林金寶(福建省石油化學工業(yè)設計院,福建 福州 350001)
某石化公司污水處理場用于調節(jié)污水池的濃硫酸加注管道經常泄漏,其泄漏位置難以判定。此管線于上世紀九十年代投用,基于廠內布置位置,為了減少管道使用量以及不用跨越道路搭行架,設計時采用埋地方式。每次更換局部管道時,發(fā)現泄漏量已經很大,對土壤和周邊環(huán)境造成極大污染。近幾年,其統(tǒng)計泄漏頻率逐年增高,嚴重影響正常操作。為了查清可能的泄漏原因,徹底解決和減少泄漏,減輕污水處理場不必要負擔,根據工藝現狀特點和現場實地考察,以及結合泄漏點位置進行討論分析。
管道介質:濃硫酸,質量分數為98%。管道操作壓力為1.5MPa,溫度為常溫。管道公稱直徑為DN50,管道材質為20#碳鋼,法蘭連接,運行方式為高頻率間接輸送。管道沿道路邊緣埋地約30cm深。
根據管道設計選材,輸送濃硫酸可選用20#號碳鋼,是由于98%的濃硫酸對管道內壁表面發(fā)生鈍化反應,從而形成一層有效的保護膜,運輸濃硫酸的罐車的罐體就可用碳鋼材質。但是對于一定流速的稀硫酸管道,20#號碳鋼是不適用的,其低濃度的硫酸是完全可以通過電化學方式腐蝕20#碳鋼。
從現場檢查管道外觀,位于泵出口和注入點這兩段管道,處于地面架空的位置,外觀沒有明顯腐蝕且沒有出現泄漏。管道穿過道路下的部分,原設計時管道外增加套管,套管外為混凝土的幾小段管道,也存在泄漏,泄漏點相對于其它埋地管道明顯比較輕。至于其它埋地管道,存在無規(guī)律不同點位出現泄漏(見圖1),特別是草坪下的埋地管道,埋地土質松軟(見圖2),其外觀腐蝕嚴重,此處的埋地管道每年都要更換局部管段3~5次。
圖1 無規(guī)律不同點位出現泄漏
圖2 埋地土質松軟腐蝕嚴重
由于此管道是將98%濃硫酸加注到污水中,來調節(jié)污水的pH值等工藝參數。而污水的pH值等成分不穩(wěn)定,直接造成98%濃硫酸所加的物料量不穩(wěn)定。在一定的周期內,存在部分時間停用此管道。根據濃硫酸可選用20#號碳鋼的機理,是靠管道內壁形成的保護膜。頻繁起泵加注的工藝工況,造成管道內壁形成保護膜—沖刷掉—再形成保護膜—再沖刷掉,從而加快管道的腐蝕。
此管道投用于二十世紀九十年代初,使用至今,已經超時限使用,雖然局部管段油更換。自十來年前更換泄漏管道后,更換局部管道段的頻率越來越頻繁。從現場更換管道施工來看,在施工隊挖開土層后。通過直接焊接或法蘭連接方式更換部分泄漏管道段,之后在管道外壁刷上防腐涂料后,使用挖開的土壤直接回填。由于管道地處開放區(qū)域,所泄漏出來的濃硫酸在雨水的稀釋下,與土壤混合在一起,形成含稀硫酸的土壤。參考相應的技術機理,含稀硫酸的土壤對碳鋼管道外壁的腐蝕是極其致命的。
在施工時,由于施工人員在涂刷防腐涂料,沒有徹底全面清除管道上的浮土,還出現少量點位沒有涂刷到。這進一步,造成缺少涂料保護的管道外壁被含稀硫酸的潮濕土壤腐蝕,形成點狀泄漏孔。在回填土壤時,土壤出現蓬松并沒有壓實,這給局部增加出現滲水滲酸。從而造成此段管道腐蝕泄漏,進而此段管道段頻繁更換。
從現場查看,此埋地管道靠近道路,離道路邊緣在30~60cm。管道埋地的深度大致30cm,部分管道露出地面。污水場的介質成分難以明確,且此場已投用近三十年,維修頻繁,通過道路運輸設備部件的車輛不少。在車輛通過時,明顯看到露出地表部分管道出現振動,埋地管道也存在小幅度振動,這振動如同碳鋼管道在稀硫酸中外加攪拌,腐蝕速度迅速加快,這對管道外壁的腐蝕造成嚴重的影響。
此管道腐蝕的原因為:管道內硫酸為間接輸送,管道內壁經常沖刷;早期泄漏的硫酸污染的土壤,在后期更換管線時,被用來回填,與土壤滲水結合,對管線外壁造成稀酸腐蝕;管線靠近道路通道,車輛運行造成管道震動,加快了腐蝕。
基于此98%濃硫酸輸送管線工況情況,調節(jié)操作閥參數,要求控制閥慢開,盡可能減少管內流體對管道內壁的沖刷。其次,將發(fā)現的泄漏點周邊土壤挖開外移處理,更換新土壤;或者在土壤里摻雜石灰,改良局部土質。在施工時,應派專業(yè)人員監(jiān)督,確保施工水平到位。對管線進行深埋和遠離道路,以此減輕道路車輛對埋地管道振動的影響。
當然,還可以改埋地管道為架空明線,從投資方面來看,架空明線剛投入時,由于管道使用長度比原來長,還需要增加跨道路管架,進而出現成本高。但同時也存在便于維護,檢查泄漏點,也減少管道外壁腐蝕,利于保護土壤。