石油化工企業(yè)排水系統(tǒng)管道材質(zhì)的選擇研究

徐彩霞（中國天辰工程有限公司 天津科技大學(xué)，天津 300000）

石油化工企業(yè)排水系統(tǒng)管道材質(zhì)的選擇研究

徐彩霞（中國天辰工程有限公司 天津科技大學(xué)，天津 300000）

石油化工企業(yè)排水管道設(shè)計(jì)的考慮因素很多，其廢水的危害性很大，因此廢水管道材質(zhì)的選擇需要針對各類不同的廢水特性進(jìn)行單獨(dú)考慮。本文分析了石油化工企業(yè)廢水特點(diǎn)，將排水系統(tǒng)分為含油廢水系統(tǒng)、含鹽廢水系統(tǒng)、生活污水系統(tǒng)、回收利用水系統(tǒng)等，對各個(gè)廢水系統(tǒng)的管道材料提出了參考選擇，并進(jìn)行了相關(guān)的使用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到了各種材質(zhì)的管道使用效果。最后，提出了石油化工企業(yè)排水管道設(shè)計(jì)建議。

石油化工；排水系統(tǒng)；管道材質(zhì)

現(xiàn)代石油化工是以石油、天然氣為原料，生產(chǎn)各種各樣的石油產(chǎn)品以及化工副產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。石油化工企業(yè)的產(chǎn)品包含石油產(chǎn)品和石油化工產(chǎn)品兩大類。石油產(chǎn)品是指汽油、煤油、柴油、潤滑油、液化石油氣、石油焦碳、石蠟、瀝青等，這些各式的油品通過石油直接煉制加工得到。石油化工產(chǎn)品是以煉油過程提供的原料油進(jìn)一步化學(xué)加工獲得的，包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等化工原料。由此可見，石油化工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品繁多，因此石油化工企業(yè)在生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品時(shí)，其產(chǎn)生的廢水種類同樣很多。各種成分復(fù)雜的廢水在排放時(shí)，需要使用各類材質(zhì)的管道進(jìn)行排放，排放過程中要保證管道材質(zhì)不會被廢水腐蝕。目前，國家并沒有出臺相關(guān)行業(yè)規(guī)范，對輸送石油化工企業(yè)廢水的管道材質(zhì)進(jìn)行要求，這就使得相關(guān)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程人員在管道設(shè)計(jì)過程中，沒有權(quán)威性的參考。本文針對現(xiàn)代石油化工企業(yè)產(chǎn)生的各類廢水成分進(jìn)行分析，對輸送各類廢水的管道材質(zhì)的選擇和使用效果進(jìn)行了研究。

1 石油化工企業(yè)廢水特點(diǎn)

由于石油化工企業(yè)產(chǎn)品多種多樣，一個(gè)石油化工公司通常都會有很多各種各樣的煉油生產(chǎn)裝置，這些設(shè)備每天都要產(chǎn)生很多廢水，比如煉油化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水、油氣分離時(shí)的洗滌水、機(jī)泵冷卻水等。有的廢水是油水混合物，甚至還包含一些可燃性氣體，這些廢水具有易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕等特點(diǎn)。有的廢水是生產(chǎn)橡膠等產(chǎn)品排放出來的，其中除包含有酸、堿、硫化物、氰化物等強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)，還存在一些有機(jī)物、顆粒物以及懸浮物等。還有一些廢水是生產(chǎn)有機(jī)溶液產(chǎn)生的，因此其中包含有未分離的有機(jī)溶劑，比如說酮類、醚類、醛類等。

2 石油化工企業(yè)排水系統(tǒng)分類

石油化工企業(yè)排放的廢水總的來說，主要分為含油廢水、含鹽廢水、生活廢水等幾大類。因此，石油化工企業(yè)的排水系統(tǒng)可以分4種：含油廢水系統(tǒng)、含鹽廢水系統(tǒng)、生活污水系統(tǒng)、回收利用水系統(tǒng)，以下便分別對這4種污水排放系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

（1）含油廢水系統(tǒng)

含油廢水系統(tǒng)的作用是采集和傳送含油廢水，含油廢水主要來自于石油化工裝置排放和污染區(qū)雨水。含油廢水的處理過程是廢水在重力的作用下，先自然流至含油廢水預(yù)處理處，進(jìn)行簡單的凈化處理之后，若滿足污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)要求，則需要通過加壓泵進(jìn)行加壓處理，然后把含油廢水輸送給污水處理廠，污水處理廠對含油廢水進(jìn)行進(jìn)一步的處理，直到達(dá)到正常污水的排放標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行排放。

（2）含鹽廢水系統(tǒng)

含鹽廢水系統(tǒng)是收集和輸送含鹽廢水的排水系統(tǒng)，含鹽廢水主要來自于石油化工產(chǎn)品加工設(shè)備。含鹽廢水的處理與含油廢水類似，同樣是廢水先通過重力自然流至收集處，再送至廢水預(yù)處理處，達(dá)到污水送出標(biāo)準(zhǔn)后，加壓送至污水處理廠，進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

（3）生活污水系統(tǒng)

石油化工企業(yè)的生活污水主要來自于石油化工產(chǎn)品加工設(shè)備、輔助生產(chǎn)設(shè)施、化驗(yàn)室、衛(wèi)生間等建筑物。生活污水的處理相對更為簡單，通過管道收集后的污水，先進(jìn)入化糞池處理，然后再送入污水處理廠進(jìn)行處理。

（4）回收利用水系統(tǒng)

顧名思義，回收利用水就是將一部分廢水通過凈化處理之后，再進(jìn)行回收利用，其目的是為了節(jié)約用水。回收利用的水主要是用于像鍋爐這種高溫裝置的循環(huán)冷卻水、植物綠化澆水等地方。

表1 石油化工企業(yè)廢水系統(tǒng)管材選用參考

3 石油化工企業(yè)排水管道材料選擇

總的來說，石油化工企業(yè)排水管道材料無非分為金屬材料和非金屬材料兩大類，金屬材料管道通常是灰鑄鐵管和球磨鑄鐵管兩種，非金屬管通常包含鋼筋混凝土管、玻璃管等，還有一些塑料材質(zhì)或者復(fù)合材質(zhì)的管道，如聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、涂塑鋼管等[1-2]。石油化工企業(yè)排水管道材料隨著復(fù)合材料等新興技術(shù)的發(fā)展，也正出現(xiàn)著日新月異的變化，耐腐蝕、壽命長的管道材料也越來越多，排水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)人員需要與時(shí)俱進(jìn)，大膽創(chuàng)新。

在石油化工企業(yè)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，工程設(shè)計(jì)人員在選擇排水系統(tǒng)管道材質(zhì)的時(shí)候，需要充分考慮到該石油化工企業(yè)的污水水質(zhì)特點(diǎn)，有針對性的進(jìn)行選材，在保證適合廢水水質(zhì)特性、可靠的安全性的情況下，還需要考慮具有一定的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)石油化工企業(yè)通常包含的幾種廢水排放系統(tǒng)，在考慮其廢水成分和水質(zhì)特性的情況下，提出各種廢水排放系統(tǒng)管道材料的參考選擇，如表1所示。

其中，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，排水系統(tǒng)管道接口和埋藏深度都具有相關(guān)的要求：鋼管的連接通常通過電焊和法蘭盤進(jìn)行連接；鑄鐵管的連接部件是T型接口，配以石棉水泥或者丁晴橡膠圈進(jìn)行密封[3-4]；HDPE纏繞管的密封部件也是橡膠圈，但需要通過電熔焊來進(jìn)行加固；鋼骨架PE管的材料是復(fù)合型材料，因此得用法蘭連接，電熱熔進(jìn)行密封[5]。石油化工行業(yè)的管道存在被腐蝕的可能性，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮一定的腐蝕裕度，通常規(guī)定管道材料的腐蝕厚度不允許超過1.5mm。同樣，管道系統(tǒng)的埋藏深度也具有一定的要求，各類管道必須埋到冰凍線以下，也就是1.6m以下，才能保證溫度最低時(shí)期管道不會結(jié)冰?？偠灾颂幗o出的石油化工企業(yè)管道材料選用為研究參考，實(shí)際的運(yùn)行效果還需要進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。

4 石油化工企業(yè)排水管道使用效果驗(yàn)證

石油化工企業(yè)排水管道設(shè)計(jì)需要考慮的影響因素較多，如輸送廢水的水溫、水質(zhì)和所處的環(huán)境等。本文就提出的石油化工企業(yè)排水管道材料參考設(shè)計(jì)進(jìn)行了實(shí)際使用效果驗(yàn)證，使用時(shí)間為期兩年，下面對各種廢水系統(tǒng)的管道腐蝕使用情況進(jìn)行詳細(xì)說明。

含油廢水系統(tǒng)的管道材料為無縫鋼管，通過焊接連接。在兩年的使用周期之中，管道并沒有出現(xiàn)什么大問題，但是管道內(nèi)壁出現(xiàn)了一定的腐蝕現(xiàn)象，究其原因應(yīng)該是鐵碳材料的鋼管內(nèi)壁沒有做防腐蝕處理，從而被含油廢水給腐蝕了一小部分，但是隨著使用周期的加長，腐蝕現(xiàn)象會變得越來越嚴(yán)重，因此在后期的管道內(nèi)壁處理時(shí)應(yīng)當(dāng)增加防腐處理工藝。

含鹽廢水系統(tǒng)的管道材料為鋼骨架聚乙烯管，聚乙烯具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，在這種含堿、酸鹽的廢水中具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。在實(shí)際使用過程中，管道也沒有出現(xiàn)異常。但是在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)注意含鹽廢水水溫的影響，溫度不得超過管道材料的耐受值，否則將會使管道材料特性變化，甚至出現(xiàn)爆管的危險(xiǎn)。

生活污水系統(tǒng)的管道材料為高密度聚乙烯（HDPE）雙壁波紋管，在為期兩年的使用過程中，也并未出現(xiàn)很大的問題。同樣需要注意的是，高密度聚乙烯（HDPE）雙壁波紋管的溫度耐受值在40℃左右，輸送污水的水溫應(yīng)該小于該值，否則也會對管道造成損害。

清凈廢水系統(tǒng)的管道材料為高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管。實(shí)驗(yàn)過程中，出現(xiàn)了管道局部開裂的現(xiàn)象，尤其是在直徑超過800mm的大管道上，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是會導(dǎo)致廢水泄露的發(fā)生，需要重新進(jìn)行處理。高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管的剛性不足是導(dǎo)致開裂現(xiàn)象發(fā)生的原因之一，需要更換剛性更高的材料。

回用水系統(tǒng)的管道材料與含鹽廢水系統(tǒng)使用的材料一致，都是鋼骨架聚乙烯管，這部分的廢水腐蝕性小、溫度低，因此系統(tǒng)整體運(yùn)行狀況良好，沒有出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象。

總的來說，石油化工企業(yè)排水管道使用效果驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)暴露了一些問題，如含油廢水無縫鋼管管道內(nèi)壁的防腐處理問題、含鹽廢水鋼骨架聚乙烯管受高溫出現(xiàn)局部爆管現(xiàn)象的問題等。所以，在石油化工企業(yè)排水管道的材質(zhì)選用過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮可能存在的極端現(xiàn)象，如超出管道材料能夠承受的溫度和壓力范圍。同時(shí)，在大口徑的管道施工安裝時(shí)，需要保證管道的剛度滿足要求，不能出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象。綜上而言，管道材質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮廢水介質(zhì)的成分、腐蝕性、溫度和壓力，管道材料的剛度、耐腐蝕性和埋深等多方面的因素。

5 石油化工企業(yè)排水管道設(shè)計(jì)建議

根據(jù)石油化工企業(yè)排水系統(tǒng)的多次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，總結(jié)石化行業(yè)管道系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出排水管道設(shè)計(jì)的一些建設(shè)性建議，主要包含以下幾項(xiàng)：

（1）含油廢水中含油可燃?xì)怏w和可燃液體，輸送過程中可能會出現(xiàn)起火爆炸的現(xiàn)象，這類廢水的輸送考慮的首要因素便是安全性。因此，含油廢水的排水管道嚴(yán)禁使用塑料材質(zhì)的管道，因?yàn)樗芰喜牧暇哂锌扇夹?，一旦發(fā)生廢水著火，火勢會沿著管道進(jìn)行擴(kuò)大蔓延，造成不可估計(jì)的后果。這類管道的材質(zhì)建議使用無縫鋼管，通過焊接或者法蘭進(jìn)行連接。

（2）塑料管道的使用應(yīng)當(dāng)注意有機(jī)溶劑的腐蝕作用，因此塑料管道不能用來輸送含有各種有機(jī)溶劑的廢水，否則可能會出現(xiàn)管道腐蝕的現(xiàn)象，造成有機(jī)溶劑廢水泄露，這將可能導(dǎo)致周圍地下水的污染，后果十分嚴(yán)重。通常這類廢水的輸送管道材質(zhì)是采用不銹鋼復(fù)合管或者涂塑鋼管，同時(shí)還要進(jìn)行防漏防滲透處理。

（3）對于不含有油、鹽等腐蝕性介質(zhì)的廢水，可以采用鋼骨架塑料管道或者混凝土管道。這類廢水沒有腐蝕性，通常是清凈廢水、雨水、達(dá)標(biāo)廢水、回用水等，因此管道材料的選擇上可以考慮一定的經(jīng)濟(jì)性，以節(jié)約成本。

（4）對于管道直徑較大的管道，通常管徑大于700mm時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用鋼筋混凝土管道或者玻璃管，同時(shí)還要注重管道的支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)，通常采用架空鋪設(shè)或者埋土鋪設(shè)。

6 結(jié)語

石油化工企業(yè)排水管道設(shè)計(jì)的考慮因素很多，管道材質(zhì)的選擇需要針對各類不同的廢水特性進(jìn)行單獨(dú)考慮，由于目前缺乏相關(guān)的規(guī)范，能借鑒的工程案例也較少，因此對于工程設(shè)計(jì)人員來說是比較大的挑戰(zhàn)。本文提出的石油化工企業(yè)排水系統(tǒng)管道材質(zhì)的選擇，也是基于實(shí)驗(yàn)所得出的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，還需要進(jìn)行實(shí)際的考證，該領(lǐng)域的相關(guān)研究也需要更加努力地鉆研。

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