《中国腐蚀与防护学报》
为了保证油田在寒冷气候条件下能够正常生产,热水锅炉在其中得到了广泛应用,这类锅炉设备主要燃料为重油、渣油或者天然气,相较于蒸汽采暖锅炉而言,有着构造简单、成本更低、介质稳定性强、安全性高、传热效果好、节能明显等优势。然而,在热水锅炉的运行过程中,由于各方面因素的影响很容易导致锅炉出现腐蚀现象,而锅炉的腐蚀会直接造成渗漏、穿孔等情况,后续的维修不仅浪费时间且影响设备寿命。所以,对油田热水锅炉的腐蚀原因及对策进行研究,对于油田生产而言有着重要现实意义。
1 油田热水锅炉腐蚀的原因
(1)水质原因。热水锅炉用水的水质会对锅炉运行效率、寿命形成直接影响,所以国家对此提出了强制性标准。一般来讲,如果锅炉用水的杂质含量过高,那么水分蒸发后水体浓度将逐渐出现过饱和状态,杂质浮出且会在金属表面留下水垢,主要成分为碳酸钙,质地极为坚固。而金属表面结垢后,热传导效果会弱化,导致炉体受热不均,久而久之则会形成局部裂缝腐蚀,缝隙内有水流出,并且随着腐蚀日渐严重,腐蚀产物会将缝隙口堵住,形成“闭塞电池”,同样会加剧腐蚀[1]。
(2)温度原因。油田热水锅炉无论是出水还是回水,其温度一般不会超过100℃,但是因为锅炉采取并联管路布设方式,所以水流量与温度往往会出现不均匀的情况,致使局部气化现象出现,形成对锅炉内壁的冲击,时间一长会导致炉壁强度下降,造成安全隐患。而且因为热水锅炉出水水温偏低,烟气遇冷凝水易形成硫酸液,附着在烟道中同样会导致腐蚀。
(3)锅炉水中阴离子原因。锅炉水中含有大量阴离子,这些阴离子同样会加速金属腐蚀。由于金属会出现氧腐蚀,在水中的阴离子会导致金属表面形成锈垢,致使金属表层保护膜受损,加速金属腐蚀。
(4)锅炉运行条件原因。热水锅炉运行中由于会受到运行条件的影响,所以溶解氧含量也会发生变化,影响腐蚀速度。一般来讲,油田热水锅炉的温度与压力均偏低,所以水中的溶解氧难以脱析,进而加速腐蚀。另外,锅炉运行时用水会循环补给,炉外水却无法及时彻底地处理,便会积累大量盐,同时溶解氧的浓度会升高,如果酸碱值偏低,那么腐蚀同样会加速。
2 油田热水锅炉腐蚀的预防对策
(1)安装除氧装置。国家针对工业锅炉用水提出了具体的水质要求,其中重点强调了额定热功率高于4.2MW的热水锅炉一定要安装除氧装置,那么油田的热水锅炉则可选用解吸、热力、真空、常温过滤等除氧装置。然而在应用实践中,因为解吸除氧装置的加热管极易被烧毁,活性炭的氧吸附性较弱,所以除氧效果不太明显;而常温过滤除氧装置凭借维护简便、成本低、管理容易等优势,在目前油田热水锅炉中有着广泛应用,但在实际应用中一定要严格把控水温与水流速度,同时在锅炉停运期间要做好全面检查与填料补充工作;而真空或热力除氧装置,两者工艺复杂且成本投入高,一般在大功率的热水锅炉中才会使用,并且对管理有着严格要求。
(2)抑制水垢形成。要想抑制水垢的形成,则要对热水锅炉的水质提出更高要求,尤其是软化水处理工艺要过关,保证处理后的水质能达到标准。同时,也要重视对水质的监测与定期化验,对水体的酸碱值进行监测,采用碱性药物对将水体的酸碱值控制在10~11之间[2]。选用净化装置,对供热系统回水进行净化,防止出现二次水垢。另外,还可选用各类阻垢剂,如膦基羧酸阻垢剂、高分子聚合物阻垢剂,不但能有效抑制水垢的形成,而且也能弱化氧对金属的腐蚀。
(3)防止低温腐蚀。为了防止低温腐蚀的情况处出现,一方面要对锅炉燃料进行控制,尽量选用含硫量更低的燃料油,或是对投入燃烧的燃料进行脱硫处理,也可通过加入石灰石吸收剂,起到降低烟气含硫量的效果,进而避免形成硫酸蒸汽。另一方面,为了防止出现硫酸露点腐蚀,应当在循环水进入到锅炉前对其进行循环加热,随后将网路阀门打开实现正常供热。
(4)优选化学清洗剂。油田热水锅炉要及时清洗,为了溶解锅炉内壁附着的氧化铁、钙镁盐类杂垢,需要选用含有缓蚀剂的盐酸清洗剂。这类化学清洗剂的使用,能够溶解氧化铁,提高溶液铁离子浓度,所以也会造成清洗液对金属腐蚀的速度加快,那么在使用化学清洗剂时,一定要注意铁离子浓度的控制,一般控制在500mg/L之内[3]。