油田污水腐蚀与防护

油田污水腐蚀与防护
一、油田污水中金属腐蚀的影响因素
影响因素很多，概括起来分为：化学因素，物理因素，生物因素。

1、pH值
污水的pH值对金属腐蚀腐蚀的影响速度的影响，取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对pH值的依赖关系。

2、阴离子
金属的腐蚀速度与水中阴离子的种类有密切关系。

增腐排序：NO3－<CH3COO－<SO42－<Cl－<ClO4－
3、络合剂
络合剂又称配体。

污水中常遇到的络合剂：NH3、CN－、EDTA、ATMP
络合剂的作用：与水中的金属离子（如铜）生成可溶性的络离子（配离子），使水中金属离子的游离浓度降低，金属的电极电位降低，加快金属的腐蚀速度。

4、硬度
定义：污水中钙离子和镁离子浓度之和称为硬度。

钙、镁离子浓度过高时，会与水中的碳酸根、磷酸根或硅酸根作用，生成碳酸钙、磷酸钙和硅酸镁垢，引起垢下腐蚀。

5、金属离子
碱金属离子（钠离子、镁离子等）
对金属和合金的腐蚀速度无明显或直接的影响。

重金属离子（铜、银、铅等）
在水中对钢、铝、镁、锌常见金属起有害作用。

作用形式：
通过置换作用，以一个个小阴极的形式析出在比它们活泼的机体金属表面，形成一个个微电池，引起基体腐蚀。

铁离子
酸性溶液中，Fe3＋是阴极反应加速剂。

中性溶液中， Fe2＋可抑制钢和铜合金的腐蚀。

锌离子
在水中対钢有缓蚀作用，锌盐广泛用作缓蚀剂。

6、溶解气体
（1）氧
氧的作用：在中性水中，对一些金属的腐蚀起着重要作用。

在腐蚀的金属表面，氧是去极化剂促进腐蚀，有时是氧化性钝化剂抑制腐蚀。

氧对水腐蚀的影响随金属而变：
钢铁
低碳钢的腐蚀速度随水中氧含量的增加而加快。

铜和铜合金
铜合金在水中的腐蚀速度较低。

软水中，氧和二氧化碳含量高时，使铜的腐蚀速度增加。

铝
水中的氧对铝不是腐蚀促进剂。

（2）二氧化碳
CO2溶于水，生成碳酸或碳酸氢盐，使水的pH值下降，有助于氢的析出和金属表面膜
的破坏。

无氧存在时，会引起钢和铜的腐蚀，但铝不腐蚀。

（3）硫化氢
会加速钢和铜的腐蚀，但对铝无腐蚀性。

（4）二氧化硫
会降低水的pH值，增加水对金属的腐蚀。

（5）氯
氯在水中水解生成盐酸和次氯酸，增加水的腐蚀性；
生成的氯离子能促进金属的局部腐蚀。

7、浓度
在非氧化性酸中，多数金属随酸浓度的增加腐蚀加剧；
在氧化性酸中，随浓度的增加，金属腐蚀速度有一个最高值，当浓度超过一定数值后，金属表面生成保护膜，腐蚀速度下降。

8、悬浮固体
当水流速降低时，污水中的泥土、砂粒、尘埃、腐蚀产物、水垢等不溶性物质组成的悬浮物，易生成稀松的沉积物形成垢下腐蚀；
当水流速过高时，悬浮物使金属产生磨损腐蚀。

9、流速
有氧存在时：
水流速较低时，腐蚀速度随流速增大而增大；
水流速足够高时，足够的氧使金属全部钝化，金属的腐蚀速度下降。

继续提高流速，水对金属的冲击作用会破坏金属的钝化膜，金属的腐蚀速度将重新增大；超高速的流体设备中，会引起空泡腐蚀。

10、电偶
当两种不同金属在污水中接触时，会形成电偶腐蚀。

11、温度
通常，金属的腐蚀速度随温度的增高而增大。

敞开式容器中，金属的腐蚀速度有一个最大值，当温度超过某一值时，腐蚀速度随温度的升高而下降；
密闭容器中，金属的腐蚀速度随温度的升高而增大。

12、细菌（与腐蚀有关的细菌）
粘液异养菌（本身不直接引起腐蚀）
油田水系统中数量最多的一种有害菌。

产生一种胶状的、粘性的或粘泥状的附着力很强的沉积物，影响杀菌剂、阻垢剂的作用，并使金属表面形成差异腐蚀电池而发生垢下腐蚀。

铁细菌
包括嘉氏铁杆菌、球衣细菌等，特点：
A、在含铁的水中生长；
B、通常被包裹在铁的化合物中；
C、生成体积很大的红棕色沉积物；
D、铁细菌是好氧菌，但也可以在氧含量小于0.5mg/l的环境中生存。

腐蚀影响：
铁细菌将水中的亚铁离子转化为不溶于水的Fe2O3的水合物。

铁细菌产生的锈瘤使钢铁表面形成氧浓差电池，并且从阳极区除去亚铁离子，使钢的腐蚀速度增大。

硫酸盐还原菌
在有氧或缺氧的状态下用硫酸盐中的氧进行氧化还原反应而得到能量的菌群。

存在场所：油井、管道等厌氧性有机物聚集的地方。

腐蚀机理：将水中的硫酸盐还原为硫化氢，引起腐蚀。

对腐蚀的影响后果：腐蚀速度惊人，引起的孔蚀的穿透
速度大约是1.25~5.0mm/a，即使在某些缓蚀剂作用下仍能使金属迅速穿孔。

产酸细菌
A、硫化细菌——将水中的氨转化为硝酸；
B、流杆菌——将水中的硫化物转化为硫酸
二、石油地面工程的防腐蚀方法
1、正确选用金属材料
不同使用场所的钢材选择
注意材料的相容性
尽量采用电极电位相近的金属材料相搭配。

耐大气腐蚀的低合金钢
2、合理设计金属结构
减小焊接时产生的热应力和残余应力；
减小溶液的停滞和积聚；减小局部过热；
减小应力集中；减小溶液对器壁的冲击速度
减少弯头，增大曲率半径，减少死角。

3、非金属材料的应用
非金属材料具有优良的耐腐蚀性能。

无机材料：各类天然岩石，如大理石、白云石等
人造硅酸盐材料：辉绿岩铸石，玻璃，陶瓷，搪瓷
有机材料：高分子化合物，如塑料，塑脂等
石油地面工程中应用较多的是有机材料和玻璃钢。

玻璃钢在油田的适用：污水处理系统的玻璃钢管道、阀件、各种衬里等。

玻璃钢的特点
比强度高
有优良的耐腐蚀性能
有良好的耐热性
环氧玻璃钢可用温度<90～100℃（石油工业中使用较多）；
酚醛玻璃钢可用温度<120℃；
呋喃玻璃钢可用温度<190℃；
聚酯玻璃钢可用温度<90℃；
有良好的工艺性能
有良好的电绝缘性能，覆盖层电阻大于108Ω·m2
弹性模量低，抗老化性能和耐磨性能较差
4、覆盖层防护
将金属表面与介质隔开——防止腐蚀的普遍措施
A、管道用覆盖层材料
常用的管道外壁的覆盖材料：
石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶粘带、聚乙烯、环氧
粉末等材料。

常用的管道内壁的覆盖材料：
水泥砂浆、各类涂料、橡胶、玻璃钢衬里等。

B、储罐内外壁覆盖层材料
各类防腐涂料、金属粉末、水泥砂浆、橡胶、玻璃钢、砖板衬里等。

5、采用缓蚀剂
6、腐蚀介质的处理
主要指对腐蚀介质进行机械的、化学的、生物的处理，降低介质的腐蚀性。

A、脱除介质中的氧、二氧化碳、硫化氢等有害气体；
B、杀灭硫酸盐还原菌及铁细菌等有害菌；
C、提高水的pH值。

7、阴极保护
目前国内外公认的经济、有效的防腐措施。

（1）外加电流阴极保护
（2）牺牲阳极
材料：镁基合金，铝基合金，锌基合金
8、排流保护
排流保护的对象
埋地金属构筑物
直流排流保护
阳极区稳定的：应采用直流排流。

正负极性交变时：应采用极性排流。

阳极区比较复杂时：上述两种效果
都不能取得预期效果，应采用强制排流。

交流干扰的防护
与交流干扰源保持足够的距离。

静电场干扰的防护
接地电池，晶体管保护器
场电场干扰的防护
提高防腐绝缘等级；
在干扰源与金属构筑物之间设置绝缘隔板；
在干扰源与金属构筑物之间设置导体屏蔽栅。

磁干扰的防护
直接排流；
负电位排流
隔直排流：即在排流回路中，串入阻隔直流电流元件，有阴极保护的管道可采用。