碳鋼管道在線循環(huán)酸洗鈍化及質(zhì)量控制

胡　偉，王超峰，高　棟中國石油天然氣第七建設(shè)公司，山東青島　266300

?

碳鋼管道在線循環(huán)酸洗鈍化及質(zhì)量控制

胡偉，王超峰，高棟
中國石油天然氣第七建設(shè)公司，山東青島266300

摘要：金屬管道安裝產(chǎn)生的銹垢、毛刺和機(jī)械雜質(zhì)，通常易導(dǎo)致運(yùn)行的工業(yè)產(chǎn)品（裝置）發(fā)生管道堵塞或機(jī)器、閥門、儀表等設(shè)施損壞等事故，管道系統(tǒng)投用前會采取人工清掃、水沖洗、壓縮空氣吹掃或化學(xué)清洗的方式中的一種或多種清潔。結(jié)合大型發(fā)電機(jī)組燃料（燃油/燃?xì)猓┹斔吞间摴艿赖幕瘜W(xué)清洗實例，闡述簡便、有效的在線酸洗鈍化工藝實施的方法和控制要點(diǎn)，為同類工程降本增效和資源消耗量提供數(shù)據(jù)參考，并為產(chǎn)品運(yùn)行周期穩(wěn)定、使用壽命延長發(fā)揮積極作用。

關(guān)鍵詞：碳鋼管道；在線酸洗鈍化；質(zhì)量控制

1　概述

某項目增配總?cè)萘?臺×6.5 MW芬蘭瓦錫蘭（Wartsila）燃油發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組生產(chǎn)11 kV并升壓至33 kV的電能外輸，可滿足油田擴(kuò)容開采和集輸?shù)膭恿π枨蟆Ｈ剂陷斔凸艿啦馁|(zhì)為A106及20#鋼，總長約4 910 m，需徹底清除管道內(nèi)金屬銹垢、毛刺和機(jī)械雜質(zhì)，以確保每臺16缸燃油（柴油/原油）發(fā)電機(jī)引擎長期、穩(wěn)定運(yùn)行。

2　酸洗鈍化作業(yè)的策劃

碳鋼管道因內(nèi)壁銹垢物、金屬毛刺或安裝產(chǎn)生的機(jī)械雜質(zhì)的存在，極大程度地破壞了工藝介質(zhì)對清潔度的要求，常規(guī)酸洗鈍化工藝的浸泡法和線外循環(huán)法僅適用于壓縮機(jī)潤滑油站、泵站及閥組等易拆裝的小型管路系統(tǒng)，而對單管較長、且以對接焊連接形式為主（設(shè)備、流量計、閥門等法蘭連接）的管道不適用。本工程發(fā)揮發(fā)電機(jī)組燃料、潤滑油輸送管道對稱布置的優(yōu)勢，對碳鋼管道進(jìn)行在線循環(huán)酸洗鈍化，解決了長管路化學(xué)清洗的作業(yè)難題，且有效避免二次裝配過程的再次污染，潤滑油燃料管道工藝流程見圖1。

2.1管道回路劃分

本工程燃料輸送系統(tǒng)單根管路最短約45 m（端口法蘭間管段端長度，下同），最長線路約140 m，為均衡回路工作量、合理配比制劑，綜合系統(tǒng)工藝流程、回路長度、排污放空要求及循環(huán)裝置設(shè)置等因素，將管道分為13個酸洗鈍化回路，各回路內(nèi)容詳見表1。

2.2酸洗鈍化介質(zhì)循環(huán)裝置

自制的酸洗鈍化介質(zhì)循環(huán)裝置由離心泵、儲液槽及閥門控制系統(tǒng)組成，用于介質(zhì)循環(huán)和過濾。為保證酸堿液與金屬內(nèi)壁充分接觸，循環(huán)裝置的設(shè)置要考慮以下因素：一是循環(huán)裝置盡量設(shè)在系統(tǒng)高點(diǎn)，便于排凈系統(tǒng)內(nèi)的空氣；二是回路進(jìn)液端優(yōu)先選擇大直徑管道；三是介質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)的流速不低于1.5 m/s。酸洗鈍化循環(huán)裝置流程示意見圖2。

圖1　發(fā)電站潤滑油及燃油管道工藝流程

表1　酸洗鈍化回路

圖2　酸洗鈍化循環(huán)裝置流程示意

2.3酸洗鈍化液配置

稀釋的鹽酸溶液與氧化皮、鐵銹（主要成分為Fe2O3和FeO）反應(yīng)生成易溶的鹽類，大大降低了工件表面殘渣清理難度，且鹽酸溶液溶解鋼鐵的速度緩慢，避免了“過度腐蝕”和“嚴(yán)重氫脆”問題的發(fā)生，介質(zhì)的操控性較好。同時，用于稀釋的工業(yè)濃鹽酸采購方便，是碳鋼管道酸洗的適用溶液，管道酸洗工序的化學(xué)反應(yīng)式：

Fe2O3+ 6HCl= 2FeCl3+ 3H2O

FeO + 2HCl= Fe2Cl+ H2O

亞硝酸鈉在弱堿性介質(zhì)環(huán)境下，易與碳鋼管內(nèi)壁表面的金屬鐵離子反應(yīng)，生成致密的四氧化三鐵膜附著在管壁上，將碳鋼金屬與水和空氣隔離。模擬現(xiàn)場工況進(jìn)行化學(xué)制劑的配制和驗證，優(yōu)化后的酸洗鈍化液配比數(shù)據(jù)見表2。

表2　酸洗鈍化液配比數(shù)據(jù)

3　碳鋼管道酸洗鈍化作業(yè)

3.1碳鋼管道酸洗鈍化作業(yè)流程（見圖3）

圖3　碳鋼管道酸洗鈍化流程

3.2酸洗鈍化作業(yè)方法

（1）拆除待酸洗鈍化管道系統(tǒng)上的設(shè)備、儀表、閥門、軟管等并妥善保管，系統(tǒng)斷開部位用鋼管和假法蘭短連，開口用盲板、管帽封閉；系統(tǒng)高點(diǎn)和死點(diǎn)部位增設(shè)必要的放空閥和排污閥；酸洗鈍化介質(zhì)循環(huán)裝置安裝完畢，確保管路系統(tǒng)符合分區(qū)或分段作業(yè)的要求。

（2）回路采用0.5 MPa壓縮空氣或1.0 MPa水壓檢查法蘭靜密封點(diǎn)有無泄漏，注水預(yù)清洗回路中殘存的機(jī)械雜質(zhì)等污物，同時檢查回路的通暢性。預(yù)清洗期間從頭至尾間歇敲擊振動管道，促使沉積物或附著物的剝離速度加快，最終以末端管口出水清亮、無雜質(zhì)為合格。

（3）按回路容積計算鹽酸用量，稀釋并分批次在清洗水循環(huán)狀態(tài)下注入儲槽，測量每批次回流口溶液pH值，待其穩(wěn)定后繼續(xù)添加酸液，直至濃酸液全部注入系統(tǒng)。要達(dá)到較好酸洗效果還需采取以下措施：一是酸洗過程敲擊管道，加快沉積物或附著物的剝離；二是間斷調(diào)整進(jìn)出口閥門開啟量，制造介質(zhì)紊流狀態(tài)；三是酸洗過程啟閉離心泵，調(diào)整介質(zhì)瞬時流量和流速；四是定時放空排污，保證酸洗液與管壁充分接觸。管道連續(xù)酸洗時間要少于6 h，回流口200目濾網(wǎng)無顯著顆粒物為合格。

（4）預(yù)先溶解的堿液分批次注入儲液槽（pH值檢查方法同上），直至回路溶液pH值顯微堿性，注意酸洗過程實時監(jiān)控各點(diǎn)管壁溫度，中和液應(yīng)低于50℃。酸液中和后，繼續(xù)向系統(tǒng)內(nèi)注入清水稀釋、置換中和液，直至回流口溶液趨于透明，無渾濁物為止，注意作業(yè)過程不能讓管路內(nèi)進(jìn)入空氣。

（5）通過注水方式稀釋回路液體，且pH = 7～8為宜。將配制好的鈍化液緩慢倒入儲液槽（亞硝酸鈉溶液快速注入易產(chǎn)生褐色有害氣體），鈍化液常溫連續(xù)循環(huán)3 h以上，回流口溶液中無顯著渾濁物和絮狀物為合格。鈍化作業(yè)期間要定時放空、排污，確保鈍化液充分接觸管壁，化學(xué)反應(yīng)充分。

（6）預(yù)鈍化膜合格后，采用清水置換、沖洗管內(nèi)鈍化液，直至系統(tǒng)回路出口的水質(zhì)清亮無雜質(zhì)為合格，排水后的管道采用壓縮空氣吹干積水，碳鋼管道酸洗鈍化合格效果示例見圖4。

圖4　酸洗鈍化的碳鋼管壁

（7）酸洗鈍化合格的管道內(nèi)壁應(yīng)無二次浮銹、點(diǎn)蝕、過洗、焊渣或其他雜質(zhì)等問題，管內(nèi)壁點(diǎn)滴硫酸銅（CuSO4），配液由藍(lán)色變?yōu)榧t色的時間不小于5 s為合格，同一檢測面上各點(diǎn)變色時間接近或相同為合格。管壁鈍化質(zhì)量滴液檢查后，用砂紙除去檢驗點(diǎn)的紅色痕跡，再用鈍化液擦拭檢驗部位。

4　質(zhì)量控制

（1）管道安裝過程的內(nèi)部清潔質(zhì)量對酸洗作業(yè)效率影響較大，嚴(yán)格做好施工過程管內(nèi)的沙土或異物清除，及時封堵管道臨時開口，采用氬弧焊進(jìn)行根焊，不使用腐蝕較嚴(yán)重的管材，酸洗前完成管道動火、電焊作業(yè)等環(huán)節(jié)的管理工作，可有效提高酸洗鈍化效率和工作質(zhì)量。

（2）酸洗鈍化回路劃分應(yīng)優(yōu)先選擇管徑相近的管段進(jìn)行串聯(lián)，回路管道的總長度不宜大于300 m，不僅能夠簡化作業(yè)回路，也便于過程的巡查。管道預(yù)清洗、酸洗過程要多次用木錘或橡膠錘從頭至尾敲打振動管道，重點(diǎn)為焊口、法蘭、變徑、彎頭及三通等部位，可加快沉積物流動和附著物剝離的速度。系統(tǒng)高點(diǎn)和死角盡可能設(shè)有放空閥、排污閥，并在作業(yè)過程間歇排污、排氣。

（3）高濃度的酸（堿）液稀釋后分批注入系統(tǒng)循環(huán)，并實時檢測系統(tǒng)溶液的pH值，避免局部溶液濃度過高腐蝕管璧，同一系統(tǒng)連續(xù)酸洗的時間不超過6 h。內(nèi)壁銹垢物較多的管道，可適當(dāng)增加酸洗次數(shù)，或采取調(diào)整進(jìn)出口閥門開啟量或啟閉泵的措施，創(chuàng)造紊流條件或提高流速，以提高管道酸洗質(zhì)量。

（4）酸洗鈍化介質(zhì)循環(huán)裝置的設(shè)計應(yīng)滿足了系統(tǒng)介質(zhì)流動、循環(huán)、過濾及回收的要求，選擇化工耐酸/堿離心泵，流量為40～60 m3/h，揚(yáng)程為100 m。系統(tǒng)回流口分期設(shè)置100目、200目不銹鋼濾網(wǎng)（見圖5）隔離沉淀物，濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠保證系統(tǒng)在循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下隨時更換、清潔。

圖5　循環(huán)裝置中不銹鋼濾網(wǎng)

（5）碳鋼管道若后期有油清洗的要求，則法蘭、管件內(nèi)壁的漆膜在安裝前必須清除，因為漆膜在酸洗鈍化工序中不能被有效清除，但在管道油運(yùn)過程極易剝離，碎片雜質(zhì)將影響管道油運(yùn)質(zhì)量的評價。

（6）預(yù)先拆除的儀表、閥門及重要部件采用手工方式清洗，待管道酸洗鈍化合格后及時復(fù)位，否則采用塑料管封、多層塑料布或金屬盲板的材料臨時封閉敞口，避免管道二次污染。

（7）碳鋼管道內(nèi)壁的四氧化三鐵膜有短期“抑制銹蝕”的能力，金屬長期在大氣環(huán)境下還將發(fā)生銹蝕反應(yīng)，因此，管道酸洗鈍化作業(yè)的時機(jī)應(yīng)選擇在系統(tǒng)油運(yùn)或機(jī)組投用前，否則管道系統(tǒng)宜采取充氮措施延長保護(hù)周期。

（8）施工單位作業(yè)前向業(yè)主及監(jiān)理遞交專項方案，方案應(yīng)明確化學(xué)液體（含廢液）種類、數(shù)量、有害性、處置辦法（廢液氧化曝氣、pH值調(diào)和、絮凝沉淀等措施）及安全作業(yè)措施。專項方案獲得批準(zhǔn)并由業(yè)主明確排放點(diǎn)后才能正式作業(yè)，嚴(yán)禁化學(xué)制劑及廢液直排。

5　結(jié)束語

本酸洗鈍化工藝具有良好的操控性、安全性及質(zhì)量穩(wěn)定性，并在多個項目中得到充分驗證，可為同類工程提高作業(yè)效率，降低管理成本和資源消耗提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］SH/T3547- 2011，石油化工設(shè)備和管道化學(xué)清洗施工及驗收規(guī)范［S］.

［2］GB 50517- 2010，石化金屬管道工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［3］GB 50235- 2010，工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范［S］.

［4］張優(yōu)近.工藝管道脫脂、酸洗與鈍化的處理與改進(jìn)［J］.安裝，2007 （3）：37- 39.

［5］何席兵.液壓系統(tǒng)管道酸洗處理工藝［J］.人民長江，2008（10）：37- 38.

Online Circulating Pickling Passivation and Quality Controlfor Carbon Steel Pipeline

HU Wei，WANG Chaofeng，GAO Dong
China Petroleum 7th Construction Company，Qingdao 266300，China

Abstract：Rust scale，burr and other mechanical impurities generated during metal pipeline installation，are easily to cause the pipeline blockage or damages of machines，valves，instruments and other facilities. Therefore，pipeline system will be cleaned by one or combined method among manpower，water flushing，air purging or chemical cleaning before being put into production. Based on the living examples of chemical cleaning for carbon steel pipeline which transport the fuel/gas for large- scale generators，this paper elaborates the simple and effective method of online acid pickling passivation technology implementation and the key points of quality control，which provide the data references for the resource consumption in similar engineering，also play a positive role in product stability and lifetime extension.

Keywords：carbon steel；online picking passivation；quality control

doi:10.3969/j.issn.1001- 2206.2016.02.014

作者簡介：

胡偉（1971-），男，山東膠州人，工程師，1998年畢業(yè)于化工部石家莊管理干部學(xué)院設(shè)備與管道安裝專業(yè)，現(xiàn)從事石油化工工程項目技術(shù)管理工作。Email：hw3396@cpscc.com.cn

收稿日期：2015- 11- 10