油田壓力容器和儲罐內涂層的應用范文

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摘要：

采用涂層技術是油田壓力容器和儲罐內防腐的主要方法。為保證容器安全可靠運行，應該合理選擇涂料類型，嚴格規范施工過程，準確檢測涂層質量。通過文獻調研和現場工況分析，總結了涂層防腐機理和失效機理、油田常用涂料的特性和適用條件以及涂層適用性評價方法，同時提出了涂層施工質量控制的方法，明確了常用檢測儀器對應的檢測項目，并從進罐查看、施工準備、表面處理和現場涂裝等4個重要環節具體分析了施工過程存在的問題，針對各種問題提出了解決措施。據此將為油田壓力容器和儲罐內涂層的應用提供一定的理論和技術支持，并將顯著提高涂層的壽命和可靠性。

關鍵詞：

防腐；內涂層；適用性；質量控制；檢測

壓力容器和儲罐廣泛應用于工業生產的各個環節，尤其在油田中油氣凈化單元、煉化單元和儲運單元等過程大量使用；因此，提高壓力容器和儲罐的可靠性對油田的安全生產和經濟效益具有重要的意義。目前，服役中的壓力容器和儲罐主要采用的防腐方法有添加緩蝕劑、控制介質溫度、定期清除油泥與積液、加強維護保養以及噴涂涂料等，但最有效且最經濟的還是內涂層技術［1］。本文研究涂層的防腐機理和失效機理，選擇合適的涂料類型，并結合評價涂層適用性的試驗方法，控制涂層施工過程的質量，以及針對存在的問題提出解決對策，旨在提高涂層的施工質量，延長涂層的使用壽命，保證容器的安全可靠運行。

1涂層的防腐機理與失效機理

1．1涂層防腐機理涂層防腐的機理目前還未完全給出準確的分析，被人們普遍認可的有如下5種作用［2－5］。1）屏蔽作用。具有一定厚度的致密涂層能直接隔離金屬和腐蝕性介質的接觸，阻止水、氧及其他離子透過而腐蝕電池。2）緩蝕鈍化作用。涂層含有的某些植物油酸與堿性顏料發生反應，得到具有緩蝕功能的皂類化合物；同時，防銹顏料中的鉻酸鹽、磷酸鹽和鉛酸鹽等在涂層吸水后溶解，與基體金屬發生鈍化反應。3）犧牲陽極保護作用。在涂料中加入鋅粉等比基體金屬更活潑的金屬，一旦發生電化學腐蝕時，鋅粉等活潑金屬會作為陽極首先被溶解，間接保護了基體金屬。4）附著力作用。涂層與金屬表面的附著力可以避免涂層鼓泡或剝離，從而避免由于鼓泡或剝離引起的涂層下水、氧氣等腐蝕性介質的滲透壓增大而加速腐蝕性介質的滲透。5）電阻效應。涂層良好的電絕緣特性能阻止腐蝕電池的形成，可有效抑制電化學腐蝕過程中陰極的放電現象和陽極金屬離子的溶出。

1．2涂層失效機理涂層失效一方面是由于涂層老化導致其性能下降；另一方面是由于水、氧氣和離子的滲透，在涂層微孔、不均勻等缺陷處形成陰極區和陽極區，發生電化學反應而造成的［6－7］。腐蝕引起涂層失效的最典型現象是鼓泡和脫落等。1）涂層鼓泡。涂層中含有的氣體揮發或涂層吸水都會引起涂層鼓泡，并隨著腐蝕介質在涂層內部的滲透，引起基體金屬的腐蝕。隨著腐蝕產物積聚，內壓增強也會引起鼓泡。涂層鼓泡如圖1所示。2）涂層脫落。當涂層的濕附著力降低，水分子會穿過漆膜在金屬基體表面形成水層，透過漆膜的氧氣就會溶解在水中，有了水和氧氣，鋼鐵就有了腐蝕的條件，從而會造成涂層大面積脫落或破損［8］。涂層脫落如圖2所示。

2涂料選型

油田壓力容器和儲罐的防腐涂層大多采用環氧涂料、環氧玻璃鱗片涂料、環氧導靜電涂料和無毒環氧涂料，多為重防腐涂料，且是有機涂料，主體成分是高分子材料或聚合物，具有良好的耐酸堿腐蝕性能。SY／T0319－2012［9］標準中也對不同介質和工作溫度范圍可選用的涂料種類做了規定。對于某些新型涂料，不確定其使用性能時，應先進行試驗評價，或要求廠家出具第三方檢驗機構進行相關試驗的正規報告。每種涂料均應提供詳細的說明書，包括組成、主要特性、用途、基本參數（顏色、光澤、固體份含量、干膜厚度、理論用量、閃點和干燥時間等）、復涂間隔時間、表面處理、前道和后道配套用漆、施工條件、施工方法、施工參數、包裝及貯存、包裝規格、注意事項以及健康與安全等。

2．1無溶劑環氧涂料無溶劑環氧涂料是一種雙組份反應固化型防腐涂料，是由低黏度環氧樹脂（雙酚A或雙酚F）、顏填料和助劑等合成的。添加的固化劑采用低黏度改性胺，為絕緣型涂料［10］。與溶劑型環氧涂料相比，無溶劑環氧涂料具有如下優點：1）無溶劑環氧涂料未采用揮發性有機溶劑作為分散介質，因此，大大降低了對施工人員的身體危害，減少了空氣污染，同時降低了單位面積的涂料消耗；2）涂層的濕附著力較大，在液體腐蝕介質中具有優異的耐久性；3）在固化過程中收縮率非常小，從而具有一次性成膜較厚、內應力小、邊緣覆蓋性好以及不易產生裂紋等特點；4）濕膜在干燥時不會因溶劑揮發而產生孔隙，致密性較高；5）涂料中固體含量高，在交聯固化過程中，交聯密度更高，涂層的力學性能更優良。因此，油田壓力容器和儲罐大都采用無溶劑環氧涂料，具有耐磨耐沖擊性能，可應用到通風不良的較為密閉的原油處理壓力容器或設備的內防腐。

2．2環氧玻璃鱗片涂料環氧玻璃鱗片涂料由環氧樹脂、玻璃鱗片、顏料、固化劑、助劑和溶劑等組成。涂料中的玻璃鱗片（主要成分為SiO2）填料具有如下優點：1）玻璃鱗片可以使涂層在固化過程中形成無數很小的空間，減小了涂層的收縮應力和膨脹系數；2）玻璃鱗片填補了涂層固有的間隙，與金屬基體形成多層的平行布局，當腐蝕性介質滲透時阻力會更大，介質滲透擴散至金屬基材的時間便會延長，從而隔離了腐蝕介質，實現了有效防腐的目的［11］。因此，玻璃鱗片涂料以其良好的抗滲透性和耐蝕性，在化工反應裝置、原油貯存設施和污水處理裝置等方面應用廣泛。

2．3環氧導靜電涂料原油在流動、攪拌、抽提、過濾、混合和加注等工況下，由于摩擦而產生靜電荷，靜電荷不斷聚集，當電壓到一定值時會進行尖端放電，放電的能量高于原油蒸汽與空氣混合物的爆炸極限時，會引發靜電起火和爆炸等事故［12］。在油罐內壁涂覆防靜電涂料，既起到防腐作用，又起到防靜電的作用，近幾年在原油處理設備中受到重視，并大力推廣。環氧導靜電涂料是在環氧涂料的基礎上，加入導電材料和導電助劑制成的，除了具備環氧涂料的性能外，還具有良好的抗靜電性能。環氧導靜電涂料一般適用于原油和成品油等含油類的儲罐或容器。由于導靜電涂料在施工后，涂層漏點尚無有效的方法進行檢測，因此，導靜電涂料應用在需要作靜電導出的區域或部位，對于無需進行導靜電處理的區域，如介質為污水的儲罐或容器，為保證內涂層的施工質量和防腐效果，一般不建議使用導靜電涂料。

2．4無毒環氧涂料無毒環氧涂料與環氧涂料類似，由環氧樹脂、顏填料、特種助劑和溶劑及聚酰胺脂等組成，主要用于油田場站的生活用水等容器內壁，以起到防腐的作用。目前，在我國允許使用的食品容器內壁涂料有環氧樹脂涂料、過氯乙烯涂料和漆酚涂料等，但是過氯乙烯樹脂含有致癌的有毒化合物———氯乙烯單體，而部分群體又對漆酚涂料會產生過敏；因此，環氧樹脂涂料是國內外食品容器首選的防腐涂料［13］。無毒環氧涂料的技術要求與環氧涂料的類似。根據《生活飲用水衛生監督管理辦法》的要求，無毒環氧涂料應依據《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》（2001）和GB／T5750—2006《生活飲用水標準檢驗方法》［14］進行無毒無害檢驗（如：浸泡試驗、病理學檢驗等），并由衛生部認可的涉及飲用水衛生安全性產品檢驗機構（如：中國疾病預防控制中心環境與健康相關產品安全所）出具檢驗報告，合格后方可使用。

3涂層適用性評價

3．1高溫高壓腐蝕試驗采用高溫高壓腐蝕設備，模擬油田的高溫高壓環境，主要研究油田壓力容器和儲罐用內涂層處于油田現場高溫高壓CO2／H2S／Cl－存在下的腐蝕性能。依據SY／T6717—2008［15］標準附錄C的試驗方法，每種涂層取3個平行試樣，先檢查試樣表面涂層是否光滑、均勻，有無針孔和氣泡等表觀缺陷，確保涂層完好后將試樣平均置于三相（氣相、原油和水相）環境中，對涂層進行防腐性能評價，其中氣相由CO2／H2S／N2等組成，水相為模擬地層水。通入氮氣2h除氧后，將高壓釜密封，溫度和壓力升至設定值，浸泡4～7d。在試驗結束后，待釜體自然冷卻且降至常壓，用蒸餾水沖洗試樣，再進行相關的測試及形貌觀察。

3．2電化學測試試驗利用電化學阻抗譜（EIS）、動電位極化技術和SEM等方法，研究涂層在質量分數為3．5％的NaCl溶液中的開路電位－時間曲線、EIS和極化曲線，并觀察電化學試驗前、后涂層的宏觀表面形貌、SEM形貌及EDS能譜圖［16］。試樣加工成15mm×3mm的小圓柱形狀，用釬焊（如錫焊）或點焊的方法將導線焊在試樣的非涂層表面上，人為制造的缺陷厚度為涂層的厚度，利用環氧樹脂、乙烯樹脂或石蠟松香混熔物等絕緣物對非涂層面部分和導線進行涂覆密封或可鑲嵌，涂層面作為工作電極面進行電化學測試。

3．3涂層質量評價試驗1）宏觀形貌測試。對試驗后的涂層進行表觀測試，主要評估涂層表面是否平整、色澤是否均勻，是否有氣泡、針孔、皺皮或裂紋等缺陷。將涂層分別沿長度和寬度方向分成若干部分，并對各部分分別進行評估。2）涂層附著力測試。參照SY／T0442—1997標準附錄B的方法［17］，對試驗后的涂層進行附著力測試。首先將涂層試樣放入濃度為10％的NaCl溶液中，加熱到（75±3）℃，并恒溫48h；取出試樣后用小刀在試樣中部劃割一個尺寸為12mm×25mm的長方形；自然冷卻后用小刀從長方形的任意一個角插入涂層下面，連續推進小刀，直到長方形內的涂層全部被撬離或涂層顯示出明顯的抗撬剝性為止。試驗結果按如下級別評價涂層的附著力：1級為涂層明顯地不能被剝離；2級為被剝離的涂層≤50％；3級為被剝離的涂層＞50％，但涂層表現出明顯的抗剝離性能；4級為涂層很容易被撬剝成條狀或是大塊碎屑；5級為涂層成一個整片被撬離。試驗結果以平行試樣中級別最低的試驗結果代表該樣品的附著力級別。

4涂層施工質量控制

4．1涂層檢測涂層質量受施工過程質量控制，“三分涂料，七分施工”，因此，內防腐層施工質量不達標將會對容器的服役埋下隱患。涂層施工過程中的關鍵因素包括施工環境、表面處理、表干時間、實干時間和涂刷工藝等，具體見表1。施工環境（包括環境溫度、相對濕度、露點溫度和表面溫度）應在每道涂料涂裝前進行測量，施工環境符合標準要求，方可進行涂料涂裝施工；表面處理效果（包括除銹等級、結構缺陷、清潔度、鹽份測試和表面粗糙度）在第1道底漆涂刷施工前檢查，合格后方可進行涂料涂裝工序。涂層質量（包括外觀、厚度和漏點）則應該在每一道涂層涂裝完畢，且涂層表面干后進行檢查。在涂層施工完畢后，對涂層質量進行最終驗收，包括外觀、厚度、漏點和附著力等項目的檢測。

4．2常用檢測儀器涂層施工過程中常用的檢測儀器及對應的檢測項目見表2。一般要求環境溫度應為5～45℃，鋼板溫度露點溫度＋3℃，噴砂除銹等級≥Sa2．5，局部需手工打磨時除銹等級≥St3，錨紋深度應為40～80μm，單層干膜厚度約為50μm，實干后的總厚度≥250μm或規定的厚度值，電火花檢漏電壓為5V／μm，以無漏點為合格。

5涂層施工存在的問題及應對措施

對壓力容器或儲罐內涂層停產檢修時，首先要收集容器信息，選擇合適的涂料；其次進罐檢查，制定并經防腐專家審核防腐方案和施工方案；然后做施工前的準備；最后嚴格按防腐方案和施工方案進行表面處理和現場涂裝，漆膜實干后進行涂層質量檢測驗收。在檢修過程中的操作不規范，常會導致涂層質量不合格，加速涂層失效，產生安全隱患和經濟損失。結合現場實際和大量涂層失效案例，對涂裝過程部分常見典型問題進行分析，提出解決措施（見表3）。

6結語

金屬腐蝕是造成油田安全事故最主要的原因，而目前油氣井采出液中普遍高含H2S和CO2，對油氣下一步凈化和儲運處理設備提出了更高的防腐要求；因此，保證防腐質量、提升防腐效果對延長壓力容器或儲罐的使用壽命至關重要。針對涂層防腐技術在壓力容器和儲罐的應用，本文詳細分析了涂層防腐機理和失效機理，并對目前油田常用的涂料特性和適用范圍進行了討論，提出了涂層適用性評價方法和涂層施工質量控制的方法及檢測過程。結合現場實際，分別從進罐查看、施工準備、表面處理和現場涂裝等4個重要環節詳細分析了典型施工問題，提出了具體的解決措施和控制要求，為壓力容器和儲罐內涂層的可靠性提供了理論和技術支持。

作者：宋成立 林冠發 袁軍濤 李磊 單位：中國石油集團石油管工程技術研究院