郭国梁

中国石化润滑油有限公司上海研究院

随着我国国民经济的高速发展，对能源提出了巨大需求。尽管可再生能源近年来在能源供应结构中占据的比例正不断提升，但以石油为代表的化石燃料在未来相当长的一段时间内，预计仍将在能源供应中占据主导地位[1]。石油管道在保证石油供应稳定方面起着不可替代的作用[2]。管道输油具有运量大、密闭性好、成本低和安全系数高等特点。同时，输油管道埋藏在地下，受气候环境影响较小，环境污染较小，运输损耗率较低。

钢管扩径油是大口径石油运输管道的扩径加工工艺中必不可少的润滑辅料。目前较为先进的大口径钢管是采用JCOE（直缝埋弧焊钢管）多道次渐进压制成型扩径工艺方法生产[3,4]。从生产工艺要求看，钢管扩径油需要具有优异的润滑性能、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，接到国内某钢管厂反馈，其所使用的扩径油（国内某品牌，可满足扩径、冲洗工序工艺要求）乳化液在进行水处理时出现滤渣黏连滤布、过滤水不清澈的异常现象。针对该问题，技术人员对现场乳化液水处理工序进行了跟踪服务和技术指导，排查问题原因，提出解决方案。

钢管扩径油的性能要求

钢管生产总体工艺流程为：钢管钢板原材料探伤选择—板材修边—J型—C型—O型卷制成型—焊接—探伤检测—强力整形扩径（E:扩径机，用到扩径油）—内壁冲洗—修口—抗压试验与探伤检测—防腐处理—成品—入库[3，4]。其中，扩径加工是大型石油运输管道生产成型的重要工序（使用钢管一次整体机械扩径机，对钢管进行扩径、整圆、矫直使其具有良好的几何尺寸精度,内应力的分布较理想），该工序需要专用油品。扩径油主体原料有两种：氯化石蜡和氧化菜油。由于环保原因，氯化石蜡为主体的扩径油逐渐退出市场，目前主流扩径油竞品大多采用氧化菜油作为主体，加入硫磷极压剂以提高极压性能，加入乳化剂以提高使用后被冲洗过程中的乳化性能[5]。

本文针对某钢管厂在用某品牌钢管扩径油乳化液在进行水处理时出现滤渣黏连滤布、过滤水不清澈的异常现象，结合现场情况和对水处理工艺的分析，发现扩径后乳化液加剂絮凝效果不佳，进而影响了过滤效果。为此开展了实验室乳化液水处理絮凝试验，确定了絮凝剂NaOH、AlCl3合理的加剂比例。生产验证结果表明，当絮凝剂NaOH、AlCl3的添加比例分别为a%、c%(均为质量分数）时，乳化液絮凝效果良好，过滤水恢复清澈状态，滤渣可自动脱落或抖动滤布后脱落，完全可满足扩径油扩径、冲洗后形成的乳化液水处理要求，获得了客户认可。

钢管扩径油的主要性能要求如下：

◇较高的运动黏度：高黏度产品，以便为扩径加工提供良好的黏附效果，保证扩径头模块有足量的扩径油润滑；

◇优异的极压性能：保证扩径头在强力扩径过程中有足够的油膜强度，保证扩径头模块间及管壁间足够的润滑，避免扩径头模块划伤、断裂；

◇良好的防腐蚀性能：保护扩径机铜管管线不被扩径油腐蚀，避免造成漏油现象；

◇易清洗性：该产品为乳化油产品，遇水乳化，扩径后残留管壁上的扩径油在冲洗工序遇水容易乳化，容易被清洗掉，以保证钢管内壁质量和防腐层涂覆效果，且有利于后续乳化液水处理；

◇良好的后处理性能：易乳化，加入絮凝剂后容易絮凝、油水分离、压滤固化，保证乳化液水处理无害化，达到环保要求。

现场跟踪及技术支持

背景情况

国内某钢管厂扩径车间在2016年12月初使用某品牌钢管扩径油，正常生产一年后，在2018年1月中旬反馈扩径油乳化液水处理后出现滤渣黏滤布、过滤水不清澈现象。如图1、图2所示。

图1 滤渣黏滤布

图2 过滤水不清澈

车间于2月初清理乳化液槽，但清槽处理后以上现象依然存在。从油品本身的性能，结合前期正常使用的情况看，初步判断该问题可能与水处理工艺有关。因此，对客户水处理工艺进行了跟踪和技术指导。

乳化液水处理工艺

乳化液水处理工艺是对钢管生产使用扩径油扩径后在冲洗工序用水冲洗钢管残留的扩径油时形成的乳化液的处理工艺，工艺流程为：冲洗—乳化液存储—絮凝—絮凝物压滤—吹风固化—存储，如图3所示。

图3 乳化液水处理工艺示意

所涉及主要设备及作用如下：

◇乳化液槽：用于储存冲洗钢管残留扩径油形成的乳化液。

◇乳化液絮凝槽：每天从乳化液槽抽中取部分乳化液，先后按照a%、b%（均为质量分数，下同）比例加入NaOH和AlCl3，使乳化液油水分离，上层为清水，下层为絮凝物。

◇污泥槽：用于收集乳化液絮凝槽下层絮凝物。

◇箱式压滤机：过滤污泥槽过来的絮凝物，絮凝物中滤渣在压滤腔中蓄积，过滤水进行下一步水处理。滤渣积累到一定量后进行吹风。

正常状态：箱式压滤机吹风后滤饼较干燥，可从滤布上自然脱落或抖动滤布后脱落。压滤过程中，过滤水清澈。

乳化液水处理过滤异常问题的原因分析

综合分析，乳化液水处理过滤异常的原因如下：

◇钢管扩径油冲洗工序后形成的乳化液，在加剂絮凝过程中效果不好，出现油水分离不彻底、不分层、絮凝物少、不沉淀，进入污泥池，被泵入压滤机进行压滤。乳化液絮凝不好，可能与NaOH、AlCl3加剂量和操作规程执行不当有关。

◇絮凝物压滤时，压滤机腔室未充满滤渣导致吹风时高压空气顺空隙吹过，吹不到滤渣导致不易吹干，吹风时间不够，达不到吹干滤渣形成滤饼的时间，未形成干燥的滤饼前提前打开了压滤隔板。

跟踪情况

实验室乳化液水处理絮凝试验

为提升乳化液絮凝效果，开展了实验室乳化液水处理絮凝试验。采用某品牌钢管扩径油新油配置的乳化液（样品1）、现场待处理乳化液（乳化液絮凝槽中取样，样品2）、分别进行试验。

试验方法：先将NaOH固体颗粒和AlCl3固体颗粒分别以一定比例加入乳化液，充分搅拌，静置后观察、判断油水分离、分层效果、絮凝物沉降聚集效果。当NaOH固体颗粒和AlCl3固体颗粒添加比例分别为a%、c%时，油水分离好，水与絮凝物分层明显，絮凝物聚集沉降容器底部，即认为试验效果好，因为实现油水分离、絮凝物聚集沉降容器底部，将有利于后续的絮凝物泵送压滤机压滤、固化。

乳化液水处理絮凝试验后外观如图4所示。

图4 乳化液水处理絮凝试验后外观

由图4可见，样品1、样品2的絮凝效果明显优于样品3（车间处理后絮凝液，污泥槽中取样，为乳液状态，没有絮凝特征）；补加AlCl3对样品3进一步处理，絮凝效果明显改善，有分层出现。

将上述絮凝物（即样品3补加AlCl3产生的）用滤布过滤后，滤渣放置阳光自然晾晒。晾晒24 h后，其晾晒情况良好，没出现黏滤布现象，如图5所示。

图5 滤渣晾晒外观

生产验证

在现场的絮凝槽中，进行了加剂处理的絮凝效果对比：

◇按指导方案的絮凝槽，即NaOH与AlCl3分别按照a%和c%比例加剂处理，絮凝效果更好，如图6所示。

图6 指寻方案絮凝效果较理想

◇按客户原比例絮凝（即按照a%和b%(b＜c)比例加入NaOH与AlCll3）的絮凝槽，现场絮凝试验液槽有絮凝现象,但是效果不好，絮凝物经搅拌后无法再次絮凝，可以认为絮凝未达到效果，如图7所示。之后，在b%比例的基础上补加絮凝剂AlCll3至添加比例为c%，絮凝情况改善，如图8所示。

图7 原比例絮凝未达到效果

图8 补加絮凝剂AlCl3后絮凝效果改善

将絮凝物连续泵入压滤机，24 h后，打开压滤机，处理后的滤渣有黏连滤布现象，腔室未充满。继续将絮凝物泵入压滤机压滤，48 h后，滤渣黏连滤布现象有所改善，且滤饼已有部分结块现象，滤饼较少，腔室还未充满，难以成形，仍有烂泥浆状态滤饼，如图9所示。

图9 滤渣较少时滤饼吹风后状态

连续压滤96 h，打开压滤机，滤渣固化情况已有改善，滤布边缘已有结块(此时絮凝正常，继续压滤，暂时不吹风）。期间，压滤过滤水清澈，如图10所示。

图10 压滤时过滤水清澈状态

连续压滤168 h后，吹风风干24 h，压滤机开箱，滤渣充满整个压滤腔室，成形良好，可自动脱落或抖动滤布后脱落，如图11所示。

图11 滤渣充满压滤腔时滤饼吹风后状态

通过改善絮凝效果，滤渣不再黏连滤布，这种状态可满足扩径油扩径、冲洗后形成的乳化液水处理要求，处理效果获得了客户认可。

结论及建议

◇某钢管厂钢管扩径油乳化液水处理过滤效果异常，出现滤渣黏连滤布、过滤水不清澈现象，扩径、冲洗后乳化液絮凝效果不佳。通过实验室水处理絮凝试验，确定了合理的NaOH、AlCl3加剂比例。生产验证结果表明，优化处理条件后可明显改善扩径油乳化液水处理时的絮凝效果，油水分层明显，絮凝沉淀聚集，压滤顺畅，过滤水清澈，达到客户要求。

◇在钢管扩径油应用过程中，是否选择了具有良好性能的钢管扩径油，是否油路畅通和具有足够的油压，是否按照规定的加剂量和操作规程进行钢管扩径油乳化液水处理操作，都有可能影响油品的使用效果。为此，相关油品技术服务人员应做好油品的应用支持工作，为客户提供充分、及时的用油技术指导，使油品最大程度地发挥性能，保障生产的连续高效进行，持续为客户创造可感受到的显著价值。