佘小紅 孟永彪（新疆大學(xué)，化學(xué)化工學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

稠油污水腐蝕機(jī)理研究

佘小紅 孟永彪（新疆大學(xué)，化學(xué)化工學(xué)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(duì)象，用cs系列電化學(xué)工作站，通過(guò)模擬鋼材腐蝕環(huán)境，進(jìn)行動(dòng)電位掃描，討論了稠油污水腐蝕機(jī)理。結(jié)果表明，在同一污水中四種陰離子對(duì)20#鋼的腐蝕程度按照S2-＜SO42-＜HCO3-＜Cl-發(fā)生變化。Cl-對(duì)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(diǎn)。

稠油污水；腐蝕產(chǎn)物；腐蝕機(jī)理

腐蝕危害波及整個(gè)石化工業(yè)。據(jù)估計(jì)，全世界每年因腐燭而報(bào)廢的鋼鐵設(shè)備約相當(dāng)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(yán)重，為了將腐燭造成的損失減低到最低限度，對(duì)稠油污水腐蝕機(jī)理的研究顯得很有必要。

1 腐蝕機(jī)理分類

1.1 化學(xué)腐蝕機(jī)理

按照多相反應(yīng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)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(yīng)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)[2]，通常情況下在360℃時(shí)碳鋼不會(huì)直接進(jìn)行腐蝕化學(xué)反應(yīng)。一般金屬失去電子的氧化反應(yīng)與氧化劑得到電子的還原反應(yīng)在時(shí)間或空間上是同時(shí)相互進(jìn)行的共軛電化學(xué)反應(yīng)，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(xué)腐蝕的主要形式是氣體性腐蝕，較常產(chǎn)生化學(xué)腐蝕的實(shí)例是金屬在不導(dǎo)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(yīng)[3]。

1.2 電化學(xué)腐蝕機(jī)理

電化學(xué)腐蝕機(jī)理與化學(xué)腐蝕機(jī)理存在一定的異同點(diǎn)，其相同之處是都是產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)引起金屬表面腐蝕反應(yīng)[4]。其基本的區(qū)別是：金屬產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，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(dú)立分為兩個(gè)共軛電化學(xué)反應(yīng)[5]，其中發(fā)生的陽(yáng)極過(guò)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(guò)程中是金屬內(nèi)遺留下的過(guò)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(guò)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(xué)腐蝕反應(yīng)[6]。

2 腐蝕分析

表1為腐蝕產(chǎn)物的XRD分析結(jié)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(duì)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(duì)腐蝕的影響大小。

試驗(yàn)方法：用去離子水分別配置水樣中主要各陰離子的純?nèi)芤?。濃度分別選擇水樣中的最高值和最低值以及中間值。進(jìn)行測(cè)定交流阻抗和極化曲線的試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在60℃條件下進(jìn)行。采用弱極化區(qū)（三參數(shù)）法擬合數(shù)據(jù)計(jì)算腐蝕速率見(jiàn)表2。

表2 陰離子對(duì)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(duì)20#鋼的腐蝕非常明顯，S2-在20mg/L的濃度時(shí)對(duì)20#鋼就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的腐蝕，SO42-在60mg/L的濃度時(shí)也對(duì)20#鋼產(chǎn)生很強(qiáng)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(duì)20#鋼的腐蝕程度按照S2-＜SO42-＜HCO3-＜Cl-發(fā)生變化。Cl-對(duì)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(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)對(duì)稠油污水處理系統(tǒng)金屬腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，并結(jié)合污水中可腐蝕物質(zhì)分析，可得到以下結(jié)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(duì)20#鋼的腐蝕程度按照S2-＜SO42-＜HCO3-＜Cl-發(fā)生變化。Cl-對(duì)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(diǎn)。

[1]李建忠，王海成，李寧.油氣田開(kāi)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.

[2]盧會(huì)霞.中原油田采油污水腐蝕因素研究[J].西安:西安石油大學(xué)，2004.

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[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(jī)理研究[J].油氣田地面工程,1997,16(5):40-42.