处理和回注系统金属设备的腐蚀。这是造成系统金属腐蚀的又一个主要原因。

3.污水处理系统管线的腐蚀，受到污水中矿化度、pH值、溶解气（CO2、O2）浓度的直接影响。

4.通过连接方式及价格上的综合评价，得出污水处理系统改造污水管线管件更换为316L不锈钢管管件，而在于较长管段管线采用液力柔性复合软管。

5.在污水处理系统材质的问题上，建议在施工中埋地管线全部铺设管沟，便于后期漏点维修。

参考文献

[1]苏里格气田第二天然气处理厂工程总说明书[M]．2007.

[2]王勇强等.苏里格气田污水处理优化研究阶段成果.西安石油大学.2009年12月.

作者简介：周小虎（1984），男，陕西永寿人，助理工程师，主要从事天然气处理与加工方面的工作。