碳钢管道在线循环酸洗钝化及质量控制

胡　伟，王超峰，高　栋中国石油天然气第七建设公司，山东青岛　266300



碳钢管道在线循环酸洗钝化及质量控制

胡伟，王超峰，高栋
中国石油天然气第七建设公司，山东青岛266300

摘要：金属管道安装产生的锈垢、毛刺和机械杂质，通常易导致运行的工业产品（装置）发生管道堵塞或机器、阀门、仪表等设施损坏等事故，管道系统投用前会采取人工清扫、水冲洗、压缩空气吹扫或化学清洗的方式中的一种或多种清洁。结合大型发电机组燃料（燃油/燃气）输送碳钢管道的化学清洗实例，阐述简便、有效的在线酸洗钝化工艺实施的方法和控制要点，为同类工程降本增效和资源消耗量提供数据参考，并为产品运行周期稳定、使用寿命延长发挥积极作用。

关键词：碳钢管道；在线酸洗钝化；质量控制

1　概述

某项目增配总容量6台×6.5 MW芬兰瓦锡兰（Wartsila）燃油发电机组，该机组生产11 kV并升压至33 kV的电能外输，可满足油田扩容开采和集输的动力需求。燃料输送管道材质为A106及20#钢，总长约4 910 m，需彻底清除管道内金属锈垢、毛刺和机械杂质，以确保每台16缸燃油（柴油/原油）发电机引擎长期、稳定运行。

2　酸洗钝化作业的策划

碳钢管道因内壁锈垢物、金属毛刺或安装产生的机械杂质的存在，极大程度地破坏了工艺介质对清洁度的要求，常规酸洗钝化工艺的浸泡法和线外循环法仅适用于压缩机润滑油站、泵站及阀组等易拆装的小型管路系统，而对单管较长、且以对接焊连接形式为主（设备、流量计、阀门等法兰连接）的管道不适用。本工程发挥发电机组燃料、润滑油输送管道对称布置的优势，对碳钢管道进行在线循环酸洗钝化，解决了长管路化学清洗的作业难题，且有效避免二次装配过程的再次污染，润滑油燃料管道工艺流程见图1。

2.1管道回路划分

本工程燃料输送系统单根管路最短约45 m（端口法兰间管段端长度，下同），最长线路约140 m，为均衡回路工作量、合理配比制剂，综合系统工艺流程、回路长度、排污放空要求及循环装置设置等因素，将管道分为13个酸洗钝化回路，各回路内容详见表1。

2.2酸洗钝化介质循环装置

自制的酸洗钝化介质循环装置由离心泵、储液槽及阀门控制系统组成，用于介质循环和过滤。为保证酸碱液与金属内壁充分接触，循环装置的设置要考虑以下因素：一是循环装置尽量设在系统高点，便于排净系统内的空气；二是回路进液端优先选择大直径管道；三是介质在系统内的流速不低于1.5 m/s。酸洗钝化循环装置流程示意见图2。

图1　发电站润滑油及燃油管道工艺流程

表1　酸洗钝化回路

图2　酸洗钝化循环装置流程示意

2.3酸洗钝化液配置

稀释的盐酸溶液与氧化皮、铁锈（主要成分为Fe2O3和FeO）反应生成易溶的盐类，大大降低了工件表面残渣清理难度，且盐酸溶液溶解钢铁的速度缓慢，避免了“过度腐蚀”和“严重氢脆”问题的发生，介质的操控性较好。同时，用于稀释的工业浓盐酸采购方便，是碳钢管道酸洗的适用溶液，管道酸洗工序的化学反应式：

Fe2O3+ 6HCl= 2FeCl3+ 3H2O

FeO + 2HCl= Fe2Cl+ H2O

亚硝酸钠在弱碱性介质环境下，易与碳钢管内壁表面的金属铁离子反应，生成致密的四氧化三铁膜附着在管壁上，将碳钢金属与水和空气隔离。模拟现场工况进行化学制剂的配制和验证，优化后的酸洗钝化液配比数据见表2。

表2　酸洗钝化液配比数据

3　碳钢管道酸洗钝化作业

3.1碳钢管道酸洗钝化作业流程（见图3）

图3　碳钢管道酸洗钝化流程

3.2酸洗钝化作业方法

（1）拆除待酸洗钝化管道系统上的设备、仪表、阀门、软管等并妥善保管，系统断开部位用钢管和假法兰短连，开口用盲板、管帽封闭；系统高点和死点部位增设必要的放空阀和排污阀；酸洗钝化介质循环装置安装完毕，确保管路系统符合分区或分段作业的要求。

（2）回路采用0.5 MPa压缩空气或1.0 MPa水压检查法兰静密封点有无泄漏，注水预清洗回路中残存的机械杂质等污物，同时检查回路的通畅性。预清洗期间从头至尾间歇敲击振动管道，促使沉积物或附着物的剥离速度加快，最终以末端管口出水清亮、无杂质为合格。

（3）按回路容积计算盐酸用量，稀释并分批次在清洗水循环状态下注入储槽，测量每批次回流口溶液pH值，待其稳定后继续添加酸液，直至浓酸液全部注入系统。要达到较好酸洗效果还需采取以下措施：一是酸洗过程敲击管道，加快沉积物或附着物的剥离；二是间断调整进出口阀门开启量，制造介质紊流状态；三是酸洗过程启闭离心泵，调整介质瞬时流量和流速；四是定时放空排污，保证酸洗液与管壁充分接触。管道连续酸洗时间要少于6 h，回流口200目滤网无显著颗粒物为合格。

（4）预先溶解的碱液分批次注入储液槽（pH值检查方法同上），直至回路溶液pH值显微碱性，注意酸洗过程实时监控各点管壁温度，中和液应低于50℃。酸液中和后，继续向系统内注入清水稀释、置换中和液，直至回流口溶液趋于透明，无浑浊物为止，注意作业过程不能让管路内进入空气。

（5）通过注水方式稀释回路液体，且pH = 7～8为宜。将配制好的钝化液缓慢倒入储液槽（亚硝酸钠溶液快速注入易产生褐色有害气体），钝化液常温连续循环3 h以上，回流口溶液中无显著浑浊物和絮状物为合格。钝化作业期间要定时放空、排污，确保钝化液充分接触管壁，化学反应充分。

（6）预钝化膜合格后，采用清水置换、冲洗管内钝化液，直至系统回路出口的水质清亮无杂质为合格，排水后的管道采用压缩空气吹干积水，碳钢管道酸洗钝化合格效果示例见图4。

图4　酸洗钝化的碳钢管壁

（7）酸洗钝化合格的管道内壁应无二次浮锈、点蚀、过洗、焊渣或其他杂质等问题，管内壁点滴硫酸铜（CuSO4），配液由蓝色变为红色的时间不小于5 s为合格，同一检测面上各点变色时间接近或相同为合格。管壁钝化质量滴液检查后，用砂纸除去检验点的红色痕迹，再用钝化液擦拭检验部位。

4　质量控制

（1）管道安装过程的内部清洁质量对酸洗作业效率影响较大，严格做好施工过程管内的沙土或异物清除，及时封堵管道临时开口，采用氩弧焊进行根焊，不使用腐蚀较严重的管材，酸洗前完成管道动火、电焊作业等环节的管理工作，可有效提高酸洗钝化效率和工作质量。

（2）酸洗钝化回路划分应优先选择管径相近的管段进行串联，回路管道的总长度不宜大于300 m，不仅能够简化作业回路，也便于过程的巡查。管道预清洗、酸洗过程要多次用木锤或橡胶锤从头至尾敲打振动管道，重点为焊口、法兰、变径、弯头及三通等部位，可加快沉积物流动和附着物剥离的速度。系统高点和死角尽可能设有放空阀、排污阀，并在作业过程间歇排污、排气。

（3）高浓度的酸（碱）液稀释后分批注入系统循环，并实时检测系统溶液的pH值，避免局部溶液浓度过高腐蚀管璧，同一系统连续酸洗的时间不超过6 h。内壁锈垢物较多的管道，可适当增加酸洗次数，或采取调整进出口阀门开启量或启闭泵的措施，创造紊流条件或提高流速，以提高管道酸洗质量。

（4）酸洗钝化介质循环装置的设计应满足了系统介质流动、循环、过滤及回收的要求，选择化工耐酸/碱离心泵，流量为40～60 m3/h，扬程为100 m。系统回流口分期设置100目、200目不锈钢滤网（见图5）隔离沉淀物，滤网结构应能够保证系统在循环运转状态下随时更换、清洁。

图5　循环装置中不锈钢滤网

（5）碳钢管道若后期有油清洗的要求，则法兰、管件内壁的漆膜在安装前必须清除，因为漆膜在酸洗钝化工序中不能被有效清除，但在管道油运过程极易剥离，碎片杂质将影响管道油运质量的评价。

（6）预先拆除的仪表、阀门及重要部件采用手工方式清洗，待管道酸洗钝化合格后及时复位，否则采用塑料管封、多层塑料布或金属盲板的材料临时封闭敞口，避免管道二次污染。

（7）碳钢管道内壁的四氧化三铁膜有短期“抑制锈蚀”的能力，金属长期在大气环境下还将发生锈蚀反应，因此，管道酸洗钝化作业的时机应选择在系统油运或机组投用前，否则管道系统宜采取充氮措施延长保护周期。

（8）施工单位作业前向业主及监理递交专项方案，方案应明确化学液体（含废液）种类、数量、有害性、处置办法（废液氧化曝气、pH值调和、絮凝沉淀等措施）及安全作业措施。专项方案获得批准并由业主明确排放点后才能正式作业，严禁化学制剂及废液直排。

5　结束语

本酸洗钝化工艺具有良好的操控性、安全性及质量稳定性，并在多个项目中得到充分验证，可为同类工程提高作业效率，降低管理成本和资源消耗提供参考。

参考文献

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［5］何席兵.液压系统管道酸洗处理工艺［J］.人民长江，2008（10）：37- 38.

Online Circulating Pickling Passivation and Quality Controlfor Carbon Steel Pipeline

HU Wei，WANG Chaofeng，GAO Dong
China Petroleum 7th Construction Company，Qingdao 266300，China

Abstract：Rust scale，burr and other mechanical impurities generated during metal pipeline installation，are easily to cause the pipeline blockage or damages of machines，valves，instruments and other facilities. Therefore，pipeline system will be cleaned by one or combined method among manpower，water flushing，air purging or chemical cleaning before being put into production. Based on the living examples of chemical cleaning for carbon steel pipeline which transport the fuel/gas for large- scale generators，this paper elaborates the simple and effective method of online acid pickling passivation technology implementation and the key points of quality control，which provide the data references for the resource consumption in similar engineering，also play a positive role in product stability and lifetime extension.

Keywords：carbon steel；online picking passivation；quality control

doi:10.3969/j.issn.1001- 2206.2016.02.014

作者简介：

胡伟（1971-），男，山东胶州人，工程师，1998年毕业于化工部石家庄管理干部学院设备与管道安装专业，现从事石油化工工程项目技术管理工作。Email：hw3396@cpscc.com.cn

收稿日期：2015- 11- 10