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《石油化工應用雜志》2014年第五期

1污水處理系統管線腐蝕研究

1．1污水管線內襯層腐蝕原因分析

1．1．1污水管線內襯層的腐蝕破壞形式對現場采集的污水管線漏點部位進行解剖，發現污水管線的腐蝕破壞形式特點十分明顯：除了內襯不銹鋼焊縫處施工存在問題，管線其它部分腐蝕破壞首先開始于管內不銹鋼耐蝕層的局部穿透性腐蝕，然后導致基層碳鋼的局部腐蝕，直至產生厚度方向的穿透性破壞。無一例外，污水管道的破壞均源于內襯層的局部穿透性破壞。

1．1．2污水管線內襯層腐蝕機理分析對污水管線內介質成分進行了檢測，結果（見表4），由表4看出，含醇污水水型為CaCl2，污水中含有大量的氯離子。氯離子的存在可以對不銹鋼的鈍態起到直接的破環作用。結論：污水管線焊縫處內襯層失效的主要原因是內襯不銹鋼管線焊縫處未熔合或焊穿造成；其它部分失效主要原因是氯離子引起的腐蝕。

1．2污水管線基層材料浸泡試驗研究

1.2.1基層金屬的微觀組織在管線的基體材料上切割試樣，通過打磨、拋光、腐蝕等，得到了試樣的典型金相組織（見圖11、圖12）。從圖11、圖12中的典型組織照片可以判斷，污水管線基層組織由鐵素體+珠光體組織，從其相對量上可以判斷，基層為20#鋼。以20#鋼為基層的污水管線，其對污水的抗蝕主要來源于內襯層的抗蝕性，基層金屬主要起到增加結構強度作用。為了了解內襯層破壞后基層對污水的抗蝕性，本研究進行了基層金屬的浸泡試驗研究。

1．2．2浸泡試樣的制備試樣的形狀和尺寸根據GB10124-1988標準進行，設計試樣為板狀試樣。在管線上取樣時，從管線截面中沿縱向切取。根據腐蝕試驗對試驗表面粗糙度的要求，首先將加工好的試樣用金相砂紙或水磨，砂紙依次從600#、800#、1000#、1500#逐級打磨，將試樣表面打磨平整、光亮達到進行腐蝕試驗的標準。處理完成的浸泡試樣（見圖13）。

1．2．3試驗過程及檢測方法為了能夠清楚的觀察到腐蝕的全過程，試驗中采用透明的玻璃試劑瓶作實驗容器。試驗在室溫下進行，根據實驗設計方案以及實驗過程中的實際觀察，同時為了使實驗所得數據更為精確，污水管線的腐蝕浸泡試驗周期定為40天（960h）。

1．2．4浸泡試驗結果處理前，試樣上半部分呈黃褐色，沿試樣高度方向向下，黃褐色逐漸退去，且程度不一。處理后，腐蝕產物被完全清除，試樣表面比較粗糙，大部分呈灰色（見圖14）。污水管線試樣在不含醇污水中的腐蝕測量結果（見表6）。經過計算，其平均腐蝕速率（深度法）為0.606mm/a。根據《鋼制管道內腐蝕控制標準》（SY/T0078-93）和《鋼制管道及儲罐腐蝕控制工程設計規范》（SY/0007-1999）標準，污水管線基層在不含醇污水中的腐蝕均超過0.254mm/a，屬嚴重腐蝕。

1．3pH值對腐蝕的影響

1．3．1pH值對均勻腐蝕的影響20#鋼在除氧與未除氧的不同pH值污水中的均勻腐蝕速度（見圖15）。從圖15看出：隨著污水pH值的升高，兩種污水體系中腐蝕速率均逐漸降低；pH值相同時，碳鋼在除氧污水體系中的腐蝕速率要明顯低于含氧污水體系中的腐蝕速率。

1．3．2pH值對縫隙腐蝕的影響從掛片失重結果看，隨著pH值的升高，均勻腐蝕速度逐漸下降。縫隙腐蝕失重實驗結果表明，當pH值在8以下時較輕，當pH值達到9時，碳鋼腐蝕失質量增加了1倍以上（見圖16），圖16中存在著一個臨界的pH值，低于此值，縫隙腐蝕不嚴重，高于此值，嚴重。此臨界pH值約為8.5。

1．4回注泵震動加劇了回注系統管線失效

回注系統管線失效次數為84次，占據了污水管線失效次數157次一半以上。回注系統管材與污水管線管材相同，震動較大，回注泵進口、泵頭、出口震動值達到3mm/s、7mm/s、9mm/s，加劇了管線失效。

2污水回注井井筒腐蝕機理研究

蘇里格氣田總共污水回注井19口，目前每天回注污水量大約3500m3左右，主力回注層位長2（長1備用），回注污水礦化度一般較高，除含有大量氯根外，還含有硫化物、Ca、Mg等物質，水質復雜，腐蝕性較強。

2．1回注井腐蝕狀態檢測結果2011年，第三采氣廠委托中國石油測井有限公司生產測井公司對第一處理廠WSQ-W4、WSQ-W7回注井運用MID-K進行了油套管探傷檢測，解釋結果表明在413.0m處和767.40m處壁厚減薄明顯。圖17、圖18測井曲線顯示從縱向探頭中區-遠區管柱的次生感應電動勢曲線（第四道畫圈的部分）看壁厚明顯減小，從成像圖看該深度段右半部顏色加深，由此判斷該處套管腐蝕非常嚴重。為了摸清套管腐蝕程度2012年第三采氣廠委托中國石油測井有限公司生產測井公司對第一處理廠WSQ-W4、WSQ-W7回注井運用精度更高的MIT/MTT組合儀器開展了套管腐蝕檢測（見圖19、圖20）。根據第三方提供的檢測結果解釋報告得知WSQ-W4井全井段普遍存在外腐蝕，其中在594.12m、645.50m、728.08m、760.41m、793.71m、830.09m、807.93m、890.75m、893.85m、896.89m、918.40m、961.70m、965.40m、969.04m、978.05m、984.02m、1128.97m、1161.63m、1182.40m、1208.86m、1209.64m、1222.20m、1232.33m、1240.98m、1268.78m等井段處外腐蝕嚴重，MIT曲線相對平滑，內腐蝕相對輕微。為此，對該兩口井的腐蝕原因進行分析和探討具有重要的實際意義。

2．2回注井油管取樣分析為了了解回注井油套管的腐蝕狀態和腐蝕類型，對受檢回注井割取部分油管管段進行腐蝕狀態和產物分析。剖解后的取樣管段油管內壁被一層黃色、均勻的腐蝕產物覆蓋；同時發現，腐蝕產物與基體的結合能力很弱，易于脫落（見圖21）。

2．2．1腐蝕產物層分析為深入了解回注井井筒的腐蝕類型，對井筒的腐蝕產物進行了成分分析，由圖譜分析所得的元素含量百分比（見表7）。從能譜分析結果來看，油管腐蝕產物中，鐵、氧元素為主要元素。從腐蝕產物的分析結果來看，油管內壁的主要腐蝕產物為氧化鐵。從腐蝕產物的分析結果可以得出：（1）腐蝕產物中無硫化物、碳酸鐵、碳酸鈣；（2）產物中未見鈣、鎂離子，但鐵離子含量較多；（3）垢樣中幾乎不含硫酸鋇。由此可以看出，第一處理廠回注井腐蝕產物以鐵銹為主，成垢離子結晶析出形成的硬垢較少，這與對污水水質的分析經過相吻合。由此可以判斷，該回注井的腐蝕以氧腐蝕為主。

2．3細菌對回注井井筒腐蝕影響細菌對污水系統的影響是很嚴重的，使污水水質嚴重變壞，造成污水管道和井筒油管腐蝕穿孔、堵塞甚至斷裂,代謝產物和腐蝕沉積物注入地層后堵塞孔道、使污水滲透率嚴重下降。在氣田污水中影響水質的主要微生物是硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）和鐵細菌（IB）。2.4結論（1）油管內壁腐蝕以氧腐蝕為主，腐蝕產物為蓬松、疏松的氧化鐵。（2）回注井油管內壁被一層黃色、均勻的腐蝕產物所覆蓋，腐蝕產物中布滿裂紋和空洞，與基體間表現出較弱的結合力。管道內壁的腐蝕具有一定的局部腐蝕特征，但宏觀上表現出整體、均勻腐蝕特征。（3）回注水中的硫酸鹽還原菌含量超標，加劇了污水回注井腐蝕。（4）污水回注井選用J55油管，抗污水腐蝕能力較差。（5）污水中pH值7左右，加劇了污水管線腐蝕。實驗表明，隨著pH值的升高，均勻腐蝕速度逐漸下降，但是當pH值大于8.5時，縫隙腐蝕開始加劇。

3污水管線腐蝕解決措施

3．1污水管材選型及性能評價目前在污水系統常用的耐腐蝕管材有金屬型、非金屬型，以及金屬和非金屬復合型三種。下面就各類管材的材質耐腐性能、連接工藝、價格等要素進行對比，優選出適合蘇里格氣田污水的管材（見表9）。通過對表9分析對比，得出以下結論：（1）從防腐性能、性價比方面考慮，C-PVC管是最佳選擇。目前在油田污水處理系統已經大規模推廣應用，2007年，首次在采油七廠白二聯站污水處理系統應用，2年時間未出現管材、接頭處腐蝕、開裂、破裂現象。2009年，油田污水處理系統大規模推廣應用，至今未出現管材、接頭處腐蝕、開裂、破裂現象。2011年，第一采氣廠污水處理系統首次使用，效果良好。2012年，第三采氣廠蘇西污水處理站開始使用，目前技術比較成熟，建議后續新建或者改擴建污水處理系統使用。（2）銹鋼管線抗氯離子腐蝕能力較差，價格昂貴，不適合蘇里格氣田污水。（3）雙金屬復合管、鋼塑復合管基管與襯管容易開裂，雙金屬復合管現場施工工藝要求非常高，不適合蘇里格氣田污水。

3．2污水回注管線管材優選及性能評價結論：液力柔性復合軟管與玻璃鋼管線均能滿足回注水管線要求，適合于長距離管輸污水使用。目前，兩種材質管線現場應用效果良好，未出現破損。

3.3污水回注井井筒油套管管材優選及性能評價目前采氣三廠回注井所用套管材質為J55抗腐蝕能力較差，滲氮油管在國內其它油田污水回注井上使用并取得較好效果。滲氮油管是在油管表面井工藝處理后形成一層厚十幾微米的氮化層和擴散層，對腐蝕介質的侵蝕有很好的防護作用，具有耐溫、耐壓、防腐性能好的特點，勝利油田東辛采油廠污水掛片實驗情況（見表11），該表顯示滲氮油管平均腐蝕速率較普通油管低5倍以上，使用滲氮油管會大大延長回注井管柱的有效使用年限。

3．4加藥優化（1）優化氫氧化鈉加藥制度，pH控制在8～8.5。（2）開展污水藥劑配伍優化實驗，優選殺菌劑及加注比例，嚴格控制污水中硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）和鐵細菌（IB）含量。（3）開展緩蝕劑配伍優化實驗，緩減井筒油套管腐蝕。

3．5解決震動問題（1）保證現場施工作業中工藝管線橫平豎直，尤其是機泵進出口法蘭不能憋勁。（2）回注泵前后埋地管線用大型混凝土塊固定，減少由于回注泵震動引起的管線震動。（3）調研既能滿足現場生產工藝，震動又小的機泵。（4）蘇里格第四天然氣處理廠回注泵增設變頻器，當運行在低頻率下時，回注泵進口振動值、回注泵封頭振動值、回注泵出口振動值明顯降低，有效避免由于震動引起管線的失效。

4結論

（1）根據《鋼制管道及儲罐腐蝕控制工程設計規范》（SY/0007-1999）和《鋼制管道內腐蝕控制標準》（SY/T0078-93）的有關規定及判定標準：污水管線在非含醇污水中的腐蝕均屬于嚴重腐蝕。（2）污水處理系統腐蝕產物中以鐵、氧元素為主，腐蝕產物為蓬松、疏松的氧化鐵，沿著腐蝕產物的厚度方向，Fe元素和O元素的含量變化不大，污水處理系統腐蝕屬于氧腐蝕。（3）污水處理系統管材優選：污水管線選用CPVC管材、污水回注水管線選用高壓柔性復合軟管、污水回注井井筒選用滲氮油管。（4）優化氫氧化鈉加藥制度，pH控制在8~8.5，不僅滿足氣田污水《氣田水回注方法》（SY/T6596-2004）中規定pH控制在7～9，同時，pH控制在8～8.5，碳鋼管線的均勻腐蝕與縫隙腐蝕是最小的。（5）開展污水藥劑配伍優化實驗，優選殺菌劑及加注比例，嚴格控制污水中硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）和鐵細菌（IB）含量。（6）開展緩蝕劑配伍優化實驗，緩減井筒油套管腐蝕。（7）加強回注系統現場施工管理，提高工藝安裝水平，同時，增設變頻器，緩減回注泵震動引起的管線失效。

作者：李亮亮項明杰任越飛單位：西安石油大學中國石油長慶油田分公司第三采氣廠