高性能容器內腐蝕防護在海上油田的應用

田興忠 陳經華 王 濤 金快快 曹康新

（1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2. 中海油常州涂料化工研究院有限公司上海海鎧防腐工程技術分公司，天津 300452）

0 引言

容器在石油化工領域應用十分廣泛，作為一種可以承載一定程度壓力的封閉性設備，其通常情況下用來放置氣體或者液體等。在容器長期工作中會有多種因素影響其使用性能，其中包括腐蝕現象、表面開裂以及物理擠壓等情況[1]。對于海洋石油平臺，容器的內外腐蝕自平臺投產以來到服役結束整個生命周期伴隨始終。外腐蝕主要為保溫層下的腐蝕，在海上平臺通常定期對外部局部拆除保溫檢查并對存在腐蝕區域采取防護。相對于外腐蝕，內腐蝕情況由于生產連續性所限，無法經常開罐檢查，腐蝕較不可控，因此容器內部的腐蝕防護需要更為重視。若容器發生嚴重的內部腐蝕，可能進一步導致腐蝕穿孔、腐蝕開裂等問題，對于含有油氣的容器，除了泄露的風險外還有巨大的安全風險，油氣泄露遇火源爆炸，對于海上平臺屬于極為重大的安全事故，嚴重威脅人員安全。在現場應用中，相關工作人員使用容器的過程中，往往對于內腐蝕現象重視程度不足，從而加快了容器的腐蝕損傷，使其使用壽命降低，給油田造成安全隱患也增加了作業成本，因此內部防腐的質量對于油田生產至關重要。

容器內腐蝕控制措施通常在以下方面：（1）選材，在設計階段采用，根據油田初期基礎數據進行設計；（2）緩蝕劑防腐，在腐蝕介質中添加藥劑降低腐蝕速率；（3）涂層，在建造期間和維修期間對容器內部刷涂防護涂料，阻斷腐蝕回路，減緩腐蝕；（4）陰極保護，通過陽極塊的安裝施加陰極保護電流，優先消耗陽極。

然而，選材僅限于設計階段，在油田生產過程中介質的情況也發生了變化，含水率、酸性氣體含量、藥劑換型等都導致腐蝕的因素發生了改變，初始設計可能不適用；緩蝕劑對于整體防腐效果欠佳；涂層存在老化情況，在惡劣的環境中壽命可能縮短；陰極保護僅可在電解質環境中使用，電流分布不均時，微小腐蝕環境無法顧及。

因此，本項目采用了一種能夠具備長效防護性能，良好的耐蝕性，全面防護容器內部的高性能腐蝕防護技術，PTFE復合緊襯技術。

1 技術特點

1.1 材質性能

PTFE即為聚四氟乙烯，材質本身具有良好的物理化學性能：（1）力學性能，PTFE材質屬于一種堅韌，拉伸強度適中的材料，在本身有一定強度的情況下也可承受應力的影響；（2）耐熱性，在通常油田化工領域的容器溫度下不會發生變化，當溫度達到200℃時開始呈現有少量的分解，隨著溫度上升至300℃以上，變化仍不明顯；（3）耐化學性，PTFE材質具有優秀的耐化學性能，可以耐強酸強堿的化學作用，包括：鹽酸、硫酸、硝酸等；（4）不粘性，具有十分優異的表面不粘性能，對水、油和大多數有機溶劑的非浸潤性，對固體材料低摩擦性，這些優異的表面性能使其能夠廣泛應用于各種工業及日常用品中[2]。PTFE材質也有其使用方面的不足，主要在于該材質的工藝要求高，其良好的不沾性也導致傳統施工處理效果往往不能滿足應用需求。

圖1 PTFE材質照片

1.2 工藝特點

傳統的松襯技術，將PTFE板材與鋼板完全脫離，僅依靠法蘭端的位置固定，而PTFE復合緊襯技術針對PTFE材質的施工性進行了優化，是一種先進的工藝，工藝的主要特點是相對于傳統的松襯技術，通過實現緊襯將應力開裂，泄露壓力，無法開展電火花檢測等缺陷徹底解決，以充分發揮材質的良好性能。工藝的主要特點在于：

（1）對PTFE板材的鈉化處理提高PTFE粘接性能，鈉化處理劑處理的PTFE表面具有良好的親水性，在膠的作用下可與容器良好附著，從而實現了緊襯的效果，擴大了PTFE的應用范圍；

（2）PTFE板材與鋼體完全緊密地粘貼，兩者之間不存有空氣，令容器內部壁面與PTFE板材形成了一個整體，容器內壓力的變化直接傳遞到鋼材上，在壓力和液位變化的時候，襯里不存在變形和波動，從而使其長期穩定可靠；

（3）相對于松襯工藝，采用緊襯的大型設備的幾何形狀和尺寸大小并不會受到限制，即使方形設備也可正常應用，且不依賴于設備的法蘭固定；

（4）由于襯里與鋼體緊密結合，二者有很強的結合力，在溫度變化的時候，不會產生收縮情況，也不會由于膨脹系數不同而產生不同步，確保了環境溫度的變化襯里不會發生鼓包，影響整體的防護；

（5）由于PTFE板材與鋼材之間沒有縫隙，在電火花測試的時候可以充分檢測出鋼材本身與焊縫的缺陷，發現問題后可及時處理至整體合格，保障了施工的完整性，也保障了設備的可靠性。

2 應用效果

本技術方案在某海上石油平臺進行了應用，應用主要步驟如下：

首先，將容器內部進行噴砂，將其處理至Sa2級，同時使用“萘鈉”處理將板材表面柔化，且使其達到良好的親水性，然后在PTFE板涂上粘結劑。在容器內部的鋼材涂上粘結劑，然后將PTFE板粘結在鋼體上。粘結時要壓緊實，充分趕出兩者之間的空氣，確保兩者緊密結合，待粘結劑穩定后，其結合強度要達到大于5n/mm。從而確保襯層在溫度和壓力變化時不會產生變形。確保襯層的可靠性。

由于設備的形狀和大小不同，對襯里的板材各部分之間的縫隙進行焊接，使其成為一個整體，焊接的強度到達到板材自身強度的90%以上，從而確保即使焊鍵壓縮和拉伸時不會發生脫焊而發生的泄漏，襯里層的可靠性得到保證。

設備在焊接完成后，進行加溫，對粘結劑進行軟化，使其更均勻，從而消除PTFE板材的應力，使PTFE板材和設備殼體粘帖更吻合。然后使用真空設備抽出PTFE板材和殼體之間的殘余空氣，確保達到真空要求，避免在使用過程中因為溫度的上升，空氣膨脹，導致PTFE板材與殼體脫落。

圖2 PTFE板表面處理

在抽真空和消除應力程序完成后，對焊縫和板材進行全面的電火花和電阻檢測，發現漏點和板材的缺陷，就進行焊補，在檢測無缺陷為合格。總之，緊密內村工藝使內村板與鋼殼體形成一個緊密的整體，襯里層不會因溫度變化和液位壓力變化而產生破壞，從而確保了整個襯里設備的可靠性、穩定性和長期安全使用，一般儲罐的壽命至少30年以上。

圖3 電火花測試

3 結語

通過PTFE復合緊襯技術，對容器內腐蝕的防護提供了良好的解決方案。該技術既可以在容器內部腐蝕修復時采用，也可以應用于新建容器內部，可以有效控制高腐蝕性介質對容器的腐蝕，延長容器使用壽命。通過高性能容器內腐蝕防護方案可保障容器穩定安全運行，大幅降低腐蝕引發泄漏停產的風險，保障穩定生產。通過方案的應用一次性對容器形成長效防護，避免了由于涂層本身的局限性3～5年一修的狀態，減少停產維修次數提高效率，降低維修成本，具有良好的應用推廣價值。