海洋石油平臺生產分離器陰極保護

王維鋒，陳 超，陳 武

(1.中海石油深圳分公司陸豐油田，廣東 深圳 518067;2.中海油能源發展股份有限公司上海環境工程技術分公司，上海 200030)

南海東部海域某油田步入后期開發，進入特高含水采油期，該油田生產水具有高溫、高鹽和高礦化度等特點。

1 腐蝕情況介質

生產分離器作為油田的“心臟”設施，一旦出現腐蝕穿孔，有可能造成整個油田的停產［1］。表1 為生產分離器生產水水質分析結果，油田生產水pH 值偏弱酸性，氯離子濃度較高，具有較強的腐蝕性。

表1 生產分離器生產水水質分析

生產分離器腐蝕性氣體檢測結果見表2。Pots等認為硫化氫和二氧化碳共存條件下腐蝕非常復雜，當PCO2/PH2S＞500 時，以二氧化碳腐蝕為主，腐蝕產物主要為FeCO3。根據二氧化碳分壓判斷二氧化碳腐蝕性的經驗規律，油田二氧化碳分壓介于0.021～0.21 MPa，屬于二氧化碳中等腐蝕［2］。

表2 生產分離器腐蝕性氣體檢測結果

2 生產分離器內腐蝕控制現狀

該油田生產分離器防腐采用金屬陶瓷涂層和陰極保護聯合的保護方式。在平臺停產期間，開罐對生產分離器罐進行檢查，發現罐內涂層大面積脫落(見圖1)，對生產分離器罐體測厚時發現，罐體局部減薄嚴重。犧牲陽極安裝不足1 a，陽極溶解極不均勻，表面已經結成一層厚厚的硬殼，且有很多裂紋(見圖2)。經查閱犧牲陽極完工資料，發現生產分離器內安裝的陽極是鋅合金陽極，根據GB50393—2008《鋼質石油儲罐防腐蝕工程技術規范》，鋅陽極在溫度高于54 ℃的情況下可能發生極性逆轉，而現場油田生產水溫度約為97 ℃，因此鋅陽極不能起到保護作用，反而將加速罐體的腐蝕。

為抑制生產分離器內腐蝕，需立即采用適宜現場工況的高溫涂料重新涂裝，并嚴格把控施工質量。為保證陽極使用效果，需根據相關標準，并結合罐內介質的電阻率、介質溫度和涂層破損狀況等因素，對鋁陽極尺寸和用量重新進行設計。

圖1 涂層大面積脫落

圖2 犧牲陽極溶解不均勻

3 高溫犧牲陽極陰極保護設計

(1)保護面積

經計算，生產分離器需要陰極保護的面積為115 m2。

(2)保護電流

保護電流密度i 取50 mA/m2

保護電流:I=1.2·i·S=1.2 ×0.05 ×115=6.9 A

(3)犧牲陽極選型及發生電流

選用鋁-鋅-銦-鎘高溫犧牲陽極，型號為A11C-2 陽極規格為500 mm × (115 mm+135 mm)×130 mm，重為23 kg 陽極。

式中:ΔE—陽極的驅動電位，取0.25 V

R—陽極的接水電阻，Ω

ρ—油田生產水的電阻率，根據水質分析結果，取22 Ω·cm

L—陽極長度，cm

r—陽極當量半徑，cm

計算得陽極發生電流If=1.18 A

(4)犧牲陽極理論用量計算

根據所需電流量，按下式計算所需要的陽極質量:

式中:I—所需電流量，A;

t—保護系統設計使用年限，t=3 a;

Q—陽極的實際電容量，考慮到高溫下陽極的電容量急劇下降，Q=1 000 A·h/kg;

μ—犧牲陽極的利用系數，取0.8

W—所需陽極的凈重(kg)。

經計算，生產分離器犧牲陽極理論用量為226.7 kg。

(5)所需陽極塊數

生產分離器:N=226.7/22≈11(塊)

安裝11 塊A11C-2 鋁合金陽極，可滿足生產分離器陰極保護要求。

4 結論和建議

(1)部分油田生產分離器內安裝鋅合金陽極，由于鋅陽極在溫度高于54 ℃的情況下可能發生極性逆轉，而現場油田生產水溫度較高，因此鋅陽極不能起到保護作用，反而將加速罐體的腐蝕。

(2)鋁陽極隨著使用環境溫度的升高，電化學性能急劇下降，需針對油田現場工況進行設計。

［1］蔣進忠，牛耀玉，劉麗玲，等.寶浪油田聯合站三相分離器腐蝕與防護技術［J］.腐蝕與防護，2002，23(8):353-355.

［2］樂鉆.南海東部海域海上油氣田設施腐蝕與防護應用技術［M］.北京:石油工業出版社，2013:164-165.