金屬罐復(fù)合材料內(nèi)膽防腐技術(shù)應(yīng)用與探索

石 琳，杜寧波，朱名昭，張道平，龍雄云

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，陜西西安 710021）

1 采油三廠儲(chǔ)罐腐蝕現(xiàn)狀及原因分析

1.1 采油三廠儲(chǔ)罐腐蝕現(xiàn)狀

采油三廠現(xiàn)有各類(lèi)大型儲(chǔ)罐（≥1000m3）46具，500m3及以下儲(chǔ)罐67具，儲(chǔ)罐維護(hù)周期3～5a。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)罐破損位置主要集中在罐壁、罐底以及內(nèi)部盤(pán)管。2018—2019年，共組織開(kāi)展1000m3以上儲(chǔ)罐維護(hù)6具，維護(hù)費(fèi)用514.71萬(wàn)元。

由表1可以看出，近年儲(chǔ)罐破損位置主要集中在罐壁、加熱盤(pán)管以及罐內(nèi)附件。調(diào)研顯示，我廠1000m3以上的儲(chǔ)罐絕大多數(shù)都存在不同程度的腐蝕，現(xiàn)用傳統(tǒng)防腐方式受施工質(zhì)量、材料本身防腐性能影響，使用壽命不長(zhǎng)，普遍在3～5a，存在薄弱點(diǎn)多、易脫落等問(wèn)題，因此加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)罐防腐針對(duì)性研究與試驗(yàn)，尋求經(jīng)濟(jì)、適用、合理、有效的防護(hù)措施，是降低油田建設(shè)投資和老油田生產(chǎn)成本，提高油田開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)重要任務(wù)。

表1 2018—2019年1000m3以上儲(chǔ)罐破損維護(hù)情況

1.2 儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕的原因分析

原油儲(chǔ)罐的內(nèi)部空間分為氣相、油相和水相（圖1），不同部位接觸的腐蝕介質(zhì)不同，引起腐蝕的原因也不盡相同。

圖1 原油儲(chǔ)罐內(nèi)部空間示意圖

1.2.1 油罐氣相部位

罐頂部?jī)?nèi)壁處在氣相空間中，原油成分中微含硫、硫化物等腐蝕性化學(xué)物質(zhì)揮發(fā)，與通過(guò)呼吸閥進(jìn)入罐體的水分、氧氣、二氧化碳等腐蝕性氣體形成弱酸溶液，主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：

造成罐頂部發(fā)生坑點(diǎn)腐蝕、片狀腐蝕等局部腐蝕導(dǎo)致穿孔。

1.2.2 油罐儲(chǔ)油部位

該部位直接與原油接觸，由于油品內(nèi)和油面上部氣體空間中含氧量的不同，會(huì)形成氧濃差電化學(xué)腐蝕。但罐壁上黏結(jié)了一層相當(dāng)于保護(hù)膜的原油，因而腐蝕速率較低，腐蝕輕微，一般不會(huì)造成較大危險(xiǎn)。但當(dāng)氧含量由0.02mg/L 增加到0.065mg/L 時(shí)，金屬的腐蝕速度將增加5倍，含氧量增加1mg/L 時(shí)，腐蝕速率將增加20倍。在儲(chǔ)罐進(jìn)出液過(guò)程中，液位的變化及攪動(dòng)作用，更加速了這種腐蝕。

1.2.3 油罐內(nèi)底板

油罐儲(chǔ)存原油中的水，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的沉積，在罐底及距罐底3m 以下的罐壁處逐漸形成了沉積水。雖然原油儲(chǔ)罐都涉及有排水管，但由于排水管的中心線(xiàn)一般比罐壁高約300mm，所以罐底始終有200～300mm 的水存在，沉積水中含大量的氯化物、硫化物、氧、酸類(lèi)物質(zhì)等，形成較強(qiáng)的電解質(zhì)溶液，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，造成儲(chǔ)罐內(nèi)壁根部較嚴(yán)重的局部腐蝕。

2 儲(chǔ)罐防腐技術(shù)路線(xiàn)及對(duì)策

2.1 現(xiàn)有儲(chǔ)罐防腐工藝技術(shù)

2.1.1 環(huán)氧防腐工藝（EP防腐）

組分：環(huán)氧聚合物、硬化劑組成的高效純環(huán)氧防腐涂料改性環(huán)氧重防腐涂料。

優(yōu)點(diǎn)：其具有較強(qiáng)的附著力、耐酸堿性、耐水性、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，而且施工方便，費(fèi)用低，常溫固化成膜。

缺點(diǎn)：耐環(huán)境腐蝕性能較差，2～5a 甚至更短的時(shí)間，罐內(nèi)表面及內(nèi)附件就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

2.1.2 環(huán)氧玻璃鋼內(nèi)襯

組分：由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、無(wú)堿玻璃纖維及稀釋劑丙酮組成的增強(qiáng)材料。

優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械性能好，比重小，絕緣性能好，收縮率低，耐腐蝕性?xún)?yōu)良，適用于各類(lèi)強(qiáng)腐蝕環(huán)境。

缺點(diǎn)：對(duì)于內(nèi)附件不易施工，反而影響附件壽命。施工質(zhì)量不佳，容易產(chǎn)生鼓包等缺陷。

2.1.3 犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)罐金屬上，達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)罐減緩腐蝕的作用。

優(yōu)點(diǎn)：防腐性能好，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

缺點(diǎn)：施工工藝復(fù)雜，費(fèi)用高。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況：2004年對(duì)XX 聯(lián)1#5000m3沉降罐進(jìn)行全罐犧牲陽(yáng)極保護(hù)，2013年維護(hù)時(shí)該罐正常運(yùn)行9a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沉降罐3～5a 的平均壽命，具有較好的防腐效果。

通過(guò)上述分析，現(xiàn)有的防腐工藝技術(shù)存在針對(duì)性不強(qiáng)、施工質(zhì)量不佳、周期長(zhǎng)、費(fèi)用高等多種問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足目前儲(chǔ)罐防腐需求，急需開(kāi)展針對(duì)性強(qiáng)、防腐性能高、施工周期短、防腐保護(hù)全面的工藝技術(shù)。

2.2 金屬罐高強(qiáng)復(fù)合材料內(nèi)膽防腐技術(shù)

2.2.1 技術(shù)原理

將纖維增強(qiáng)材料直接鋪放在處理過(guò)的金屬罐內(nèi)壁上，在纖維增強(qiáng)材料上鋪設(shè)一層低孔隙率、低滲透率的脫模布，脫模布上鋪放高滲透的導(dǎo)流布，導(dǎo)流管分布在導(dǎo)流布的上面，然后用真空袋包覆，密封真空袋與罐內(nèi)壁之間的空隙。真空泵抽氣至負(fù)壓狀態(tài)，樹(shù)脂通過(guò)進(jìn)膠管進(jìn)入整個(gè)體系，通過(guò)導(dǎo)流管引導(dǎo)樹(shù)脂流動(dòng)的主方向，導(dǎo)流布使樹(shù)脂分布到鋪層的每個(gè)角落，固化后剝離脫模布，從而得到密實(shí)度高、含膠量低的高強(qiáng)復(fù)合材料。

2.2.2 高強(qiáng)復(fù)合材料內(nèi)膽與傳統(tǒng)工藝性能對(duì)比

①?gòu)?qiáng)度更高（如圖2所示）

樹(shù)脂與玻璃纖維結(jié)合，玻纖含量達(dá)到70%，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。

圖2 真空灌注工藝與傳統(tǒng)工藝對(duì)比

②品質(zhì)更好

在真空環(huán)境下樹(shù)脂受負(fù)壓壓力成型，制品中無(wú)氣泡、接縫少、無(wú)薄弱點(diǎn)。

③揮發(fā)較小

封閉成型，施工過(guò)程中無(wú)樹(shù)脂潑灑或滴落，環(huán)境干凈、安全。

④黏結(jié)性能更優(yōu)

通過(guò)負(fù)壓方式成型，復(fù)合材料內(nèi)膽與罐壁的黏接性高。

2.2.3 應(yīng)用情況

①內(nèi)膽防腐（如圖3、圖4所示）

噴砂除銹吹掃后的金屬罐壁表面達(dá)到Sa2.5級(jí)→刷黏結(jié)劑→在罐壁噴涂噴膠，懸掛、固定纖維布層→鋪脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)→黏接螺旋管、貼密封膠帶→安裝樹(shù)脂進(jìn)膠管、真空管，黏貼真空袋膜、密封→抽真空、注樹(shù)脂→產(chǎn)品固化后，揭去脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)、真空袋膜等真空輔助材料。

圖3 新制內(nèi)膽近景

圖4 內(nèi)膽成品遠(yuǎn)景

②罐頂防腐（如圖5所示）

罐頂采用接觸成型進(jìn)行施工制作。

圖5 罐頂制作成品

③內(nèi)構(gòu)防腐

罐內(nèi)金屬構(gòu)件防腐處理時(shí)，同樣要除銹，除銹后用手糊成型的工藝，將玻璃纖維氈、布鋪覆到金屬構(gòu)件外表，進(jìn)行防腐處理。

2019年，該項(xiàng)防腐技術(shù)分別在采油六廠2具100m3水罐、采油九廠1具1000m3除油罐開(kāi)展試驗(yàn)，防腐效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證（見(jiàn)表3）。

表3 復(fù)合材料內(nèi)膽防腐技術(shù)實(shí)施部分情況統(tǒng)計(jì)

2010年以來(lái)，陸續(xù)在勝利、中原等油田開(kāi)展鋼制儲(chǔ)罐的復(fù)合材料內(nèi)膽試驗(yàn)。在2018年對(duì)兩具水罐進(jìn)行開(kāi)罐觀察，復(fù)合材料內(nèi)膽無(wú)脫落磨損現(xiàn)場(chǎng)，防腐效果很好。其余罐均運(yùn)行正常，罐體無(wú)滲漏破損現(xiàn)象（圖6）。

圖6 商二注清罐后儲(chǔ)罐表面

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

金屬罐復(fù)合材料內(nèi)膽防腐工藝技術(shù)在其他油田應(yīng)用效果顯著，但在長(zhǎng)慶油田目前正處于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和效果驗(yàn)證階段。

金屬罐復(fù)合材料內(nèi)膽防腐工藝技術(shù)將在我廠XX 聯(lián)1#1000m3除油罐開(kāi)展試驗(yàn)，預(yù)期達(dá)到以下效果：

1）應(yīng)用該防腐工藝技術(shù)對(duì)儲(chǔ)罐實(shí)施保護(hù)后，較未實(shí)施儲(chǔ)罐使用壽命增加5～10a。

2）在經(jīng)濟(jì)效益方面，該技術(shù)的應(yīng)用，能減少儲(chǔ)罐維護(hù)頻次1～2次，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用60萬(wàn)左右。

3）在安全環(huán)保方面，儲(chǔ)罐壽命的延長(zhǎng)，降低了頻繁動(dòng)火作業(yè)帶來(lái)的施工風(fēng)險(xiǎn)，保障了儲(chǔ)罐運(yùn)行安全。

4 認(rèn)識(shí)及建議

1）金屬罐罐壁存在內(nèi)、外兩方面的腐蝕影響，但其外部腐蝕較為輕微，要解決儲(chǔ)罐的腐蝕問(wèn)題需要對(duì)其內(nèi)壁進(jìn)行針對(duì)性更強(qiáng)的防腐蝕保護(hù)。

2）金屬罐復(fù)合材料內(nèi)膽防腐技術(shù)在罐頂、罐壁及罐內(nèi)附件均可實(shí)施，是可以對(duì)罐內(nèi)壁進(jìn)行全方位防腐保護(hù)的一項(xiàng)技術(shù)，其施工工藝簡(jiǎn)單、施工環(huán)境清潔安全、周期短。該技術(shù)如果要推廣應(yīng)用仍然存在以下問(wèn)題：

1）該技術(shù)從理論上可以延長(zhǎng)金屬罐的使用壽命達(dá)15a，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)期至少達(dá)到10a；在其他油田該技術(shù)防腐效果明顯，但由于該工藝技術(shù)2019年才開(kāi)始在長(zhǎng)慶油田投入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其適應(yīng)性、長(zhǎng)期效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2）該技術(shù)費(fèi)用較高，推廣應(yīng)用需較大投資。