開(kāi)封地區(qū)地?zé)崴Y(jié)垢與腐蝕趨勢(shì)判別

開(kāi)封地區(qū)地?zé)崴Y(jié)垢與腐蝕趨勢(shì)判別

0腐蝕的間接判斷結(jié)垢和腐蝕是地?zé)崴_(kāi)發(fā)中普遍存在的問(wèn)題。地?zé)崴Y(jié)垢是根據(jù)熱水中的溶解物是否是以固體形式沉淀的，而地?zé)崴母g是通過(guò)結(jié)垢而間接評(píng)估的。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)責(zé)崴到y(tǒng)一般結(jié)垢時(shí)，由于污漬覆蓋金屬和水，不會(huì)發(fā)生腐蝕。當(dāng)水溶解時(shí)，水和金屬之間會(huì)有直接接觸，并可能發(fā)生腐蝕。隨著地?zé)崴Y源的廣泛利用,防垢與防腐成為地?zé)崴眠^(guò)程中亟待解決的問(wèn)題.因此,認(rèn)清結(jié)垢與腐蝕機(jī)理,采用合適的方法對(duì)地?zé)崴慕Y(jié)垢與腐蝕趨勢(shì)進(jìn)行判別具有十分重要的意義.1結(jié)垢與腐蝕機(jī)1.1地?zé)崴械慕Y(jié)垢規(guī)律地?zé)崴牡V化度一般較高,當(dāng)?shù)責(zé)崴畯臒醿?chǔ)層向地面運(yùn)移或在管道輸送過(guò)程中,由于溫度和壓力的變化,其中溶解的某些固體物質(zhì)超過(guò)飽和度,從而有固體物質(zhì)析出并沉積在井管或管線(xiàn)上形成垢層,這樣就發(fā)生了結(jié)垢現(xiàn)象.地?zé)崴赴雌渲饕瘜W(xué)成分可分為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、硅酸鹽垢和氧化鐵垢等.在地?zé)崴眠^(guò)程中,最普遍存在的是碳酸鈣垢.因此可以說(shuō),地?zé)崴刑妓徕}的溶解平衡決定著其結(jié)垢傾向.由碳酸鈣的飽和狀態(tài)可以粗略預(yù)測(cè)其在地?zé)崴械慕Y(jié)垢趨勢(shì):如果地?zé)崴械奶妓徕}處于不飽和狀態(tài),那么該地?zé)崴粫?huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象;如果處于過(guò)飽和狀態(tài),那么該地?zé)崴哂薪Y(jié)垢趨勢(shì).大量的實(shí)踐表明,碳酸鈣處于過(guò)飽和狀態(tài)并不意味著結(jié)垢一定發(fā)生,尤其是在溶解度曲線(xiàn)附近.1.2腐蝕機(jī)1.2.1水質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)氧在陰極上的還原過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜,概言之,先是氧擴(kuò)散到陰極表面,然后氧在陰極上發(fā)生離子化.在中性、堿性、弱酸性的水中,其離子化學(xué)方程式為:O2+4e+2H2O=4OH-,即腐蝕與氧在金屬上的供給量有關(guān).水在平靜或流速甚小的狀態(tài)下,氧到達(dá)金屬表面主要靠擴(kuò)散.但是地?zé)崴谑褂眠^(guò)程中通常都處于流動(dòng)狀態(tài),因此它對(duì)金屬的腐蝕速度既與DO的濃度有關(guān),也與水流速度有關(guān).1.2.2不同濃度下so2-324的腐蝕活性離子的作用主要有:(1)Cl-的作用.Cl-是阻止和破壞金屬表面陽(yáng)極極化,引起局部腐蝕(點(diǎn)蝕、孔蝕)的重要因素.在Cl-濃度甚大的地?zé)崴?即使DO濃度不大,金屬表面的鈍化膜仍會(huì)被破壞.實(shí)驗(yàn)表明:在25℃下,Cl-濃度達(dá)100×10-6mg/L以上時(shí),就會(huì)發(fā)生劇烈腐蝕.(2)SO2-42?4的作用.SO2-42?4也是加速金屬局部腐蝕的因素.在低濃度下,SO2-42?4的腐蝕性高于Cl-;SO2-42?4濃度接近1×10-6mg/L時(shí),腐蝕驟然加劇,達(dá)到1×10-6mg/L后腐蝕速度趨于峰值,之后保持峰值水平,基本不受SO2-42?4濃度增加的影響;但是當(dāng)Cl-和SO2-42?4濃度都達(dá)到100×10-6mg/L時(shí),Cl-造成的腐蝕率大于SO2-42?4.保護(hù)性離子的作用主要是指SiO2-32?3、硅酸鹽在水中形成帶負(fù)電荷的膠體并吸附在陰極區(qū),與帶正電荷的Fe2+生成FeSiO3,從而阻滯陽(yáng)極被腐蝕的過(guò)程.通常,在流動(dòng)水系統(tǒng)中,硅酸鹽濃度為150~200mg/L時(shí)便有緩蝕作用,但其濃度不夠時(shí)反而會(huì)加速局部腐蝕.地?zé)崴蠸iO2-32?3含量通常較低,不能起保護(hù)作用,而成為腐蝕性離子.溶解的CO2(ag)與HCO-3、CO2-32?3的作用.當(dāng)?shù)責(zé)崴c大氣平衡時(shí),溶解的CO2(ag)與HCO-3、CO2-32?3對(duì)金屬管道的腐蝕遵從Henry定律:[CO2(ag)]=KH·p(CO2),(1)式中,KH為Henry常數(shù),它隨溫度升高而減少;p(CO2)為CO2分壓.當(dāng)p(CO2)大于2×105?Pa時(shí),腐蝕嚴(yán)重,低于0.2×105?Pa時(shí),腐蝕比較輕微.2結(jié)垢與腐敗的等級(jí)2.1地?zé)崴到y(tǒng)中ph的測(cè)定Langlier根據(jù)水中碳酸鈣平衡原理,提出用飽和指數(shù)(L.I)來(lái)判別水質(zhì)的穩(wěn)定性:L.I=pH-pHs?,(2)式中,pH為地?zé)崴到y(tǒng)中實(shí)測(cè)的pH值;pHs為地?zé)崴到y(tǒng)中碳酸鈣達(dá)到平衡時(shí)的pH值.Langlier飽和指數(shù)判別水的結(jié)垢與腐蝕的準(zhǔn)則見(jiàn)表1.用Langlier飽和指數(shù)法判別地?zé)崴慕Y(jié)垢與腐蝕趨勢(shì)具有較強(qiáng)的理論性,在具體運(yùn)用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)考慮pHs計(jì)算的誤差范圍.同時(shí)由于實(shí)際溫度的變化、抑制劑的加入及濃縮倍數(shù)增加等因素的影響,它的使用有一定的局限性.2.2r.i+k-l2phs-ph穩(wěn)定指數(shù)法美國(guó)從事地?zé)釕?yīng)用研究的化學(xué)家艾利斯(Ellis)首先將Ryznar穩(wěn)定指數(shù)用于地?zé)崴Y(jié)垢與腐蝕趨勢(shì)的判別.該指數(shù)是根據(jù)飽和指數(shù)的含義并在對(duì)各種水的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上提出的,其公式為R.I=2pHs-pH?,(3)式中,R.I為穩(wěn)定指數(shù).通過(guò)不同范圍的R.I值判斷水的結(jié)垢與腐蝕的準(zhǔn)則,如表1所示.因?yàn)長(zhǎng)anglier飽和指數(shù)與Ryznar穩(wěn)定指數(shù)都是以碳酸鈣的溶解平衡作為判斷依據(jù),所以在一般情況下,利用這兩種指數(shù)得出的結(jié)論基本相同;但是Langlier飽和指數(shù)的理論性強(qiáng),而Ryznar穩(wěn)定指數(shù)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)指數(shù),在一定程度上彌補(bǔ)了Langlier飽和指數(shù)的不足,具有較強(qiáng)的實(shí)用性.在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中配合應(yīng)用這兩種指數(shù)將會(huì)更有助于判斷水的結(jié)垢與腐蝕傾向.2.3氯化物及alk的濃度對(duì)前二種判別方法因沒(méi)有考慮氯離子、硫酸根等對(duì)碳酸鈣垢平衡條件的影響而在使用上有一定的局限性.地?zé)崴新入x子和硫酸根的含量越高,利用前兩種方法得出的結(jié)論越不準(zhǔn)確;其中又以氯化物的影響最為明顯.當(dāng)氯離子含量超過(guò)25%毫摩爾/化合價(jià)百分?jǐn)?shù),并且其絕對(duì)量超過(guò)某一數(shù)值時(shí),采用Larson指數(shù)法判別才能得出正確的結(jié)論.Larson指數(shù)的計(jì)算公式為L(zhǎng)Ι=Cl-+w(SΟ2-4)ALΚ(4)LI=Cl?+w(SO2?4)ALK(4)腐蝕性評(píng)價(jià)時(shí),式(4)中Cl-、SO2-42?4分別為氯化物和硫酸鹽濃度(mg/L),ALK為總堿度(mg/L).結(jié)垢性評(píng)價(jià)時(shí),式(4)中Cl-1、SO2-42?4及ALK均以等當(dāng)量碳酸鈣表示,判別準(zhǔn)則見(jiàn)表1.3上熱儲(chǔ)層地?zé)崴鶕?jù)開(kāi)封地區(qū)地?zé)峋乃牡刭|(zhì)特征,以1300m為界線(xiàn)將熱儲(chǔ)層分為上下兩層.上熱儲(chǔ)層深度一般小于1300m,下熱儲(chǔ)層深度大于1300m;兩熱儲(chǔ)層分別屬于新第三系明化鎮(zhèn)組(Nm)和館陶組(Ng).上熱儲(chǔ)層地?zé)崴V化度小于1g/L,為淡水,硬度小于100mg/L,屬軟水,水化學(xué)類(lèi)型為HCO3?Na型;而下熱儲(chǔ)層礦化度達(dá)4.66g/L,為半咸水,硬度為366.5mg/L,屬硬水,水化學(xué)類(lèi)型為Cl?Na型.本例主要根據(jù)開(kāi)封地區(qū)各熱儲(chǔ)層地?zé)崴嚓P(guān)的水質(zhì)資料,利用Langlier飽和指數(shù)法、Ryznar穩(wěn)定指數(shù)法及Larson指數(shù)法對(duì)其地?zé)崴慕Y(jié)垢與腐蝕趨勢(shì)進(jìn)行判別,結(jié)果如表2所示.4使用規(guī)律和使用限制(1)從表2可以看出,用Langlier飽和指數(shù)法、Ryznar穩(wěn)定指數(shù)法和Larson指數(shù)法對(duì)開(kāi)封地區(qū)地?zé)崴Y(jié)垢與腐蝕趨勢(shì)的判別結(jié)果是基本一致的.少數(shù)(如宋都賓館)出現(xiàn)偏差的原因可能正是Langlier飽和指數(shù)法在使用上的局限性所致.實(shí)際上,宋都賓館地?zé)峋谑褂眠^(guò)程中有輕微結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生.(2)從表2還可以