油田壓力容器和儲(chǔ)罐內(nèi)涂層的應(yīng)用范文

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摘要：

采用涂層技術(shù)是油田壓力容器和儲(chǔ)罐內(nèi)防腐的主要方法。為保證容器安全可靠運(yùn)行，應(yīng)該合理選擇涂料類(lèi)型，嚴(yán)格規(guī)范施工過(guò)程，準(zhǔn)確檢測(cè)涂層質(zhì)量。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)工況分析，總結(jié)了涂層防腐機(jī)理和失效機(jī)理、油田常用涂料的特性和適用條件以及涂層適用性評(píng)價(jià)方法，同時(shí)提出了涂層施工質(zhì)量控制的方法，明確了常用檢測(cè)儀器對(duì)應(yīng)的檢測(cè)項(xiàng)目，并從進(jìn)罐查看、施工準(zhǔn)備、表面處理和現(xiàn)場(chǎng)涂裝等4個(gè)重要環(huán)節(jié)具體分析了施工過(guò)程存在的問(wèn)題，針對(duì)各種問(wèn)題提出了解決措施。據(jù)此將為油田壓力容器和儲(chǔ)罐內(nèi)涂層的應(yīng)用提供一定的理論和技術(shù)支持，并將顯著提高涂層的壽命和可靠性。

關(guān)鍵詞：

防腐；內(nèi)涂層；適用性；質(zhì)量控制；檢測(cè)

壓力容器和儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其在油田中油氣凈化單元、煉化單元和儲(chǔ)運(yùn)單元等過(guò)程大量使用；因此，提高壓力容器和儲(chǔ)罐的可靠性對(duì)油田的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。目前，服役中的壓力容器和儲(chǔ)罐主要采用的防腐方法有添加緩蝕劑、控制介質(zhì)溫度、定期清除油泥與積液、加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)以及噴涂涂料等，但最有效且最經(jīng)濟(jì)的還是內(nèi)涂層技術(shù)［1］。本文研究涂層的防腐機(jī)理和失效機(jī)理，選擇合適的涂料類(lèi)型，并結(jié)合評(píng)價(jià)涂層適用性的試驗(yàn)方法，控制涂層施工過(guò)程的質(zhì)量，以及針對(duì)存在的問(wèn)題提出解決對(duì)策，旨在提高涂層的施工質(zhì)量，延長(zhǎng)涂層的使用壽命，保證容器的安全可靠運(yùn)行。

1涂層的防腐機(jī)理與失效機(jī)理

1．1涂層防腐機(jī)理涂層防腐的機(jī)理目前還未完全給出準(zhǔn)確的分析，被人們普遍認(rèn)可的有如下5種作用［2－5］。1）屏蔽作用。具有一定厚度的致密涂層能直接隔離金屬和腐蝕性介質(zhì)的接觸，阻止水、氧及其他離子透過(guò)而腐蝕電池。2）緩蝕鈍化作用。涂層含有的某些植物油酸與堿性顏料發(fā)生反應(yīng)，得到具有緩蝕功能的皂類(lèi)化合物；同時(shí)，防銹顏料中的鉻酸鹽、磷酸鹽和鉛酸鹽等在涂層吸水后溶解，與基體金屬發(fā)生鈍化反應(yīng)。3）犧牲陽(yáng)極保護(hù)作用。在涂料中加入鋅粉等比基體金屬更活潑的金屬，一旦發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，鋅粉等活潑金屬會(huì)作為陽(yáng)極首先被溶解，間接保護(hù)了基體金屬。4）附著力作用。涂層與金屬表面的附著力可以避免涂層鼓泡或剝離，從而避免由于鼓泡或剝離引起的涂層下水、氧氣等腐蝕性介質(zhì)的滲透壓增大而加速腐蝕性介質(zhì)的滲透。5）電阻效應(yīng)。涂層良好的電絕緣特性能阻止腐蝕電池的形成，可有效抑制電化學(xué)腐蝕過(guò)程中陰極的放電現(xiàn)象和陽(yáng)極金屬離子的溶出。

1．2涂層失效機(jī)理涂層失效一方面是由于涂層老化導(dǎo)致其性能下降；另一方面是由于水、氧氣和離子的滲透，在涂層微孔、不均勻等缺陷處形成陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而造成的［6－7］。腐蝕引起涂層失效的最典型現(xiàn)象是鼓泡和脫落等。1）涂層鼓泡。涂層中含有的氣體揮發(fā)或涂層吸水都會(huì)引起涂層鼓泡，并隨著腐蝕介質(zhì)在涂層內(nèi)部的滲透，引起基體金屬的腐蝕。隨著腐蝕產(chǎn)物積聚，內(nèi)壓增強(qiáng)也會(huì)引起鼓泡。涂層鼓泡如圖1所示。2）涂層脫落。當(dāng)涂層的濕附著力降低，水分子會(huì)穿過(guò)漆膜在金屬基體表面形成水層，透過(guò)漆膜的氧氣就會(huì)溶解在水中，有了水和氧氣，鋼鐵就有了腐蝕的條件，從而會(huì)造成涂層大面積脫落或破損［8］。涂層脫落如圖2所示。

2涂料選型

油田壓力容器和儲(chǔ)罐的防腐涂層大多采用環(huán)氧涂料、環(huán)氧玻璃鱗片涂料、環(huán)氧導(dǎo)靜電涂料和無(wú)毒環(huán)氧涂料，多為重防腐涂料，且是有機(jī)涂料，主體成分是高分子材料或聚合物，具有良好的耐酸堿腐蝕性能。SY／T0319－2012［9］標(biāo)準(zhǔn)中也對(duì)不同介質(zhì)和工作溫度范圍可選用的涂料種類(lèi)做了規(guī)定。對(duì)于某些新型涂料，不確定其使用性能時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)，或要求廠家出具第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)的正規(guī)報(bào)告。每種涂料均應(yīng)提供詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)，包括組成、主要特性、用途、基本參數(shù)（顏色、光澤、固體份含量、干膜厚度、理論用量、閃點(diǎn)和干燥時(shí)間等）、復(fù)涂間隔時(shí)間、表面處理、前道和后道配套用漆、施工條件、施工方法、施工參數(shù)、包裝及貯存、包裝規(guī)格、注意事項(xiàng)以及健康與安全等。

2．1無(wú)溶劑環(huán)氧涂料無(wú)溶劑環(huán)氧涂料是一種雙組份反應(yīng)固化型防腐涂料，是由低黏度環(huán)氧樹(shù)脂（雙酚A或雙酚F）、顏填料和助劑等合成的。添加的固化劑采用低黏度改性胺，為絕緣型涂料［10］。與溶劑型環(huán)氧涂料相比，無(wú)溶劑環(huán)氧涂料具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）無(wú)溶劑環(huán)氧涂料未采用揮發(fā)性有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)，因此，大大降低了對(duì)施工人員的身體危害，減少了空氣污染，同時(shí)降低了單位面積的涂料消耗；2）涂層的濕附著力較大，在液體腐蝕介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐久性；3）在固化過(guò)程中收縮率非常小，從而具有一次性成膜較厚、內(nèi)應(yīng)力小、邊緣覆蓋性好以及不易產(chǎn)生裂紋等特點(diǎn)；4）濕膜在干燥時(shí)不會(huì)因溶劑揮發(fā)而產(chǎn)生孔隙，致密性較高；5）涂料中固體含量高，在交聯(lián)固化過(guò)程中，交聯(lián)密度更高，涂層的力學(xué)性能更優(yōu)良。因此，油田壓力容器和儲(chǔ)罐大都采用無(wú)溶劑環(huán)氧涂料，具有耐磨耐沖擊性能，可應(yīng)用到通風(fēng)不良的較為密閉的原油處理壓力容器或設(shè)備的內(nèi)防腐。

2．2環(huán)氧玻璃鱗片涂料環(huán)氧玻璃鱗片涂料由環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃鱗片、顏料、固化劑、助劑和溶劑等組成。涂料中的玻璃鱗片（主要成分為SiO2）填料具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）玻璃鱗片可以使涂層在固化過(guò)程中形成無(wú)數(shù)很小的空間，減小了涂層的收縮應(yīng)力和膨脹系數(shù)；2）玻璃鱗片填補(bǔ)了涂層固有的間隙，與金屬基體形成多層的平行布局，當(dāng)腐蝕性介質(zhì)滲透時(shí)阻力會(huì)更大，介質(zhì)滲透擴(kuò)散至金屬基材的時(shí)間便會(huì)延長(zhǎng)，從而隔離了腐蝕介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了有效防腐的目的［11］。因此，玻璃鱗片涂料以其良好的抗?jié)B透性和耐蝕性，在化工反應(yīng)裝置、原油貯存設(shè)施和污水處理裝置等方面應(yīng)用廣泛。

2．3環(huán)氧導(dǎo)靜電涂料原油在流動(dòng)、攪拌、抽提、過(guò)濾、混合和加注等工況下，由于摩擦而產(chǎn)生靜電荷，靜電荷不斷聚集，當(dāng)電壓到一定值時(shí)會(huì)進(jìn)行尖端放電，放電的能量高于原油蒸汽與空氣混合物的爆炸極限時(shí)，會(huì)引發(fā)靜電起火和爆炸等事故［12］。在油罐內(nèi)壁涂覆防靜電涂料，既起到防腐作用，又起到防靜電的作用，近幾年在原油處理設(shè)備中受到重視，并大力推廣。環(huán)氧導(dǎo)靜電涂料是在環(huán)氧涂料的基礎(chǔ)上，加入導(dǎo)電材料和導(dǎo)電助劑制成的，除了具備環(huán)氧涂料的性能外，還具有良好的抗靜電性能。環(huán)氧導(dǎo)靜電涂料一般適用于原油和成品油等含油類(lèi)的儲(chǔ)罐或容器。由于導(dǎo)靜電涂料在施工后，涂層漏點(diǎn)尚無(wú)有效的方法進(jìn)行檢測(cè)，因此，導(dǎo)靜電涂料應(yīng)用在需要作靜電導(dǎo)出的區(qū)域或部位，對(duì)于無(wú)需進(jìn)行導(dǎo)靜電處理的區(qū)域，如介質(zhì)為污水的儲(chǔ)罐或容器，為保證內(nèi)涂層的施工質(zhì)量和防腐效果，一般不建議使用導(dǎo)靜電涂料。

2．4無(wú)毒環(huán)氧涂料無(wú)毒環(huán)氧涂料與環(huán)氧涂料類(lèi)似，由環(huán)氧樹(shù)脂、顏填料、特種助劑和溶劑及聚酰胺脂等組成，主要用于油田場(chǎng)站的生活用水等容器內(nèi)壁，以起到防腐的作用。目前，在我國(guó)允許使用的食品容器內(nèi)壁涂料有環(huán)氧樹(shù)脂涂料、過(guò)氯乙烯涂料和漆酚涂料等，但是過(guò)氯乙烯樹(shù)脂含有致癌的有毒化合物———氯乙烯單體，而部分群體又對(duì)漆酚涂料會(huì)產(chǎn)生過(guò)敏；因此，環(huán)氧樹(shù)脂涂料是國(guó)內(nèi)外食品容器首選的防腐涂料［13］。無(wú)毒環(huán)氧涂料的技術(shù)要求與環(huán)氧涂料的類(lèi)似。根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生監(jiān)督管理辦法》的要求，無(wú)毒環(huán)氧涂料應(yīng)依據(jù)《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料衛(wèi)生安全評(píng)價(jià)規(guī)范》（2001）和GB／T5750—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》［14］進(jìn)行無(wú)毒無(wú)害檢驗(yàn)（如：浸泡試驗(yàn)、病理學(xué)檢驗(yàn)等），并由衛(wèi)生部認(rèn)可的涉及飲用水衛(wèi)生安全性產(chǎn)品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)（如：中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所）出具檢驗(yàn)報(bào)告，合格后方可使用。

3涂層適用性評(píng)價(jià)

3．1高溫高壓腐蝕試驗(yàn)采用高溫高壓腐蝕設(shè)備，模擬油田的高溫高壓環(huán)境，主要研究油田壓力容器和儲(chǔ)罐用內(nèi)涂層處于油田現(xiàn)場(chǎng)高溫高壓CO2／H2S／Cl－存在下的腐蝕性能。依據(jù)SY／T6717—2008［15］標(biāo)準(zhǔn)附錄C的試驗(yàn)方法，每種涂層取3個(gè)平行試樣，先檢查試樣表面涂層是否光滑、均勻，有無(wú)針孔和氣泡等表觀缺陷，確保涂層完好后將試樣平均置于三相（氣相、原油和水相）環(huán)境中，對(duì)涂層進(jìn)行防腐性能評(píng)價(jià)，其中氣相由CO2／H2S／N2等組成，水相為模擬地層水。通入氮?dú)?h除氧后，將高壓釜密封，溫度和壓力升至設(shè)定值，浸泡4～7d。在試驗(yàn)結(jié)束后，待釜體自然冷卻且降至常壓，用蒸餾水沖洗試樣，再進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試及形貌觀察。

3．2電化學(xué)測(cè)試試驗(yàn)利用電化學(xué)阻抗譜（EIS）、動(dòng)電位極化技術(shù)和SEM等方法，研究涂層在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3．5％的NaCl溶液中的開(kāi)路電位－時(shí)間曲線、EIS和極化曲線，并觀察電化學(xué)試驗(yàn)前、后涂層的宏觀表面形貌、SEM形貌及EDS能譜圖［16］。試樣加工成15mm×3mm的小圓柱形狀，用釬焊（如錫焊）或點(diǎn)焊的方法將導(dǎo)線焊在試樣的非涂層表面上，人為制造的缺陷厚度為涂層的厚度，利用環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯樹(shù)脂或石蠟松香混熔物等絕緣物對(duì)非涂層面部分和導(dǎo)線進(jìn)行涂覆密封或可鑲嵌，涂層面作為工作電極面進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。

3．3涂層質(zhì)量評(píng)價(jià)試驗(yàn)1）宏觀形貌測(cè)試。對(duì)試驗(yàn)后的涂層進(jìn)行表觀測(cè)試，主要評(píng)估涂層表面是否平整、色澤是否均勻，是否有氣泡、針孔、皺皮或裂紋等缺陷。將涂層分別沿長(zhǎng)度和寬度方向分成若干部分，并對(duì)各部分分別進(jìn)行評(píng)估。2）涂層附著力測(cè)試。參照SY／T0442—1997標(biāo)準(zhǔn)附錄B的方法［17］，對(duì)試驗(yàn)后的涂層進(jìn)行附著力測(cè)試。首先將涂層試樣放入濃度為10％的NaCl溶液中，加熱到（75±3）℃，并恒溫48h；取出試樣后用小刀在試樣中部劃割一個(gè)尺寸為12mm×25mm的長(zhǎng)方形；自然冷卻后用小刀從長(zhǎng)方形的任意一個(gè)角插入涂層下面，連續(xù)推進(jìn)小刀，直到長(zhǎng)方形內(nèi)的涂層全部被撬離或涂層顯示出明顯的抗撬剝性為止。試驗(yàn)結(jié)果按如下級(jí)別評(píng)價(jià)涂層的附著力：1級(jí)為涂層明顯地不能被剝離；2級(jí)為被剝離的涂層≤50％；3級(jí)為被剝離的涂層＞50％，但涂層表現(xiàn)出明顯的抗剝離性能；4級(jí)為涂層很容易被撬剝成條狀或是大塊碎屑；5級(jí)為涂層成一個(gè)整片被撬離。試驗(yàn)結(jié)果以平行試樣中級(jí)別最低的試驗(yàn)結(jié)果代表該樣品的附著力級(jí)別。

4涂層施工質(zhì)量控制

4．1涂層檢測(cè)涂層質(zhì)量受施工過(guò)程質(zhì)量控制，“三分涂料，七分施工”，因此，內(nèi)防腐層施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)將會(huì)對(duì)容器的服役埋下隱患。涂層施工過(guò)程中的關(guān)鍵因素包括施工環(huán)境、表面處理、表干時(shí)間、實(shí)干時(shí)間和涂刷工藝等，具體見(jiàn)表1。施工環(huán)境（包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度和表面溫度）應(yīng)在每道涂料涂裝前進(jìn)行測(cè)量，施工環(huán)境符合標(biāo)準(zhǔn)要求，方可進(jìn)行涂料涂裝施工；表面處理效果（包括除銹等級(jí)、結(jié)構(gòu)缺陷、清潔度、鹽份測(cè)試和表面粗糙度）在第1道底漆涂刷施工前檢查，合格后方可進(jìn)行涂料涂裝工序。涂層質(zhì)量（包括外觀、厚度和漏點(diǎn)）則應(yīng)該在每一道涂層涂裝完畢，且涂層表面干后進(jìn)行檢查。在涂層施工完畢后，對(duì)涂層質(zhì)量進(jìn)行最終驗(yàn)收，包括外觀、厚度、漏點(diǎn)和附著力等項(xiàng)目的檢測(cè)。

4．2常用檢測(cè)儀器涂層施工過(guò)程中常用的檢測(cè)儀器及對(duì)應(yīng)的檢測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表2。一般要求環(huán)境溫度應(yīng)為5～45℃，鋼板溫度露點(diǎn)溫度＋3℃，噴砂除銹等級(jí)≥Sa2．5，局部需手工打磨時(shí)除銹等級(jí)≥St3，錨紋深度應(yīng)為40～80μm，單層干膜厚度約為50μm，實(shí)干后的總厚度≥250μm或規(guī)定的厚度值，電火花檢漏電壓為5V／μm，以無(wú)漏點(diǎn)為合格。

5涂層施工存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

對(duì)壓力容器或儲(chǔ)罐內(nèi)涂層停產(chǎn)檢修時(shí)，首先要收集容器信息，選擇合適的涂料；其次進(jìn)罐檢查，制定并經(jīng)防腐專(zhuān)家審核防腐方案和施工方案；然后做施工前的準(zhǔn)備；最后嚴(yán)格按防腐方案和施工方案進(jìn)行表面處理和現(xiàn)場(chǎng)涂裝，漆膜實(shí)干后進(jìn)行涂層質(zhì)量檢測(cè)驗(yàn)收。在檢修過(guò)程中的操作不規(guī)范，常會(huì)導(dǎo)致涂層質(zhì)量不合格，加速涂層失效，產(chǎn)生安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和大量涂層失效案例，對(duì)涂裝過(guò)程部分常見(jiàn)典型問(wèn)題進(jìn)行分析，提出解決措施（見(jiàn)表3）。

6結(jié)語(yǔ)

金屬腐蝕是造成油田安全事故最主要的原因，而目前油氣井采出液中普遍高含H2S和CO2，對(duì)油氣下一步凈化和儲(chǔ)運(yùn)處理設(shè)備提出了更高的防腐要求；因此，保證防腐質(zhì)量、提升防腐效果對(duì)延長(zhǎng)壓力容器或儲(chǔ)罐的使用壽命至關(guān)重要。針對(duì)涂層防腐技術(shù)在壓力容器和儲(chǔ)罐的應(yīng)用，本文詳細(xì)分析了涂層防腐機(jī)理和失效機(jī)理，并對(duì)目前油田常用的涂料特性和適用范圍進(jìn)行了討論，提出了涂層適用性評(píng)價(jià)方法和涂層施工質(zhì)量控制的方法及檢測(cè)過(guò)程。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，分別從進(jìn)罐查看、施工準(zhǔn)備、表面處理和現(xiàn)場(chǎng)涂裝等4個(gè)重要環(huán)節(jié)詳細(xì)分析了典型施工問(wèn)題，提出了具體的解決措施和控制要求，為壓力容器和儲(chǔ)罐內(nèi)涂層的可靠性提供了理論和技術(shù)支持。

作者：宋成立 林冠發(fā) 袁軍濤 李磊 單位：中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院