内防腐技术在油田上的应用

发表时间:2020/7/1   来源:《工程管理前沿》2020年第26卷第8期   作者:何万强
[导读] 本文结合油田实际,从内防腐技术介绍当前油田常用的防腐措施,并就一些先进的防腐措施加以介绍,并提出了油田腐蚀控制技术发展的方向。
        本文结合油田实际,从内防腐技术介绍当前油田常用的防腐措施,并就一些先进的防腐措施加以介绍,并提出了油田腐蚀控制技术发展的方向。
        关键词:内防腐  油田  技术应用
        1.1管道内防腐
        内防腐的方法有许多种,比如用改变环境如采用隔氧措施,避免空气中的氧进入采出水处理系统;添加水质稳定剂来减缓腐蚀、防止结垢和抑制细菌繁殖;使用内涂层和内衬工艺进行防腐;以及阴极保护法等多种措施。本章主要介绍内涂层工艺和内衬里工艺,阴极保护法将在第五章介绍。
1.2 内覆盖层防腐的优缺点
        目前油田中使用较广的是管道内覆盖层防腐,这种方法的优点是:
        (1)防腐效率高,管道内腐蚀主要由点腐蚀开始,使用国内目前的内防腐涂料,完全可以对此加以控制。
        (2)水力学效率提高,因为管道内壁光滑,内压显著降低,节能又加快了输送速度。
        (3)减少结垢,因管子内壁光滑,介质不容易在管道内结垢。通过消除管道内腐蚀和结垢,可改善管道的使用效率。
        实践证明,这种方法能使金属与电解质隔开,是有效解决管道内腐蚀的途径之一,但内涂层也一定局限性,表现在:
        (1)金属内表面处理难度大,在表面除锈不彻底,局部不平滑、涂料不均质、搬运和安装碰撞的情况下,都可能导致涂层粘结力下降,出现针孔和漏点。
        (2)涂层和金属弹性模量不一致,当管线工作温差大、压力波动时,会加速对涂层的损害,甚至产生裂纹,从而降低使用寿命。
        所以,在对金属内表面进行防腐处理时,应在使用涂层覆盖的同时,加以阴极保护等措施进行辅助防护,一般来说,应用99%的涂层防护加1%的阴极保护来进行防护。
1.3内防腐涂层的选择
        内覆盖层防腐主要是由使用内涂层和衬里金属来实现,其中涂料防腐较为经济,在油田中被广泛使用。
        涂料防腐是将涂料均匀致密的涂在经除锈的金属管道或油罐的表面形成保护层,将钢铁基体与腐蚀介质隔绝,切断电化学腐蚀电池的电路,破坏腐蚀产生条件。其特点为:
   (1)性能良好的涂料配合精良的施工工艺,可获得很好的保护效果;
   (2)涂料防护的适应性好,对比较复杂的结构表面都可以得到良好的防腐涂层;
   (3)涂料涂层有较好的适应性,能适应因温度变化或受力作用引起的变形,并能在振动等情况下,不发生裂纹脱落破坏;、
        2 油罐内防腐
        与管道不同,油罐等容器的腐蚀破坏主要发生在内壁处。所以对油罐进行内防腐处理尤为重要。
        2.1 油罐的内腐蚀成因及特点
原油储罐内腐蚀主要是原油中含有的环烷酸、无机盐、硫化物以及微生物等对钢铁造成的腐蚀。腐蚀严重的部位是罐底水相部分, 其次是加热管, 严重者3~4 年就穿孔破坏。腐蚀特征是产生斑点、坑蚀甚至穿孔,腐蚀率可高达0.2mm/a~0.4mm/a。
罐顶气相部位。以化学腐蚀为主,主要为均匀腐蚀,也伴有不均匀的全面腐蚀。这是因为油料中挥发出的酸性气体H2S、HCl,外加通过呼吸气阀进入罐内的水分、氧气、二氧化碳、二氧化硫等腐蚀气体在油罐上凝结成酸性溶液,导致化学腐蚀的发生。


        罐壁储油部位。该部位腐蚀速率低, 一般不会造成特殊危险。但是在气相、液相交界处,即干湿交界处环境潮湿富氧,具备了电化学腐蚀的两个基本要素。
        罐底内表面。其腐蚀形貌为点蚀。主要原因是罐底积聚了酸性沉淀, 酸性水中含有大量的富氧离子,成为较强的电解质溶液,产生化学腐蚀。加上油中固体杂质和油罐腐蚀产物大量沉积于罐底,它们与油罐罐底有不同的电极电位,这就形成了腐蚀电池产生了电化学腐蚀。此处的腐蚀最为严重,腐蚀的程度取决于水中H2S、O2、CO2等浓度及水的矿化度,PH值、有机物含量、无机物含量、盐含量、某些细菌的生命活动及温度、搅混速度等储罐的使用条件等。
4.2.2 油罐的内防腐方法
        在以往一段时间内,对油罐外表面一般都能按规定定期防腐保养,达到了减缓腐蚀、反射阳光、降低损耗的目的,但是对油罐的内表面的防护,却没有得到足够的重视。其实,油罐的内防腐比外防腐更要重要,既可以延长油罐清洗周期,减少人力、物力和时间,增加安全性,更能延长油罐使用寿命,降低投资,此外,还可以减少钢板对油品的催化作用,保证油品质量。
        从目前情况来看,对油罐内部防腐,国内外大都采用避免腐蚀性介质与油罐直接接触的方法, 采用耐腐蚀涂料作表面涂层保护涂料进行防护。要求涂料具有良好的耐油性,在-30~50℃范围内能耐原油、汽油、柴油、煤油、渣油、含油污水等介质的腐蚀。同时考虑到原油进罐后会产生静电积聚,为防止火灾爆炸事故发生,油罐内壁应使用导静电防腐蚀涂料,涂料应具有良好的抗静电性能,为此防腐涂料中往往需加入导静电填料, 使涂料的体积电阻率低于108Ω·m。除此之外, 防腐涂料还应具有良好的物理机械性能, 如附着力强、常温固化、不龟裂、施工方便等。通常涂层要求涂刷3~6 遍, 总厚度为250~ 300μm。国外非常重视油罐防腐工作,大部分采用环氧涂料、环氧煤焦油涂料、玻璃鳞片涂料、锌粉涂料用于油罐防腐,使用寿命7~10年,涂层厚度一般为0.4~0.7mm。其中玻璃鳞片涂料66.5% , 环氧涂料占27.1%;其他涂料占6.4%。
        国内目前常用的储罐涂料主要有环氧树脂、聚氨酯、无机富锌、有机富锌、玻璃鳞片涂料等。一般国内常用的油罐涂料品牌有:8701环氧树脂防腐蚀涂料、TH-4硅酸锌耐油防锈涂料、H-99环氧抗静电涂料、环氧漆酚耐蚀抗静电涂料、聚氨酯抗静电涂料、EP-67环氧树脂玻璃鳞片防腐蚀涂料。
        对油罐内防腐的具体做法是: 罐顶和罐壁上部不经常接触原油的易腐蚀部位采用导静电涂料涂敷;罐壁底油层以下以及罐底板采用耐油、耐蚀、防水、附着性能优异的环氧树脂涂料涂敷;罐壁中间段由于经常接触原油、低含硫原油, 腐蚀相对比较轻微,因此采取一般的防锈涂料防护即可。
        对油罐的内防腐处理工艺中,有一种热喷涂复合防护层的办法,把喷涂的金属原料在高温下熔化用压缩气体或其他惰性气体将熔化的金属吹成雾状迅速地喷射到预先准备好的金属物体表面上这些细小的金属颗粒在飞射过程中是处于熔化状态当撞到被喷射的物体表面后,立即变形、伸平并迅速冷却紧紧地嵌附在被喷涂物体的表面,连续喷射便形成喷涂层。经过热喷铝的钢基组织表面形成了0.1~0.3mm的喷涂层,该保护层可以经受住典型的工业大气及高温考验,能有效的隔绝腐蚀介质的渗透防止钢基在介质中的电化学腐蚀,铝复盖层还能不断地给钢基提供牺牲阳极保护,从而保护金属不受腐蚀。
        然而,从实际应用情况来看,单纯地使用防腐蚀涂层并不能很好地起到防腐蚀的作用。储油罐投产运行3~5 年,就会腐蚀穿孔,分析认为,防腐蚀涂层起到将储油罐基体与腐蚀环境相隔离的作用,涂层往往会因施工过程或本身结构的缺陷,在局部产生破裂而穿孔,在高电解质浓度和较高环境温度的腐蚀条件下,防腐涂层易老化,出现龟裂及剥离现象,导致储油罐基体暴露在介质中,裸露的金属基体形成阳极,覆盖层成为大阴极,形成局部腐蚀电池导致罐体腐蚀穿孔。阴极保护是金属设备防腐蚀的有效的方法之一,对电偶腐蚀、浓差电池腐蚀、孔腐蚀等电化学腐蚀和细菌腐蚀均有较好的抑制作用。其基本原理是通过外加电源或连接牺牲阳极将处于介质中的金属设备的自腐蚀电位负移至完全保护电位之下,使金属设备免遭介质的腐蚀。例如对于钢铁构件,当通过外部电源或牺牲阳极的方法将其自腐蚀电位降低至-0.85V以下,其腐蚀进程将会停止。裸露的金属设备采用阴极保护方法使其处于完全保护电位之下,需要较大的保护电流,造成消耗大量的外部电能或损耗大量牺牲阳极材料。
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