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集氣站污水處理裝置腐蝕規(guī)律及防護(hù)措施研究*

2022-02-13 07:36劉亞鋒
能源化工 2022年6期
關(guān)鍵詞:集氣站礦化度緩蝕劑

劉亞鋒

(陜西威能檢驗咨詢有限公司,陜西西安 710075)

隨著我國各大油氣田逐漸進(jìn)入高含水開發(fā)階段,油井和氣井的采出液中含水量大幅增加,給油氣集輸處理工作帶來了更多的困難[1-3]。集氣站主要承擔(dān)對氣井采出的天然氣進(jìn)行收集、降壓、計量、預(yù)處理以及加熱等處理工作。從氣井采出的天然氣通常含有一定量的凝析油、水以及其他固相雜質(zhì)等,對于部分含水率較高的氣井,集氣站中會收集大量的污水,該類污水中含有較多的鹽類物質(zhì)、固相雜質(zhì)、化學(xué)藥劑以及細(xì)菌等微生物,需要對其進(jìn)行處理后才能回收利用或者外排[4]。集氣站污水處理裝置因長期接觸污水,會對金屬設(shè)備產(chǎn)生一定的腐蝕,影響設(shè)備的使用壽命和污水處理效率,因此,研究污水對水處理裝置的腐蝕規(guī)律,并提出腐蝕防護(hù)措施建議,對提高集氣站污水處理裝置的運行效率具有較重要的意義。

根據(jù)前期資料調(diào)研及分析結(jié)果,污水對處理設(shè)備及管道的腐蝕影響因素主要包括污水礦化度、pH值、溶解氧含量、二氧化碳含量、硫化氫含量以及細(xì)菌含量等。西部某集氣站平均日產(chǎn)水約500 m3,污水處理裝置已接近滿負(fù)荷運行,隨著污水產(chǎn)出量的持續(xù)增加,污水對處理裝置的腐蝕風(fēng)險越來越大。筆者以目標(biāo)集氣站儲水罐中的污水為研究對象,通過室內(nèi)試驗,考察了不同影響因素對儲水罐Q235鋼材腐蝕速率的影響,并提出涂覆環(huán)氧樹脂涂層以及添加緩蝕劑等防腐蝕措施建議,為該集氣站污水處理裝置的高效運行提供一定的技術(shù)支持和參考。

1 試驗部分

1.1 主要試驗材料及儀器

試驗用污水取自集氣站污水處理流程中的儲水罐,具體離子組成見表1;試驗用鋼片材質(zhì)為Q235鋼;濃鹽酸、氫氧化鈉、硫化鈉,均為分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;高純二氧化碳?xì)怏w(φ≥99.999%)、高純氧氣(φ≥99.999%),成都宏錦化工有限責(zé)任公司;高性能緩蝕劑HS-1(有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.5%),實驗室自制;環(huán)氧樹脂涂層(w≥80%),河北晟財環(huán)保設(shè)備有限公司。

表1 污水試樣離子組成

GWF-1型腐蝕掛片反應(yīng)釜裝置的主要設(shè)備包括高溫高壓反應(yīng)釜、熱電偶、溫度顯示裝置、安全閥門、高壓閥門管件以及鋁合金支架等,海安縣石油科研儀器有限公司。

1.2 試驗方法

室內(nèi)采用靜態(tài)掛片失重法對集氣站污水處理裝置中儲水罐鋼材的腐蝕速率進(jìn)行評價,將鋼片統(tǒng)一加工成尺寸為50 mm×25 mm×2 mm的掛片,腐蝕速率的計算方法參照J(rèn)B/T 7901—1999《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》,腐蝕試驗時間均為72 h,試驗用腐蝕介質(zhì)均為集氣站污水處理現(xiàn)場污水(其中考察溶解氧、二氧化碳以及硫化物對腐蝕速率的影響時,通過引入氧氣、二氧化碳或者硫化鈉來配制相應(yīng)的污水)。腐蝕防護(hù)措施研究中防腐涂層的制備方法參照GB/T 1727—2021《漆膜一般制備法》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 污水處理裝置腐蝕影響因素研究

2.1.1 污水礦化度的影響

在污水pH值為7.0,溶解氧質(zhì)量濃度為0.1 mg/L,二氧化碳質(zhì)量濃度為5 mg/L,硫化物質(zhì)量濃度為20 mg/L,試驗溫度為25 ℃試驗條件下,考察了污水礦化度對腐蝕速率的影響,結(jié)果見圖1。

圖1 污水礦化度對腐蝕速率的影響

由圖1可見:隨著污水礦化度的不斷升高,腐蝕速率逐漸增大,當(dāng)污水的礦化度由5 029 mg/L升至51 027 mg/L時,腐蝕速率由0.338 mm/a增至1.874 mm/a。這是由于礦化度的升高會使污水溶液的電導(dǎo)率增大,加快了電荷的運移速率,使電化學(xué)反應(yīng)加劇,有利于腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行;另外,礦化度較高時污水容易結(jié)垢,易對金屬鋼材表面產(chǎn)生局部結(jié)垢腐蝕,進(jìn)一步加劇了腐蝕反應(yīng)進(jìn)程。

2.1.2 污水pH值的影響

在污水礦化度為32 051 mg/L,溶解氧質(zhì)量濃度為0.1 mg/L,二氧化碳質(zhì)量濃度為5 mg/L,硫化物質(zhì)量濃度為20 mg/L,試驗溫度為25 ℃的條件下,考察了污水pH值對腐蝕速率的影響,污水的pH值使用鹽酸或氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)節(jié),結(jié)果見圖2。

圖2 污水pH值對腐蝕速率的影響

由圖2可見:隨著污水pH值的不斷升高,腐蝕速率呈逐漸減小的趨勢。當(dāng)污水pH值為3時,腐蝕速率高達(dá)2.337 mm/a,當(dāng)污水pH值升至10時,腐蝕速率則降低至0.369 mm/a。這是由于溶液的pH值越低時,其中的氫離子含量較多,導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)的還原性較強(qiáng),腐蝕速率增大;當(dāng)水溶液的pH值越高時,其中的氫離子含量就越少,腐蝕速率隨之下降。

2.1.3 溶解氧質(zhì)量濃度的影響

在污水礦化度為32 051 mg/L,污水pH值為7.0,二氧化碳質(zhì)量濃度為5 mg/L,硫化物質(zhì)量濃度為20 mg/L,試驗溫度為25 ℃的條件下,考察了污水中溶解氧質(zhì)量濃度對腐蝕速率的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 溶解氧含量對腐蝕速率的影響

由圖3可見:隨著污水中溶解氧質(zhì)量濃度的不斷升高,腐蝕速率逐漸增大。當(dāng)污水中溶解氧質(zhì)量濃度為0.4 mg/L時,腐蝕速率可由不含溶解氧時的0.915 mm/a增至1.979 mm/a。這是由于污水中存在溶解氧時,容易對金屬鋼材表面的電化學(xué)腐蝕起到較強(qiáng)的促進(jìn)作用,并且溶解氧含量越高,腐蝕促進(jìn)作用就越強(qiáng)。

2.1.4 二氧化碳質(zhì)量濃度的影響

在污水礦化度為32 051 mg/L,污水pH值為7.0,溶解氧質(zhì)量濃度為0.1 mg/L,硫化物質(zhì)量濃度為20 mg/L,試驗溫度為25 ℃的條件下,考察了污水中二氧化碳質(zhì)量濃度對腐蝕速率的影響,結(jié)果見圖4。

圖4 二氧化碳含量對腐蝕速率的影響

由圖4可見:隨著污水中二氧化碳質(zhì)量濃度的不斷升高,腐蝕速率呈逐漸增大的趨勢。當(dāng)二氧化碳質(zhì)量濃度由0升至20 mg/L時,腐蝕速率可由0.419 mm/a增至2.084 mm/a,增幅較明顯。這是由于污水中的部分二氧化碳會以碳酸的形式存在,不僅會降低污水的pH值,還會促進(jìn)金屬材料表面的電化學(xué)腐蝕反應(yīng),進(jìn)而使腐蝕速率有所升高。

2.1.5 硫化物質(zhì)量濃度的影響

在污水礦化度為32 051 mg/L,污水pH值為7.0,溶解氧質(zhì)量濃度為0.1 mg/L,二氧化碳質(zhì)量濃度為5 mg/L,試驗溫度為25 ℃的條件下,考察了污水中硫化物質(zhì)量濃度對腐蝕速率的影響,結(jié)果見圖5。

圖5 硫化物質(zhì)量濃度對腐蝕速率的影響

由圖5可見:隨著污水中硫化物質(zhì)量濃度的不斷升高,腐蝕速率逐漸增大。當(dāng)硫化物含量由0升至20 mg/L時,腐蝕速率由0.319 mm/a增至2.039 mm/a。這是由于硫離子在水中水解易生成硫氫根離子和硫化氫,能與金屬中的鐵離子反應(yīng)生成硫化鐵腐蝕產(chǎn)物,而污水中硫化物的含量越高,生成的硫化鐵腐蝕產(chǎn)物就越多,腐蝕速率就越大。

2.1.6 溫度的影響

在污水礦化度為32 051 mg/L,污水pH值為7.0,溶解氧質(zhì)量濃度為0.1 mg/L,二氧化碳質(zhì)量濃度為5 mg/L,硫化物質(zhì)量濃度為20 mg/L的條件下,考察了試驗溫度對腐蝕速率的影響,結(jié)果見圖6。

圖6 試驗溫度對腐蝕速率的影響

由圖6可見:隨著試驗溫度的不斷升高,污水對儲水罐Q235鋼材的腐蝕速率逐漸增大。當(dāng)試驗溫度由20 ℃升至50 ℃時,腐蝕速率由1.201 mm/a增至2.519 mm/a。這是由于當(dāng)溫度升高時,污水中離子的擴(kuò)散速率會隨之加快,從而使金屬鋼材在污水中的腐蝕速率升高。

2.2 腐蝕防護(hù)措施研究

2.2.1 防腐涂層效果評價

按照1.2節(jié)中的方法,在Q235鋼材表面涂覆不同厚度的環(huán)氧樹脂涂層,以考察其在污水中的防腐效果。在污水礦化度為32 05 mg/L,污水pH值為7.0,溶解氧質(zhì)量濃度為0.1 mg/L,二氧化碳質(zhì)量濃度為5 mg/L,硫化物質(zhì)量濃度為20 mg/L,試驗溫度為25 ℃的條件下,試驗結(jié)果見圖7。

圖7 涂層厚度對防腐效果的影響

由圖7可見:隨著環(huán)氧樹脂涂層厚度的逐漸增大,污水對Q235鋼材的腐蝕速率迅速減小。當(dāng)涂層的厚度達(dá)到151 μm時,腐蝕速率減小至0.117 mm/a;而當(dāng)涂層厚度達(dá)到507 μm以上時,腐蝕速率則減小至0。試驗結(jié)果表明:環(huán)氧樹脂涂層對Q235鋼材的防腐效果較好,涂層厚度優(yōu)選500 μm。

2.2.2 添加緩蝕劑效果評價

在試驗用污水中添加不同質(zhì)量濃度的高性能緩蝕劑HS-1,考察其對Q235鋼材的防腐蝕效果,試驗條件同2.2.1節(jié),試驗結(jié)果見圖8。

圖8 緩蝕劑HS-1質(zhì)量濃度對防腐效果的影響

由圖8可見:隨著污水中緩蝕劑HS-1質(zhì)量濃度的不斷增大,污水對Q235鋼材的腐蝕速率逐漸減小。當(dāng)緩蝕劑HS-1的質(zhì)量濃度達(dá)到100 mg/L時,腐蝕速率降至0.016 mm/a,與空白污水相比,腐蝕速率降低了98.58%。試驗結(jié)果表明:高性能緩蝕劑HS-1對Q235鋼材的防腐效果較好,在污水中添加HS-1能夠有效降低污水儲罐的腐蝕速率,緩蝕劑HS-1的添加量優(yōu)選100 mg/L。

3 結(jié)論

1)污水處理裝置腐蝕影響因素評價結(jié)果表明:當(dāng)污水礦化度越高,溶解氧質(zhì)量濃度越高,二氧化碳質(zhì)量濃度越高,硫化物質(zhì)量濃度越高,溫度越高時,污水對儲水罐Q235鋼材的腐蝕速率就越大,而污水pH值越高,腐蝕速率則越小。

2)腐蝕防護(hù)措施研究結(jié)果表明:在儲水罐Q235鋼材表面涂覆環(huán)氧樹脂涂層能夠有效降低污水對鋼材的腐蝕速率,涂層厚度優(yōu)選500 μm左右。此外,在污水中添加高性能緩蝕劑HS-1也可以有效降低污水對Q235鋼材的腐蝕速率,緩蝕劑HS-1的添加量優(yōu)選100 mg/L。

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