海洋石油平台生产分离器阴极保护

王维锋，陈 超，陈 武

(1.中海石油深圳分公司陆丰油田，广东 深圳 518067;2.中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司，上海 200030)

南海东部海域某油田步入后期开发，进入特高含水采油期，该油田生产水具有高温、高盐和高矿化度等特点。

1 腐蚀情况介质

生产分离器作为油田的“心脏”设施，一旦出现腐蚀穿孔，有可能造成整个油田的停产［1］。表1 为生产分离器生产水水质分析结果，油田生产水pH 值偏弱酸性，氯离子浓度较高，具有较强的腐蚀性。

表1 生产分离器生产水水质分析

生产分离器腐蚀性气体检测结果见表2。Pots等认为硫化氢和二氧化碳共存条件下腐蚀非常复杂，当PCO2/PH2S＞500 时，以二氧化碳腐蚀为主，腐蚀产物主要为FeCO3。根据二氧化碳分压判断二氧化碳腐蚀性的经验规律，油田二氧化碳分压介于0.021～0.21 MPa，属于二氧化碳中等腐蚀［2］。

表2 生产分离器腐蚀性气体检测结果

2 生产分离器内腐蚀控制现状

该油田生产分离器防腐采用金属陶瓷涂层和阴极保护联合的保护方式。在平台停产期间，开罐对生产分离器罐进行检查，发现罐内涂层大面积脱落(见图1)，对生产分离器罐体测厚时发现，罐体局部减薄严重。牺牲阳极安装不足1 a，阳极溶解极不均匀，表面已经结成一层厚厚的硬壳，且有很多裂纹(见图2)。经查阅牺牲阳极完工资料，发现生产分离器内安装的阳极是锌合金阳极，根据GB50393—2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》，锌阳极在温度高于54 ℃的情况下可能发生极性逆转，而现场油田生产水温度约为97 ℃，因此锌阳极不能起到保护作用，反而将加速罐体的腐蚀。

为抑制生产分离器内腐蚀，需立即采用适宜现场工况的高温涂料重新涂装，并严格把控施工质量。为保证阳极使用效果，需根据相关标准，并结合罐内介质的电阻率、介质温度和涂层破损状况等因素，对铝阳极尺寸和用量重新进行设计。

图1 涂层大面积脱落

图2 牺牲阳极溶解不均匀

3 高温牺牲阳极阴极保护设计

(1)保护面积

经计算，生产分离器需要阴极保护的面积为115 m2。

(2)保护电流

保护电流密度i 取50 mA/m2

保护电流:I=1.2·i·S=1.2 ×0.05 ×115=6.9 A

(3)牺牲阳极选型及发生电流

选用铝-锌-铟-镉高温牺牲阳极，型号为A11C-2 阳极规格为500 mm × (115 mm+135 mm)×130 mm，重为23 kg 阳极。

式中:ΔE—阳极的驱动电位，取0.25 V

R—阳极的接水电阻，Ω

ρ—油田生产水的电阻率，根据水质分析结果，取22 Ω·cm

L—阳极长度，cm

r—阳极当量半径，cm

计算得阳极发生电流If=1.18 A

(4)牺牲阳极理论用量计算

根据所需电流量，按下式计算所需要的阳极质量:

式中:I—所需电流量，A;

t—保护系统设计使用年限，t=3 a;

Q—阳极的实际电容量，考虑到高温下阳极的电容量急剧下降，Q=1 000 A·h/kg;

μ—牺牲阳极的利用系数，取0.8

W—所需阳极的净重(kg)。

经计算，生产分离器牺牲阳极理论用量为226.7 kg。

(5)所需阳极块数

生产分离器:N=226.7/22≈11(块)

安装11 块A11C-2 铝合金阳极，可满足生产分离器阴极保护要求。

4 结论和建议

(1)部分油田生产分离器内安装锌合金阳极，由于锌阳极在温度高于54 ℃的情况下可能发生极性逆转，而现场油田生产水温度较高，因此锌阳极不能起到保护作用，反而将加速罐体的腐蚀。

(2)铝阳极随着使用环境温度的升高，电化学性能急剧下降，需针对油田现场工况进行设计。

［1］蒋进忠，牛耀玉，刘丽玲，等.宝浪油田联合站三相分离器腐蚀与防护技术［J］.腐蚀与防护，2002，23(8):353-355.

［2］乐钻.南海东部海域海上油气田设施腐蚀与防护应用技术［M］.北京:石油工业出版社，2013:164-165.