林金寶(福建省石油化學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)院,福建 福州 350001)
某石化公司污水處理場用于調(diào)節(jié)污水池的濃硫酸加注管道經(jīng)常泄漏,其泄漏位置難以判定。此管線于上世紀(jì)九十年代投用,基于廠內(nèi)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(shè)計(jì)時(shí)采用埋地方式。每次更換局部管道時(shí),發(fā)現(xiàn)泄漏量已經(jīng)很大,對土壤和周邊環(huán)境造成極大污染。近幾年,其統(tǒng)計(jì)泄漏頻率逐年增高,嚴(yán)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(fù)擔(dān),根據(jù)工藝現(xiàn)狀特點(diǎn)和現(xiàn)場實(shí)地考察,以及結(jié)合泄漏點(diǎn)位置進(jìn)行討論分析。
管道介質(zhì):濃硫酸,質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)為20#碳鋼,法蘭連接,運(yùn)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(jù)管道設(shè)計(jì)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(nèi)壁表面發(fā)生鈍化反應(yīng),從而形成一層有效的保護(hù)膜,運(yùn)輸濃硫酸的罐車的罐體就可用碳鋼材質(zhì)。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(xué)方式腐蝕20#碳鋼。
從現(xiàn)場檢查管道外觀,位于泵出口和注入點(diǎn)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(xiàn)泄漏。管道穿過道路下的部分,原設(shè)計(jì)時(shí)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(diǎn)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(diǎn)位出現(xiàn)泄漏(見圖1),特別是草坪下的埋地管道,埋地土質(zhì)松軟(見圖2),其外觀腐蝕嚴(yán)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(diǎn)位出現(xiàn)泄漏
圖2 埋地土質(zhì)松軟腐蝕嚴(yán)重
由于此管道是將98%濃硫酸加注到污水中,來調(diào)節(jié)污水的pH值等工藝參數(shù)。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(nèi),存在部分時(shí)間停用此管道。根據(jù)濃硫酸可選用20#號碳鋼的機(jī)理,是靠管道內(nèi)壁形成的保護(hù)膜。頻繁起泵加注的工藝工況,造成管道內(nèi)壁形成保護(hù)膜—沖刷掉—再形成保護(hù)膜—再沖刷掉,從而加快管道的腐蝕。
此管道投用于二十世紀(jì)九十年代初,使用至今,已經(jīng)超時(shí)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(xiàn)場更換管道施工來看,在施工隊(duì)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(yīng)的技術(shù)機(jī)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(shí),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(xiàn)少量點(diǎn)位沒有涂刷到。這進(jìn)一步,造成缺少涂料保護(hù)的管道外壁被含稀硫酸的潮濕土壤腐蝕,形成點(diǎn)狀泄漏孔。在回填土壤時(shí),土壤出現(xiàn)蓬松并沒有壓實(shí),這給局部增加出現(xiàn)滲水滲酸。從而造成此段管道腐蝕泄漏,進(jìn)而此段管道段頻繁更換。
從現(xiàn)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(zhì)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(yùn)輸設(shè)備部件的車輛不少。在車輛通過時(shí),明顯看到露出地表部分管道出現(xiàn)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(yán)重的影響。
此管道腐蝕的原因?yàn)椋汗艿纼?nèi)硫酸為間接輸送,管道內(nèi)壁經(jīng)常沖刷;早期泄漏的硫酸污染的土壤,在后期更換管線時(shí),被用來回填,與土壤滲水結(jié)合,對管線外壁造成稀酸腐蝕;管線靠近道路通道,車輛運(yùn)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(diào)節(jié)操作閥參數(shù),要求控制閥慢開,盡可能減少管內(nèi)流體對管道內(nèi)壁的沖刷。其次,將發(fā)現(xiàn)的泄漏點(diǎn)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(zhì)。在施工時(shí),應(yīng)派專業(yè)人員監(jiān)督,確保施工水平到位。對管線進(jìn)行深埋和遠(yuǎn)離道路,以此減輕道路車輛對埋地管道振動的影響。
當(dāng)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(shí),由于管道使用長度比原來長,還需要增加跨道路管架,進(jìn)而出現(xiàn)成本高。但同時(shí)也存在便于維護(hù),檢查泄漏點(diǎn),也減少管道外壁腐蝕,利于保護(hù)土壤。