高性能容器内腐蚀防护在海上油田的应用

田兴忠 陈经华 王 涛 金快快 曹康新

（1. 中海石油（中国）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铠防腐工程技术分公司，天津 300452）

0 引言

容器在石油化工领域应用十分广泛，作为一种可以承载一定程度压力的封闭性设备，其通常情况下用来放置气体或者液体等。在容器长期工作中会有多种因素影响其使用性能，其中包括腐蚀现象、表面开裂以及物理挤压等情况[1]。对于海洋石油平台，容器的内外腐蚀自平台投产以来到服役结束整个生命周期伴随始终。外腐蚀主要为保温层下的腐蚀，在海上平台通常定期对外部局部拆除保温检查并对存在腐蚀区域采取防护。相对于外腐蚀，内腐蚀情况由于生产连续性所限，无法经常开罐检查，腐蚀较不可控，因此容器内部的腐蚀防护需要更为重视。若容器发生严重的内部腐蚀，可能进一步导致腐蚀穿孔、腐蚀开裂等问题，对于含有油气的容器，除了泄露的风险外还有巨大的安全风险，油气泄露遇火源爆炸，对于海上平台属于极为重大的安全事故，严重威胁人员安全。在现场应用中，相关工作人员使用容器的过程中，往往对于内腐蚀现象重视程度不足，从而加快了容器的腐蚀损伤，使其使用寿命降低，给油田造成安全隐患也增加了作业成本，因此内部防腐的质量对于油田生产至关重要。

容器内腐蚀控制措施通常在以下方面：（1）选材，在设计阶段采用，根据油田初期基础数据进行设计；（2）缓蚀剂防腐，在腐蚀介质中添加药剂降低腐蚀速率；（3）涂层，在建造期间和维修期间对容器内部刷涂防护涂料，阻断腐蚀回路，减缓腐蚀；（4）阴极保护，通过阳极块的安装施加阴极保护电流，优先消耗阳极。

然而，选材仅限于设计阶段，在油田生产过程中介质的情况也发生了变化，含水率、酸性气体含量、药剂换型等都导致腐蚀的因素发生了改变，初始设计可能不适用；缓蚀剂对于整体防腐效果欠佳；涂层存在老化情况，在恶劣的环境中寿命可能缩短；阴极保护仅可在电解质环境中使用，电流分布不均时，微小腐蚀环境无法顾及。

因此，本项目采用了一种能够具备长效防护性能，良好的耐蚀性，全面防护容器内部的高性能腐蚀防护技术，PTFE复合紧衬技术。

1 技术特点

1.1 材质性能

PTFE即为聚四氟乙烯，材质本身具有良好的物理化学性能：（1）力学性能，PTFE材质属于一种坚韧，拉伸强度适中的材料，在本身有一定强度的情况下也可承受应力的影响；（2）耐热性，在通常油田化工领域的容器温度下不会发生变化，当温度达到200℃时开始呈现有少量的分解，随着温度上升至300℃以上，变化仍不明显；（3）耐化学性，PTFE材质具有优秀的耐化学性能，可以耐强酸强碱的化学作用，包括：盐酸、硫酸、硝酸等；（4）不粘性，具有十分优异的表面不粘性能，对水、油和大多数有机溶剂的非浸润性，对固体材料低摩擦性，这些优异的表面性能使其能够广泛应用于各种工业及日常用品中[2]。PTFE材质也有其使用方面的不足，主要在于该材质的工艺要求高，其良好的不沾性也导致传统施工处理效果往往不能满足应用需求。

图1 PTFE材质照片

1.2 工艺特点

传统的松衬技术，将PTFE板材与钢板完全脱离，仅依靠法兰端的位置固定，而PTFE复合紧衬技术针对PTFE材质的施工性进行了优化，是一种先进的工艺，工艺的主要特点是相对于传统的松衬技术，通过实现紧衬将应力开裂，泄露压力，无法开展电火花检测等缺陷彻底解决，以充分发挥材质的良好性能。工艺的主要特点在于：

（1）对PTFE板材的钠化处理提高PTFE粘接性能，钠化处理剂处理的PTFE表面具有良好的亲水性，在胶的作用下可与容器良好附着，从而实现了紧衬的效果，扩大了PTFE的应用范围；

（2）PTFE板材与钢体完全紧密地粘贴，两者之间不存有空气，令容器内部壁面与PTFE板材形成了一个整体，容器内压力的变化直接传递到钢材上，在压力和液位变化的时候，衬里不存在变形和波动，从而使其长期稳定可靠；

（3）相对于松衬工艺，采用紧衬的大型设备的几何形状和尺寸大小并不会受到限制，即使方形设备也可正常应用，且不依赖于设备的法兰固定；

（4）由于衬里与钢体紧密结合，二者有很强的结合力，在温度变化的时候，不会产生收缩情况，也不会由于膨胀系数不同而产生不同步，确保了环境温度的变化衬里不会发生鼓包，影响整体的防护；

（5）由于PTFE板材与钢材之间没有缝隙，在电火花测试的时候可以充分检测出钢材本身与焊缝的缺陷，发现问题后可及时处理至整体合格，保障了施工的完整性，也保障了设备的可靠性。

2 应用效果

本技术方案在某海上石油平台进行了应用，应用主要步骤如下：

首先，将容器内部进行喷砂，将其处理至Sa2级，同时使用“萘钠”处理将板材表面柔化，且使其达到良好的亲水性，然后在PTFE板涂上粘结剂。在容器内部的钢材涂上粘结剂，然后将PTFE板粘结在钢体上。粘结时要压紧实，充分赶出两者之间的空气，确保两者紧密结合，待粘结剂稳定后，其结合强度要达到大于5n/mm。从而确保衬层在温度和压力变化时不会产生变形。确保衬层的可靠性。

由于设备的形状和大小不同，对衬里的板材各部分之间的缝隙进行焊接，使其成为一个整体，焊接的强度到达到板材自身强度的90%以上，从而确保即使焊键压缩和拉伸时不会发生脱焊而发生的泄漏，衬里层的可靠性得到保证。

设备在焊接完成后，进行加温，对粘结剂进行软化，使其更均匀，从而消除PTFE板材的应力，使PTFE板材和设备壳体粘帖更吻合。然后使用真空设备抽出PTFE板材和壳体之间的残余空气，确保达到真空要求，避免在使用过程中因为温度的上升，空气膨胀，导致PTFE板材与壳体脱落。

图2 PTFE板表面处理

在抽真空和消除应力程序完成后，对焊缝和板材进行全面的电火花和电阻检测，发现漏点和板材的缺陷，就进行焊补，在检测无缺陷为合格。总之，紧密内村工艺使内村板与钢壳体形成一个紧密的整体，衬里层不会因温度变化和液位压力变化而产生破坏，从而确保了整个衬里设备的可靠性、稳定性和长期安全使用，一般储罐的寿命至少30年以上。

图3 电火花测试

3 结语

通过PTFE复合紧衬技术，对容器内腐蚀的防护提供了良好的解决方案。该技术既可以在容器内部腐蚀修复时采用，也可以应用于新建容器内部，可以有效控制高腐蚀性介质对容器的腐蚀，延长容器使用寿命。通过高性能容器内腐蚀防护方案可保障容器稳定安全运行，大幅降低腐蚀引发泄漏停产的风险，保障稳定生产。通过方案的应用一次性对容器形成长效防护，避免了由于涂层本身的局限性3～5年一修的状态，减少停产维修次数提高效率，降低维修成本，具有良好的应用推广价值。