海洋石油壓力容器腐蝕與管控措施

李志奇(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

石油是非常重要的資源，海洋石油資源在全球石油資源總量中所占比例為34%，其開發越來越受到重視，已經有很多國家開始對深海展開探索，希望能夠獲得更多的海洋石油資源，其發展前景非常好。在勘探和開采過程中，壓力容器是非常重要的設備，但是由于海洋環境的特殊性，在使用壓力容器時需要注意防腐措施的合理應用，減輕其腐蝕程度，盡量提高壓力容器使用的安全性，并且盡量延長其使用期限，使其在海洋石油領域的發展中發揮重要作用。

1 壓力容器腐蝕類型以及基本處理方法

1.1 腐蝕類型

(1)全面腐蝕。也是均勻腐蝕，主要是對沒有形成保護膜的材料表面造成具有均勻性特點的腐蝕，金屬壁厚度會以均勻性的變化減薄，最終失效，與局部腐蝕相比，危害性較小。

(2)點蝕。是指壓力容器本身表面鈍化膜發生局部損壞，出現新鮮金屬表面，并且發生迅速溶解，受損的形態主要為針狀或點狀。點蝕具有較強的隱蔽性以及危害性。

(3)縫隙腐蝕。壓力容器焊接接頭缺陷處、其他比較隱蔽區域內所存在的狹窄縫隙，如果有電解質溶液進入其中，縫隙內和外部的金屬會共同形成短路原電池，并且在縫隙的內部會產生強烈的離子交換反應，造成局部減薄。尤其是不銹鋼材質的壓力容器，發生縫隙腐蝕的敏感性較高。

(4)電偶腐蝕。這是一種異種電位金屬材料直接進行接觸，或者是使用導線進行連接，并且將其浸入到電解質溶液中，此時會有電流通過，形成原電池。正電位金屬腐蝕速度下降，甚至會停止符合；負電位金屬的腐蝕速度則會加快，形成局部減薄現象。

(5)晶間腐蝕。這是晶粒按照晶界擴展到內部的一種腐蝕。

(6)應力腐蝕。是指部分壓力容器所使用的金屬容器在特定腐蝕材料以及拉引力的影響下，不斷擴展、形成裂紋。比較容易產生應力腐蝕的地方有焊縫的引弧坑、咬邊等，可對其進行針對性檢查。

1.2 處理方法

壓力容器的腐蝕與結構設計、使用材料、制造安裝、使用環境等因素關系密切。為改善壓力容器的腐蝕現象，可以采取的措施有：其一，科學設計和選材。根據壓力容器的使用環境、性能需求、結構要求進行設計，選擇合適的材料；同時，在選擇材料時需要考慮相同介質在不同環境中發生腐蝕的風險和速度。其二，制造安裝時，需要保證施工現場環境溫度和濕度符合工藝要求。其三，加強電化學保護。主要是在被保護的壓力容器金屬上連接活躍性更強的金屬，使其以原電池負極的地位被腐蝕，而需要被保護的金屬則是原電池的正極，被有效保護起來[1]。其四，使用防腐涂料。目前可使用的防腐材料較多，需要結合壓力容器具體的使用環境、使用年限要求等選擇防腐材料，且材料需要具有耐物理性、抗沖擊性、較強的附著力等。

2 海洋石油壓力容器防腐蝕技術概述

2.1 發展趨勢

涂裝技術使用的初期階段，使用的防腐材料普遍是環氧樹脂，后期逐漸使用氯化乙烯。但是，氯化乙烯的缺點比較明顯，其中最為明顯的就是經濟價值不高、難以實現厚涂的需求等。從使用時間來看，硅酸鋅作為涂層系統中底漆時，壓力容器可以在海洋環境中使用的時間一般為35年左右，但是我國的涂裝工藝水平目前還沒有達到要求，故而使用時間相對縮短。隨著涂料技術的不斷發展，海洋石油壓力容器的涂裝防腐涂層材料普遍使用環氧樹脂，很多高性能的涂料也逐漸被開發出來，并且被廣泛應用在壓力容器防腐涂層中。出于對環保和人體健康的考慮有毒涂料逐漸被淘汰，開始研發無溶劑，并且將其應用在飲用水艙，而其他容器則使用高固體涂料[2]。對于大氣區所采取的防腐蝕工作中，使用的材料有環氧漆、氯化橡膠、醇酸漆以及氯化乙烯等。但是，不同的涂料也會彼此產生作用，導致涂層的防腐效果降低。人們在應用防腐蝕技術的過程中，對此進行改良，大氣區防腐所使用的底漆更多的是富鋅底漆，而中間漆則是環氧樹脂，面漆則是丙烯酸聚氨酯，有效提高海洋石油壓力容器防腐蝕效果。

2.2 防腐蝕失效基本原因

同樣的防腐涂層，使用不同廠家的涂料、不同的人使用相同的涂料，或者是沒有嚴格按照標準見涂裝施工，即便是涂在相同的位置，所產生的防腐蝕效果也會出現差異性。從整體來看，防腐蝕失效的基本原因與人為因素存在很大關系。在涂裝操作中，環境條件不滿足技術要求的條件下開展涂裝操作、打磨以及噴砂等表面處理不充分、現場質量管理工作不足、焊縫涂裝不充分、后續維護以及監管工作不到位等，都會導致涂裝防腐蝕失效，從而影響壓力容器的使用期限和安全性[3]。

2.3 選擇涂層的依據

想要保證海洋石油壓力容器涂層的質量需要考慮涂層材料、施工操作、涂裝工藝等因素。想要有效利用涂裝技術提高壓力容器的防腐蝕效果，需要從以上因素出發，全面考慮這些因素會造成的影響，以此作為確定涂層材料、施工工藝等因素，保證涂層質量合格，從而保證壓力容器擁有良好的防腐蝕性能。

3 海洋石油壓力容器腐蝕的管控措施

3.1 加強涂裝設計管控

涂裝設計主要是通過涂裝技術對海洋石油壓力容器進行科學的防腐蝕處理，是基礎性工作，也是不可缺少的工作。涂裝設計工作的基本要求主要有以下3點：

(1)選擇性價比最為合適的涂層材料，確定與之匹配的配套體系，編寫涂裝操作指導書，并對其進行詳細審核。

(2)確定涂裝操作人員、技術指導人員以及施工監督人員等，并且確定各崗位人員的工作范圍。

(3)對涂裝操作各崗位的人員提出相應的工作要求。在這些要求的輔助下，涂裝設計質量能夠得到保證，涂裝操作質量也能夠得到有效保證。

3.2 加強涂裝表面處理

對涂裝表面進行處理，是保證涂裝界面黏結效果的重要措施。在對涂裝表面進行處理時，需要注意壓力容器表面金屬的孔隙度、清潔度以及粗糙度，在充分考慮造成腐蝕的物質、腐蝕產物以及危害的基礎上，針對腐蝕產物的類型和性質選擇合適的處理方法，并且按照表面處理的國際標準進行檢查、驗收[4]。在施工中，結合壓力容器涂裝表面處理現場的情況，使用專業的工具將表面的涂層以及銹層進行處理，而后對其表面實施噴砂處理，并且噴砂施工區域粗糙度需要達到25～75 μm，其標準需要達到ISO 8501-1 Sa2.5級；不方便進行噴砂處理的區域可以使用動力工具對其進行打磨處理，且標準達到ISO 8501-1 St3級；表面清理時可以使用干凈干燥空氣壓縮機或者工業吸塵器。完成涂裝表面處理之后需要進行自我檢查，合格之后需要邀請業主進行檢驗，并且在合格的情況下簽署檢驗單。

3.3 選擇合適涂料并科學設計涂層

選擇合適的涂料以及設計涂層的工作中，需要根據海洋石油壓力容器所在之處選擇具有耐摩擦、防濕氣、防水、耐化學性、容易附著、能夠在腐蝕環境較為苛刻條件下應用的涂料，并且涂料相配套體系應用時間能夠超過15年的、性能高的防腐蝕涂料，涂層的設計以及涂料的選擇需要包含面漆、中間漆以及底漆[5]。

(1)面漆的涂料可以選擇能夠減緩化學活性離子、氧離子以及水氣滲透能力、沖擊性的涂料，并且涂料本身還要具有良好的抗溶性以及抗老化性。例如，壓力容器在大氣區使用時，面漆材料可以選擇乙烯樹脂、環氧樹脂等。

(2)中間漆普遍選擇綜合防腐蝕性較強的以納米級鈦粉或鋅粉等為主的新型緩解腐蝕涂料，或者是具有陰極保護性質或者屏蔽性質的涂料，鈦粉或者鋅粉的形狀主要為鱗片狀或者顆粒狀。

(3)底漆主要是選擇與基材附著力較強的富鋅底漆、高性能的防銹底漆或者是磷化底漆。

3.4 科學選擇涂裝系統

海洋石油壓力容器防腐蝕管控工作中，需要對涂裝系統進行科學的選擇，主要需要該系統具有施工性、經濟性、耐物理性、耐化學性、美觀性以及抗剝離性等原則，在這些原則的約束下，提高涂裝系統應用的有效性與科學性，實現有效的防腐蝕目標。施工性是指涂裝具有良好的施工性能和配套性能，施工工藝相對簡單，并且能夠滿足壓力容器實際使用需求；經濟性是指涂料本身物美價廉，經濟性較好，且涂裝整體具有良好的經濟效果，能夠以較低的成本達到壓力容器防腐蝕的目的；耐物理性主要是針對壓力、溫度、水性、氣候均有較好的承受能力，并且能夠有良好的耐老化性能；耐化學性則是指防腐蝕設計能夠滿足使用年限達到15年的需求；美觀性則是在海洋環境使用過程中具有安全色[6]。

3.5 使用合適的涂裝方法進行施工

海洋石油壓力容器涂裝方法主要有空氣噴涂、人工刷涂以及無氣噴涂3種。

(1)空氣噴涂方法的適用性比較突出，主要優點是施工效率高、漆膜有著較好的均勻性，且表面的光滑性、平整性較好。雖然能夠達到霧化的噴涂效果，但是可能會導致表面產生針孔等缺陷，且為單道噴涂，其厚度比較單薄，需要多次進行噴涂才能達到施工要求等。

(2)人工刷涂方法可以應用在各類型壓力容器的涂裝施工中，但是工作效率低下，且施工人員的工作強度較大。

(3)無氣噴涂方法不僅擁有空氣噴涂方法的優勢，并且能夠噴涂含有高固體成份的涂料，并且產生針孔的可能性降低，即便是單道涂層，其厚度也比較厚[7]。

在涂裝施工中，壓力容器的表面需要保證清潔性，涂料的混合需要保證均勻性，并且施工現場的溫度需要控制范圍為5～50 ℃，濕度需要低于85%，基材表面的溫度需要超過露點溫度且不低于3 ℃，并且需要保證在涂裝施工的6 h內不會出現大風、雨、霧等會影響施工質量的天氣。

4 結語

海洋石油是非常重要的石油資源，壓力容器是勘探和開采海洋使用重要的措施，但是由于海洋環境的特殊性，壓力容器的表面比較容易發生電化學腐蝕現象，影響壓力容器的使用安全性和使用年限。目前，主要使用涂裝技術進行防腐蝕處理，延緩腐蝕時間，盡量延長壓力容器使用年限，減少壓力容器的更換和大型維修操作，降低壓力容器的使用成本。對此，壓力容器的防腐蝕可以采取加強涂裝設計、加強涂裝表面處理、選擇合適涂料并科學設計涂層、科學選擇涂裝系統等措施。