鋼管擴(kuò)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(jīng)濟(jì)的高速發(fā)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(yīng)結(jié)構(gòu)中占據(jù)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(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，預(yù)計(jì)仍將在能源供應(yīng)中占據(jù)主導(dǎo)地位[1]。石油管道在保證石油供應(yīng)穩(wěn)定方面起著不可替代的作用[2]。管道輸油具有運(yùn)量大、密閉性好、成本低和安全系數(shù)高等特點(diǎn)。同時(shí)，輸油管道埋藏在地下，受氣候環(huán)境影響較小，環(huán)境污染較小，運(yùn)輸損耗率較低。

鋼管擴(kuò)徑油是大口徑石油運(yùn)輸管道的擴(kuò)徑加工工藝中必不可少的潤滑輔料。目前較為先進(jìn)的大口徑鋼管是采用JCOE（直縫埋弧焊鋼管）多道次漸進(jìn)壓制成型擴(kuò)徑工藝方法生產(chǎn)[3,4]。從生產(chǎn)工藝要求看，鋼管擴(kuò)徑油需要具有優(yōu)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(nèi)某鋼管廠反饋，其所使用的擴(kuò)徑油（國內(nèi)某品牌，可滿足擴(kuò)徑、沖洗工序工藝要求）乳化液在進(jìn)行水處理時(shí)出現(xiàn)濾渣黏連濾布、過濾水不清澈的異常現(xiàn)象。針對該問題，技術(shù)人員對現(xiàn)場乳化液水處理工序進(jìn)行了跟蹤服務(wù)和技術(shù)指導(dǎo)，排查問題原因，提出解決方案。

鋼管擴(kuò)徑油的性能要求

鋼管生產(chǎn)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(qiáng)力整形擴(kuò)徑（E:擴(kuò)徑機(jī)，用到擴(kuò)徑油）—內(nèi)壁沖洗—修口—抗壓試驗(yàn)與探傷檢測—防腐處理—成品—入庫[3，4]。其中，擴(kuò)徑加工是大型石油運(yùn)輸管道生產(chǎn)成型的重要工序（使用鋼管一次整體機(jī)械擴(kuò)徑機(jī)，對鋼管進(jìn)行擴(kuò)徑、整圓、矯直使其具有良好的幾何尺寸精度,內(nèi)應(yīng)力的分布較理想），該工序需要專用油品。擴(kuò)徑油主體原料有兩種：氯化石蠟和氧化菜油。由于環(huán)保原因，氯化石蠟為主體的擴(kuò)徑油逐漸退出市場，目前主流擴(kuò)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(kuò)徑油乳化液在進(jìn)行水處理時(shí)出現(xiàn)濾渣黏連濾布、過濾水不清澈的異?，F(xiàn)象，結(jié)合現(xiàn)場情況和對水處理工藝的分析，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)徑后乳化液加劑絮凝效果不佳，進(jìn)而影響了過濾效果。為此開展了實(shí)驗(yàn)室乳化液水處理絮凝試驗(yàn)，確定了絮凝劑NaOH、AlCl3合理的加劑比例。生產(chǎn)驗(yàn)證結(jié)果表明，當(dāng)絮凝劑NaOH、AlCl3的添加比例分別為a%、c%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，乳化液絮凝效果良好，過濾水恢復(fù)清澈狀態(tài)，濾渣可自動(dòng)脫落或抖動(dòng)濾布后脫落，完全可滿足擴(kuò)徑油擴(kuò)徑、沖洗后形成的乳化液水處理要求，獲得了客戶認(rèn)可。

鋼管擴(kuò)徑油的主要性能要求如下：

◇較高的運(yùn)動(dòng)黏度：高黏度產(chǎn)品，以便為擴(kuò)徑加工提供良好的黏附效果，保證擴(kuò)徑頭模塊有足量的擴(kuò)徑油潤滑；

◇優(yōu)異的極壓性能：保證擴(kuò)徑頭在強(qiáng)力擴(kuò)徑過程中有足夠的油膜強(qiáng)度，保證擴(kuò)徑頭模塊間及管壁間足夠的潤滑，避免擴(kuò)徑頭模塊劃傷、斷裂；

◇良好的防腐蝕性能：保護(hù)擴(kuò)徑機(jī)銅管管線不被擴(kuò)徑油腐蝕，避免造成漏油現(xiàn)象；

◇易清洗性：該產(chǎn)品為乳化油產(chǎn)品，遇水乳化，擴(kuò)徑后殘留管壁上的擴(kuò)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(nèi)壁質(zhì)量和防腐層涂覆效果，且有利于后續(xù)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(dá)到環(huán)保要求。

現(xiàn)場跟蹤及技術(shù)支持

背景情況

國內(nèi)某鋼管廠擴(kuò)徑車間在2016年12月初使用某品牌鋼管擴(kuò)徑油，正常生產(chǎn)一年后，在2018年1月中旬反饋擴(kuò)徑油乳化液水處理后出現(xiàn)濾渣黏濾布、過濾水不清澈現(xiàn)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(xiàn)象依然存在。從油品本身的性能，結(jié)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(guān)。因此，對客戶水處理工藝進(jìn)行了跟蹤和技術(shù)指導(dǎo)。

乳化液水處理工藝

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

圖3 乳化液水處理工藝示意

所涉及主要設(shè)備及作用如下：

◇乳化液槽：用于儲(chǔ)存沖洗鋼管殘留擴(kuò)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，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(jī)：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(jìn)行下一步水處理。濾渣積累到一定量后進(jìn)行吹風(fēng)。

正常狀態(tài)：箱式壓濾機(jī)吹風(fēng)后濾餅較干燥，可從濾布上自然脫落或抖動(dòng)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(kuò)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(xiàn)油水分離不徹底、不分層、絮凝物少、不沉淀，進(jìn)入污泥池，被泵入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾。乳化液絮凝不好，可能與NaOH、AlCl3加劑量和操作規(guī)程執(zhí)行不當(dāng)有關(guān)。

◇絮凝物壓濾時(shí)，壓濾機(jī)腔室未充滿濾渣導(dǎo)致吹風(fēng)時(shí)高壓空氣順空隙吹過，吹不到濾渣導(dǎo)致不易吹干，吹風(fēng)時(shí)間不夠，達(dá)不到吹干濾渣形成濾餅的時(shí)間，未形成干燥的濾餅前提前打開了壓濾隔板。

跟蹤情況

實(shí)驗(yàn)室乳化液水處理絮凝試驗(yàn)

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

試驗(yàn)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?jǐn)嚢?，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(dāng)NaOH固體顆粒和AlCl3固體顆粒添加比例分別為a%、c%時(shí)，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(rèn)為試驗(yàn)效果好，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)油水分離、絮凝物聚集沉降容器底部，將有利于后續(xù)的絮凝物泵送壓濾機(jī)壓濾、固化。

乳化液水處理絮凝試驗(yàn)后外觀如圖4所示。

圖4 乳化液水處理絮凝試驗(yàn)后外觀

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

將上述絮凝物（即樣品3補(bǔ)加AlCl3產(chǎn)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(xiàn)黏濾布現(xiàn)象，如圖5所示。

圖5 濾渣晾曬外觀

生產(chǎn)驗(yàn)證

在現(xiàn)場的絮凝槽中，進(jìn)行了加劑處理的絮凝效果對比：

◇按指導(dǎo)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(xiàn)場絮凝試驗(yàn)液槽有絮凝現(xiàn)象,但是效果不好，絮凝物經(jīng)攪拌后無法再次絮凝，可以認(rèn)為絮凝未達(dá)到效果，如圖7所示。之后，在b%比例的基礎(chǔ)上補(bǔ)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(dá)到效果

圖8 補(bǔ)加絮凝劑AlCl3后絮凝效果改善

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

圖9 濾渣較少時(shí)濾餅吹風(fēng)后狀態(tài)

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

圖10 壓濾時(shí)過濾水清澈狀態(tài)

連續(xù)壓濾168 h后，吹風(fēng)風(fēng)干24 h，壓濾機(jī)開箱，濾渣充滿整個(gè)壓濾腔室，成形良好，可自動(dòng)脫落或抖動(dòng)濾布后脫落，如圖11所示。

圖11 濾渣充滿壓濾腔時(shí)濾餅吹風(fēng)后狀態(tài)

通過改善絮凝效果，濾渣不再黏連濾布，這種狀態(tài)可滿足擴(kuò)徑油擴(kuò)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(rèn)可。

結(jié)論及建議

◇某鋼管廠鋼管擴(kuò)徑油乳化液水處理過濾效果異常，出現(xiàn)濾渣黏連濾布、過濾水不清澈現(xiàn)象，擴(kuò)徑、沖洗后乳化液絮凝效果不佳。通過實(shí)驗(yàn)室水處理絮凝試驗(yàn)，確定了合理的NaOH、AlCl3加劑比例。生產(chǎn)驗(yàn)證結(jié)果表明，優(yōu)化處理?xiàng)l件后可明顯改善擴(kuò)徑油乳化液水處理時(shí)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(dá)到客戶要求。

◇在鋼管擴(kuò)徑油應(yīng)用過程中，是否選擇了具有良好性能的鋼管擴(kuò)徑油，是否油路暢通和具有足夠的油壓，是否按照規(guī)定的加劑量和操作規(guī)程進(jìn)行鋼管擴(kuò)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(guān)油品技術(shù)服務(wù)人員應(yīng)做好油品的應(yīng)用支持工作，為客戶提供充分、及時(shí)的用油技術(shù)指導(dǎo)，使油品最大程度地發(fā)揮性能，保障生產(chǎn)的連續(xù)高效進(jìn)行，持續(xù)為客戶創(chuàng)造可感受到的顯著價(jià)值。