鋼管擴徑油乳化液水處理過濾異常問題原因分析及解決

郭國梁

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

隨著我國國民經濟的高速發展，對能源提出了巨大需求。盡管可再生能源近年來在能源供應結構中占據的比例正不斷提升，但以石油為代表的化石燃料在未來相當長的一段時間內，預計仍將在能源供應中占據主導地位[1]。石油管道在保證石油供應穩定方面起著不可替代的作用[2]。管道輸油具有運量大、密閉性好、成本低和安全系數高等特點。同時，輸油管道埋藏在地下，受氣候環境影響較小，環境污染較小，運輸損耗率較低。

鋼管擴徑油是大口徑石油運輸管道的擴徑加工工藝中必不可少的潤滑輔料。目前較為先進的大口徑鋼管是采用JCOE（直縫埋弧焊鋼管）多道次漸進壓制成型擴徑工藝方法生產[3,4]。從生產工藝要求看，鋼管擴徑油需要具有優異的潤滑性能、黏附性能、乳化性能以及良好的可生物降解性能等。

2018年1月，接到國內某鋼管廠反饋，其所使用的擴徑油（國內某品牌，可滿足擴徑、沖洗工序工藝要求）乳化液在進行水處理時出現濾渣黏連濾布、過濾水不清澈的異常現象。針對該問題，技術人員對現場乳化液水處理工序進行了跟蹤服務和技術指導，排查問題原因，提出解決方案。

鋼管擴徑油的性能要求

鋼管生產總體工藝流程為：鋼管鋼板原材料探傷選擇—板材修邊—J型—C型—O型卷制成型—焊接—探傷檢測—強力整形擴徑（E:擴徑機，用到擴徑油）—內壁沖洗—修口—抗壓試驗與探傷檢測—防腐處理—成品—入庫[3，4]。其中，擴徑加工是大型石油運輸管道生產成型的重要工序（使用鋼管一次整體機械擴徑機，對鋼管進行擴徑、整圓、矯直使其具有良好的幾何尺寸精度,內應力的分布較理想），該工序需要專用油品。擴徑油主體原料有兩種：氯化石蠟和氧化菜油。由于環保原因，氯化石蠟為主體的擴徑油逐漸退出市場，目前主流擴徑油競品大多采用氧化菜油作為主體，加入硫磷極壓劑以提高極壓性能，加入乳化劑以提高使用后被沖洗過程中的乳化性能[5]。

本文針對某鋼管廠在用某品牌鋼管擴徑油乳化液在進行水處理時出現濾渣黏連濾布、過濾水不清澈的異常現象，結合現場情況和對水處理工藝的分析，發現擴徑后乳化液加劑絮凝效果不佳，進而影響了過濾效果。為此開展了實驗室乳化液水處理絮凝試驗，確定了絮凝劑NaOH、AlCl3合理的加劑比例。生產驗證結果表明，當絮凝劑NaOH、AlCl3的添加比例分別為a%、c%(均為質量分數）時，乳化液絮凝效果良好，過濾水恢復清澈狀態，濾渣可自動脫落或抖動濾布后脫落，完全可滿足擴徑油擴徑、沖洗后形成的乳化液水處理要求，獲得了客戶認可。

鋼管擴徑油的主要性能要求如下：

◇較高的運動黏度：高黏度產品，以便為擴徑加工提供良好的黏附效果，保證擴徑頭模塊有足量的擴徑油潤滑；

◇優異的極壓性能：保證擴徑頭在強力擴徑過程中有足夠的油膜強度，保證擴徑頭模塊間及管壁間足夠的潤滑，避免擴徑頭模塊劃傷、斷裂；

◇良好的防腐蝕性能：保護擴徑機銅管管線不被擴徑油腐蝕，避免造成漏油現象；

◇易清洗性：該產品為乳化油產品，遇水乳化，擴徑后殘留管壁上的擴徑油在沖洗工序遇水容易乳化，容易被清洗掉，以保證鋼管內壁質量和防腐層涂覆效果，且有利于后續乳化液水處理；

◇良好的后處理性能：易乳化，加入絮凝劑后容易絮凝、油水分離、壓濾固化，保證乳化液水處理無害化，達到環保要求。

現場跟蹤及技術支持

背景情況

國內某鋼管廠擴徑車間在2016年12月初使用某品牌鋼管擴徑油，正常生產一年后，在2018年1月中旬反饋擴徑油乳化液水處理后出現濾渣黏濾布、過濾水不清澈現象。如圖1、圖2所示。

圖1 濾渣黏濾布

圖2 過濾水不清澈

車間于2月初清理乳化液槽，但清槽處理后以上現象依然存在。從油品本身的性能，結合前期正常使用的情況看，初步判斷該問題可能與水處理工藝有關。因此，對客戶水處理工藝進行了跟蹤和技術指導。

乳化液水處理工藝

乳化液水處理工藝是對鋼管生產使用擴徑油擴徑后在沖洗工序用水沖洗鋼管殘留的擴徑油時形成的乳化液的處理工藝，工藝流程為：沖洗—乳化液存儲—絮凝—絮凝物壓濾—吹風固化—存儲，如圖3所示。

圖3 乳化液水處理工藝示意

所涉及主要設備及作用如下：

◇乳化液槽：用于儲存沖洗鋼管殘留擴徑油形成的乳化液。

◇乳化液絮凝槽：每天從乳化液槽抽中取部分乳化液，先后按照a%、b%（均為質量分數，下同）比例加入NaOH和AlCl3，使乳化液油水分離，上層為清水，下層為絮凝物。

◇污泥槽：用于收集乳化液絮凝槽下層絮凝物。

◇箱式壓濾機：過濾污泥槽過來的絮凝物，絮凝物中濾渣在壓濾腔中蓄積，過濾水進行下一步水處理。濾渣積累到一定量后進行吹風。

正常狀態：箱式壓濾機吹風后濾餅較干燥，可從濾布上自然脫落或抖動濾布后脫落。壓濾過程中，過濾水清澈。

乳化液水處理過濾異常問題的原因分析

綜合分析，乳化液水處理過濾異常的原因如下：

◇鋼管擴徑油沖洗工序后形成的乳化液，在加劑絮凝過程中效果不好，出現油水分離不徹底、不分層、絮凝物少、不沉淀，進入污泥池，被泵入壓濾機進行壓濾。乳化液絮凝不好，可能與NaOH、AlCl3加劑量和操作規程執行不當有關。

◇絮凝物壓濾時，壓濾機腔室未充滿濾渣導致吹風時高壓空氣順空隙吹過，吹不到濾渣導致不易吹干，吹風時間不夠，達不到吹干濾渣形成濾餅的時間，未形成干燥的濾餅前提前打開了壓濾隔板。

跟蹤情況

實驗室乳化液水處理絮凝試驗

為提升乳化液絮凝效果，開展了實驗室乳化液水處理絮凝試驗。采用某品牌鋼管擴徑油新油配置的乳化液（樣品1）、現場待處理乳化液（乳化液絮凝槽中取樣，樣品2）、分別進行試驗。

試驗方法：先將NaOH固體顆粒和AlCl3固體顆粒分別以一定比例加入乳化液，充分攪拌，靜置后觀察、判斷油水分離、分層效果、絮凝物沉降聚集效果。當NaOH固體顆粒和AlCl3固體顆粒添加比例分別為a%、c%時，油水分離好，水與絮凝物分層明顯，絮凝物聚集沉降容器底部，即認為試驗效果好，因為實現油水分離、絮凝物聚集沉降容器底部，將有利于后續的絮凝物泵送壓濾機壓濾、固化。

乳化液水處理絮凝試驗后外觀如圖4所示。

圖4 乳化液水處理絮凝試驗后外觀

由圖4可見，樣品1、樣品2的絮凝效果明顯優于樣品3（車間處理后絮凝液，污泥槽中取樣，為乳液狀態，沒有絮凝特征）；補加AlCl3對樣品3進一步處理，絮凝效果明顯改善，有分層出現。

將上述絮凝物（即樣品3補加AlCl3產生的）用濾布過濾后，濾渣放置陽光自然晾曬。晾曬24 h后，其晾曬情況良好，沒出現黏濾布現象，如圖5所示。

圖5 濾渣晾曬外觀

生產驗證

在現場的絮凝槽中，進行了加劑處理的絮凝效果對比：

◇按指導方案的絮凝槽，即NaOH與AlCl3分別按照a%和c%比例加劑處理，絮凝效果更好，如圖6所示。

圖6 指尋方案絮凝效果較理想

◇按客戶原比例絮凝（即按照a%和b%(b＜c)比例加入NaOH與AlCll3）的絮凝槽，現場絮凝試驗液槽有絮凝現象,但是效果不好，絮凝物經攪拌后無法再次絮凝，可以認為絮凝未達到效果，如圖7所示。之后，在b%比例的基礎上補加絮凝劑AlCll3至添加比例為c%，絮凝情況改善，如圖8所示。

圖7 原比例絮凝未達到效果

圖8 補加絮凝劑AlCl3后絮凝效果改善

將絮凝物連續泵入壓濾機，24 h后，打開壓濾機，處理后的濾渣有黏連濾布現象，腔室未充滿。繼續將絮凝物泵入壓濾機壓濾，48 h后，濾渣黏連濾布現象有所改善，且濾餅已有部分結塊現象，濾餅較少，腔室還未充滿，難以成形，仍有爛泥漿狀態濾餅，如圖9所示。

圖9 濾渣較少時濾餅吹風后狀態

連續壓濾96 h，打開壓濾機，濾渣固化情況已有改善，濾布邊緣已有結塊(此時絮凝正常，繼續壓濾，暫時不吹風）。期間，壓濾過濾水清澈，如圖10所示。

圖10 壓濾時過濾水清澈狀態

連續壓濾168 h后，吹風風干24 h，壓濾機開箱，濾渣充滿整個壓濾腔室，成形良好，可自動脫落或抖動濾布后脫落，如圖11所示。

圖11 濾渣充滿壓濾腔時濾餅吹風后狀態

通過改善絮凝效果，濾渣不再黏連濾布，這種狀態可滿足擴徑油擴徑、沖洗后形成的乳化液水處理要求，處理效果獲得了客戶認可。

結論及建議

◇某鋼管廠鋼管擴徑油乳化液水處理過濾效果異常，出現濾渣黏連濾布、過濾水不清澈現象，擴徑、沖洗后乳化液絮凝效果不佳。通過實驗室水處理絮凝試驗，確定了合理的NaOH、AlCl3加劑比例。生產驗證結果表明，優化處理條件后可明顯改善擴徑油乳化液水處理時的絮凝效果，油水分層明顯，絮凝沉淀聚集，壓濾順暢，過濾水清澈，達到客戶要求。

◇在鋼管擴徑油應用過程中，是否選擇了具有良好性能的鋼管擴徑油，是否油路暢通和具有足夠的油壓，是否按照規定的加劑量和操作規程進行鋼管擴徑油乳化液水處理操作，都有可能影響油品的使用效果。為此，相關油品技術服務人員應做好油品的應用支持工作，為客戶提供充分、及時的用油技術指導，使油品最大程度地發揮性能，保障生產的連續高效進行，持續為客戶創造可感受到的顯著價值。