海上油田儀器儀表的防腐蝕措施和選型原則

摘要：在目前工業儀器儀表類型的基礎上，對海上油田儀表設備的腐蝕特點進行分析，總結了儀器儀表在海上油田油氣處理中應考慮的防腐因素和選用原則，并根據實際情況提出適合的防腐措施和建議。

關鍵詞：儀器儀表；防腐蝕；海上油田

引言

海上油田生產的一個重要特點是，海上平臺生產裝置集成度高，自動化水平高，生產效率高。生產裝置的安全操作，平穩且高效率的運行，都是以相關的儀器儀表正常運行為基本條件和重要保證。儀表的腐蝕主要指對于構成工業儀表零部件的金屬或非金屬材料，由于物理作用、機械作用、化學或電化學作用引起的侵蝕。海上油田儀表設備的主要腐蝕類型是電化學腐蝕及物理、機械作用造成的對儀表材料的侵蝕。

1.海上油田儀表設備腐蝕的類型

1.1電化學腐蝕：電化學腐蝕是儀表在腐蝕環境中最主要的失效原因，是指金屬材料與介質發生電化學作用而引起的腐蝕，其特點是腐蝕過程中伴隨有電流產生，金屬的腐蝕大多由電化學腐蝕所致。

1.2化學腐蝕：指儀表材料與干燥高溫氣體或非電解質溶液（苯、乙醇等）發生化學作用所引起的腐蝕。比較典型的如：儀表材料在生產裂解裝置和再沸器或沸騰爐中的腐蝕。

1.3由于物理、機械作用造成對儀表材料的侵蝕。如：在原油處理過程中，高壓閥芯受到汽蝕而產生的破壞。

1.4儀表用非金屬材料（如塑料）受大氣或介質作用引起的溶解、溶脹。

2.關于海上油田常見工藝環境下儀器儀表的選用

就金屬材料而言，常見的腐蝕形態有均勻腐蝕、晶間腐蝕、小孔腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕破裂、氫脆、腐蝕疲勞、電偶腐蝕、磨損腐蝕等。因此，根據腐蝕環境的腐蝕性質來選用耐蝕金屬材料，是保證儀表具有所期望的使用壽命的關鍵。

2.1根據儀表元件的功能作用和制造工藝要求，選擇具有相應物理、機械和工藝性能的材料。

例如：制作彈性敏感元件時，要選用具有高彈性模量及彈性極限的材料，制作閥芯、閥座時要選用高硬度、高耐磨性，并能耐一定程度沖擊的韌性材料，制作焊接部件時，要選用晶間腐蝕傾向小，并具有良好焊接性能的材料。

2.2根據腐蝕環境選擇耐蝕材料

對于材料耐蝕性能的評價，必須指明其所處的腐蝕環境。腐蝕學中把包含有腐蝕性物質的環境稱為腐蝕環境。實際的腐蝕環境是非常復雜的，往往包含著多種腐蝕性能各異的物質，并且環境的溫度、壓力、運動狀態等千差萬別，因此其腐蝕性能有著極大的差別。同一種材料，在不同的腐蝕環境中，會表現出截然不同的耐蝕性能來。例如在弱腐蝕性環境中能耐蝕的材料，一遇到強腐蝕環境，可能很快就會被腐蝕損壞，在氧化性腐蝕環境中能耐蝕的材料，用于還原性腐蝕環境中時，卻往往有完全不能適應的情況，某些耐均勻腐蝕性能很好的材料，用于易發生應力腐蝕開裂的腐蝕環境中時.很可能會發生嚴重的腐蝕損壞事故。

對于與腐蝕介質直接接觸的儀表而言，根本性的措施是正確的選用耐蝕儀表材料，主要應考慮材料的性能、儀表工作環境的腐蝕性質，材料成本及要求使用的年限等因素。在典型介質腐蝕環境下的儀表材料的選用可參考相關的工業儀表手冊，但應根據溫度壓力等條件的不同而加以分析，這樣才能有效的防止儀表失效。

3.海上油田儀器儀表的一般防腐措施和推薦做法

在特定的工況下，儀表材料的正確選取是儀表防腐蝕最重要的手段，但有時也可采用使儀表與腐蝕介質隔離的方式，尤其是需要考慮儀表材料的成本時，可考慮此法。

3.1海上油田儀器儀表的一般防腐措施

應用隔離液：采用隔離液是防止腐蝕介質和儀表直接接觸的有效辦法。這個辦法，當無法選擇合適的耐腐蝕儀表時，在壓力、流量、液面測量中可以采用。采用隔離液的目的是將被測的腐蝕性介質與儀表測量部分分隔開來，因此，隔離液必須既不能與被測介質互溶或起化學作用，也不能對儀表測量部件有腐蝕性。隔離通常用隔離膜片或隔離液將被測介質與儀表傳感部件或測量管線隔離，達到防腐作用。膜片隔離常用在膜片壓力表也稱隔膜壓力表上。隔離液隔離常用于流量、壓力、液位測量系統的測量管線上，采用管內隔離和容器隔離兩種形式。

吹氣：采用吹氣法就是用吹入的空氣（或氮氣、惰性氣體等）來隔離介質對儀表測量部件的腐蝕作用。顯然，空氣與被腐蝕介質應該不能互相作用。吹氣法一般用在低壓的液位、流量或壓力測量系統之中。在液位，流量測量系統中，為了隔離介質對儀表測量部分的腐蝕作用和堵塞作用，還常常采用吹液法。

應用保護管：保護管常用于測量溫度的一次元件中。當被測介質會腐蝕熱電偶、熱電阻或其他溫度計的套管時，可以在其外裝一保護管。保護管的材料應適當選擇，以便抵抗腐蝕介質的侵蝕。常用的由金屬，合金，非金屬做成。其長度按一次元件的插入深度而定，而形狀、壁厚則與工作壓力有關。

應用保護膜：在零件或部件表面上制成保護層，是機械工業和化學工業中十分普遍的防腐蝕方法，這種方法對儀表設備的防腐蝕有相當好的效果。按照保護層的材料和制成原理的不同，可分為如下幾種：金屬保護層如電鍍，非金屬保護層如油漆，電鍍是使用最方便、應用最廣泛的一種金屬保護層方法，它有良好的防腐蝕性能。

3.2使用帶隔離裝置的儀表

海上油田產出的油氣，介質粘度較大且多為腐蝕性介質，因此在測量其壓力或使用差壓式流量計測量其流量時，除可選用耐腐蝕的材料制造檢測儀表外，還可使用隔離裝置保護檢測儀表和部份連接管道（導壓管）以免受腐蝕性介質的腐蝕或粘黏有害物質。這種隔離裝置就是在檢測儀表與被測介質之間安裝一個隔離器，如隔膜式壓力表的隔膜，其將儀表的檢測元件與被測介質隔絕開來。

4.總結

隨著我國對能源的需求與日俱增，海上油田的規模將越來越大，其工藝設備自動化水平也將提高，儀器儀表將大量應用在海上生產設施中，因此相關儀表設備的防腐要求是儀表設備選型中必須考慮的問題。海上儀器儀表的腐蝕成因主要是由物理作用、機械作用、電化學作用引起的侵蝕，可通過結合工藝條件，選擇合適材質的儀表或采取一定的措施，如選擇合理的檢測手段，來滿足儀表的防腐蝕要求。

參考文獻：

[1]陸德民主編.石油化工自動控制設計手冊.第三版.化工出版社，2000

[2]中國海洋石油公司.海洋石油工程設計指南.石油工業出版社，2007

作者簡介：王煜（1983—），從事海洋石油鉆采設施儀表控制方面的設計工作，工程師。