稠油污水腐蝕機理研究

佘小紅 孟永彪（新疆大學，化學化工學院，新疆 烏魯木齊 830046）

稠油污水腐蝕機理研究

佘小紅 孟永彪（新疆大學，化學化工學院，新疆 烏魯木齊 830046）

為降低稠油污水腐蝕率、提升稠油污水水質(zhì)，以稠油污水處理系統(tǒng)中的腐蝕產(chǎn)物為主要研究對象，用cs系列電化學工作站，通過模擬鋼材腐蝕環(huán)境，進行動電位掃描，討論了稠油污水腐蝕機理。結果表明，在同一污水中四種陰離子對20#鋼的腐蝕程度按照S2-＜SO42-＜HCO3-＜Cl-發(fā)生變化。Cl-對20#鋼腐蝕速率明顯高于其它離子的腐蝕速率，這符合陰極腐蝕的特點。

稠油污水；腐蝕產(chǎn)物；腐蝕機理

腐蝕危害波及整個石化工業(yè)。據(jù)估計，全世界每年因腐燭而報廢的鋼鐵設備約相當于年產(chǎn)量的30%[1]。特別是在稠油污水處理系統(tǒng)中更為嚴重，為了將腐燭造成的損失減低到最低限度，對稠油污水腐蝕機理的研究顯得很有必要。

1 腐蝕機理分類

1.1 化學腐蝕機理

按照多相反應的化學動力學遵循其基本規(guī)律，即金屬材料表面的原子在介質(zhì)環(huán)境中直接與氧、酸等反應物發(fā)生氧化還原反應[2]，通常情況下在360℃時碳鋼不會直接進行腐蝕化學反應。一般金屬失去電子的氧化反應與氧化劑得到電子的還原反應在時間或空間上是同時相互進行的共軛電化學反應，金屬表面的原子產(chǎn)生的電子直接被轉(zhuǎn)移到接受體上。產(chǎn)生化學腐蝕的主要形式是氣體性腐蝕，較常產(chǎn)生化學腐蝕的實例是金屬在不導電的液體即非電解質(zhì)或干燥氣體中相互作用發(fā)生的反應[3]。

1.2 電化學腐蝕機理

電化學腐蝕機理與化學腐蝕機理存在一定的異同點，其相同之處是都是產(chǎn)生氧化還原反應引起金屬表面腐蝕反應[4]。其基本的區(qū)別是：金屬產(chǎn)生電化學腐蝕時，介質(zhì)的還原作用與金屬的氧化作用相互作用之間被完全獨立分為兩個共軛電化學反應[5]，其中發(fā)生的陽極過程中金屬表面的原子被轉(zhuǎn)移到溶液介質(zhì)中形成水合金屬離子或溶劑化金屬離子等形態(tài)，而發(fā)生的陰極過程中是金屬內(nèi)遺留下的過量電子產(chǎn)生電流將介質(zhì)中的金屬離子轉(zhuǎn)移到氧化劑上，過程中金屬與介質(zhì)溶液形成短路的原電池即腐蝕電流從而產(chǎn)生電化學腐蝕反應[6]。

2 腐蝕分析

表1為腐蝕產(chǎn)物的XRD分析結果。不同稠油污水站的腐蝕產(chǎn)物，其組成成分存在較大差異。腐蝕產(chǎn)物主要是FeCO3、針鐵礦（α-FeO(OH)）和纖鐵礦（γ-FeO(OH)）。

表1 腐蝕產(chǎn)物的XRD分析

由上述水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可知：（1）污水pH為弱堿性，不是引起腐蝕的主要原因；（2）水中Cl-、SO42-、HCO3-和S2-含量較高，陰離子是引起腐蝕的原因之一；（3）水中溶解氧的含量較高，也是增加腐蝕的原因。

3 陰離子對腐蝕速率的影響程度

主要目的是研究污水中Cl-、SO42-、HCO3-和S2-離子對腐蝕的影響大小。

試驗方法：用去離子水分別配置水樣中主要各陰離子的純?nèi)芤骸舛确謩e選擇水樣中的最高值和最低值以及中間值。進行測定交流阻抗和極化曲線的試驗，實驗在60℃條件下進行。采用弱極化區(qū)（三參數(shù)）法擬合數(shù)據(jù)計算腐蝕速率見表2。

表2 陰離子對20#鋼腐蝕速率的影響

140 0．1367 HCO3-0．1221 110 0．1203 S2-55 0．1290 0．1097 0．0905 0．3959 0．3682 0．3521混合陰離子42 20 15 3000 2500 2000

表2表明，污水中四種陰離子Cl-、SO42-、HCO3-和S2-對20#鋼的腐蝕非常明顯，S2-在20mg/L的濃度時對20#鋼就會產(chǎn)生很強的腐蝕，SO42-在60mg/L的濃度時也對20#鋼產(chǎn)生很強的腐蝕。

在同一污水中，由于四種陰離子含量有差別，Cl-濃度最高，HCO3-濃度次之，SO42-濃度再次之，S2-濃度最少。因此，在同一污水中四種陰離子對20#鋼的腐蝕程度按照S2-＜SO42-＜HCO3-＜Cl-發(fā)生變化。Cl-對20#腐蝕速率明顯高于其它離子的腐蝕速率，這符合陰極腐蝕的特點。

4 結語

本研究通過對稠油污水處理系統(tǒng)金屬腐蝕產(chǎn)物進行分析，并結合污水中可腐蝕物質(zhì)分析，可得到以下結論:

（1）污水pH為弱堿性，不是引起腐蝕的主要原因；水中Cl-、SO42-、HCO3-和S2-含量較高，陰離子是引起腐蝕的原因之一；水中溶解氧的含量較高，也是增加腐蝕的原因。

（2）在同一污水中四種陰離子對20#鋼的腐蝕程度按照S2-＜SO42-＜HCO3-＜Cl-發(fā)生變化。Cl-對20#腐蝕速率明顯高于其它離子的腐蝕速率，這符合陰極腐蝕的特點。

[1]李建忠，王海成，李寧.油氣田開發(fā)中二氧化碳腐蝕的危害與研究現(xiàn)狀[J].廣州化工，2011,39(21):21-23.

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[4]朱宗奎,葛圣松.稠油乳化降黏劑研究進展[J].石油化工腐蝕與防護,2007,24(6):5-8.

[5]萬泰力,劉可金,門秀華.大慶油田采油污水腐蝕因素分析[J].油氣田地面工程,2008,27(2):29-30.

[6]唐善法,張永祥.濮城油田一礦注水系統(tǒng)腐蝕影響因素及機理研究[J].油氣田地面工程,1997,16(5):40-42.