埋地加注濃硫酸的管道泄漏分析

林金寶(福建省石油化學(xué)工業(yè)設(shè)計院，福建 福州 350001)

0 概述

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)計時采用埋地方式。每次更換局部管道時，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(jù)工藝現(xiàn)狀特點和現(xiàn)場實地考察，以及結(jié)合泄漏點位置進行討論分析。

1 基本情況

1.1 技術(shù)參數(shù)

管道介質(zhì)：濃硫酸，質(zhì)量分數(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，運行方式為高頻率間接輸送。管道沿道路邊緣埋地約30cm深。

1.2 硫酸對碳鋼的腐蝕

根據(jù)管道設(shè)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(nèi)壁表面發(fā)生鈍化反應(yīng)，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(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。

1.3 現(xiàn)場情況

從現(xiàn)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(xiàn)泄漏。管道穿過道路下的部分，原設(shè)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(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(xiàn)泄漏

圖2 埋地土質(zhì)松軟腐蝕嚴重

2 腐蝕原因分析

2.1 不定時輸送對管道腐蝕的影響

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)，存在部分時間停用此管道。根據(jù)濃硫酸可選用20#號碳鋼的機理，是靠管道內(nèi)壁形成的保護膜。頻繁起泵加注的工藝工況，造成管道內(nèi)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。

2.2 回填含硫酸的土壤對管道腐蝕的影響

此管道投用于二十世紀九十年代初，使用至今，已經(jīng)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(xiàn)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(yīng)的技術(shù)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。

2.3 施工技術(shù)不到位對管道腐蝕的影響

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(xiàn)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(xiàn)蓬松并沒有壓實，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，進而此段管道段頻繁更換。

2.4 管道淺埋振動對管道腐蝕的影響

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，通過道路運輸設(shè)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(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重的影響。

3 結(jié)語

此管道腐蝕的原因為：管道內(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，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，應(yīng)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(xiàn)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。