油田压力容器和储罐内涂层的应用范文

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摘要：

采用涂层技术是油田压力容器和储罐内防腐的主要方法。为保证容器安全可靠运行，应该合理选择涂料类型，严格规范施工过程，准确检测涂层质量。通过文献调研和现场工况分析，总结了涂层防腐机理和失效机理、油田常用涂料的特性和适用条件以及涂层适用性评价方法，同时提出了涂层施工质量控制的方法，明确了常用检测仪器对应的检测项目，并从进罐查看、施工准备、表面处理和现场涂装等4个重要环节具体分析了施工过程存在的问题，针对各种问题提出了解决措施。据此将为油田压力容器和储罐内涂层的应用提供一定的理论和技术支持，并将显著提高涂层的寿命和可靠性。

关键词：

防腐；内涂层；适用性；质量控制；检测

压力容器和储罐广泛应用于工业生产的各个环节，尤其在油田中油气净化单元、炼化单元和储运单元等过程大量使用；因此，提高压力容器和储罐的可靠性对油田的安全生产和经济效益具有重要的意义。目前，服役中的压力容器和储罐主要采用的防腐方法有添加缓蚀剂、控制介质温度、定期清除油泥与积液、加强维护保养以及喷涂涂料等，但最有效且最经济的还是内涂层技术［1］。本文研究涂层的防腐机理和失效机理，选择合适的涂料类型，并结合评价涂层适用性的试验方法，控制涂层施工过程的质量，以及针对存在的问题提出解决对策，旨在提高涂层的施工质量，延长涂层的使用寿命，保证容器的安全可靠运行。

1涂层的防腐机理与失效机理

1．1涂层防腐机理涂层防腐的机理目前还未完全给出准确的分析，被人们普遍认可的有如下5种作用［2－5］。1）屏蔽作用。具有一定厚度的致密涂层能直接隔离金属和腐蚀性介质的接触，阻止水、氧及其他离子透过而腐蚀电池。2）缓蚀钝化作用。涂层含有的某些植物油酸与碱性颜料发生反应，得到具有缓蚀功能的皂类化合物；同时，防锈颜料中的铬酸盐、磷酸盐和铅酸盐等在涂层吸水后溶解，与基体金属发生钝化反应。3）牺牲阳极保护作用。在涂料中加入锌粉等比基体金属更活泼的金属，一旦发生电化学腐蚀时，锌粉等活泼金属会作为阳极首先被溶解，间接保护了基体金属。4）附着力作用。涂层与金属表面的附着力可以避免涂层鼓泡或剥离，从而避免由于鼓泡或剥离引起的涂层下水、氧气等腐蚀性介质的渗透压增大而加速腐蚀性介质的渗透。5）电阻效应。涂层良好的电绝缘特性能阻止腐蚀电池的形成，可有效抑制电化学腐蚀过程中阴极的放电现象和阳极金属离子的溶出。

1．2涂层失效机理涂层失效一方面是由于涂层老化导致其性能下降；另一方面是由于水、氧气和离子的渗透，在涂层微孔、不均匀等缺陷处形成阴极区和阳极区，发生电化学反应而造成的［6－7］。腐蚀引起涂层失效的最典型现象是鼓泡和脱落等。1）涂层鼓泡。涂层中含有的气体挥发或涂层吸水都会引起涂层鼓泡，并随着腐蚀介质在涂层内部的渗透，引起基体金属的腐蚀。随着腐蚀产物积聚，内压增强也会引起鼓泡。涂层鼓泡如图1所示。2）涂层脱落。当涂层的湿附着力降低，水分子会穿过漆膜在金属基体表面形成水层，透过漆膜的氧气就会溶解在水中，有了水和氧气，钢铁就有了腐蚀的条件，从而会造成涂层大面积脱落或破损［8］。涂层脱落如图2所示。

2涂料选型

油田压力容器和储罐的防腐涂层大多采用环氧涂料、环氧玻璃鳞片涂料、环氧导静电涂料和无毒环氧涂料，多为重防腐涂料，且是有机涂料，主体成分是高分子材料或聚合物，具有良好的耐酸碱腐蚀性能。SY／T0319－2012［9］标准中也对不同介质和工作温度范围可选用的涂料种类做了规定。对于某些新型涂料，不确定其使用性能时，应先进行试验评价，或要求厂家出具第三方检验机构进行相关试验的正规报告。每种涂料均应提供详细的说明书，包括组成、主要特性、用途、基本参数（颜色、光泽、固体份含量、干膜厚度、理论用量、闪点和干燥时间等）、复涂间隔时间、表面处理、前道和后道配套用漆、施工条件、施工方法、施工参数、包装及贮存、包装规格、注意事项以及健康与安全等。

2．1无溶剂环氧涂料无溶剂环氧涂料是一种双组份反应固化型防腐涂料，是由低黏度环氧树脂（双酚A或双酚F）、颜填料和助剂等合成的。添加的固化剂采用低黏度改性胺，为绝缘型涂料［10］。与溶剂型环氧涂料相比，无溶剂环氧涂料具有如下优点：1）无溶剂环氧涂料未采用挥发性有机溶剂作为分散介质，因此，大大降低了对施工人员的身体危害，减少了空气污染，同时降低了单位面积的涂料消耗；2）涂层的湿附着力较大，在液体腐蚀介质中具有优异的耐久性；3）在固化过程中收缩率非常小，从而具有一次性成膜较厚、内应力小、边缘覆盖性好以及不易产生裂纹等特点；4）湿膜在干燥时不会因溶剂挥发而产生孔隙，致密性较高；5）涂料中固体含量高，在交联固化过程中，交联密度更高，涂层的力学性能更优良。因此，油田压力容器和储罐大都采用无溶剂环氧涂料，具有耐磨耐冲击性能，可应用到通风不良的较为密闭的原油处理压力容器或设备的内防腐。

2．2环氧玻璃鳞片涂料环氧玻璃鳞片涂料由环氧树脂、玻璃鳞片、颜料、固化剂、助剂和溶剂等组成。涂料中的玻璃鳞片（主要成分为SiO2）填料具有如下优点：1）玻璃鳞片可以使涂层在固化过程中形成无数很小的空间，减小了涂层的收缩应力和膨胀系数；2）玻璃鳞片填补了涂层固有的间隙，与金属基体形成多层的平行布局，当腐蚀性介质渗透时阻力会更大，介质渗透扩散至金属基材的时间便会延长，从而隔离了腐蚀介质，实现了有效防腐的目的［11］。因此，玻璃鳞片涂料以其良好的抗渗透性和耐蚀性，在化工反应装置、原油贮存设施和污水处理装置等方面应用广泛。

2．3环氧导静电涂料原油在流动、搅拌、抽提、过滤、混合和加注等工况下，由于摩擦而产生静电荷，静电荷不断聚集，当电压到一定值时会进行尖端放电，放电的能量高于原油蒸汽与空气混合物的爆炸极限时，会引发静电起火和爆炸等事故［12］。在油罐内壁涂覆防静电涂料，既起到防腐作用，又起到防静电的作用，近几年在原油处理设备中受到重视，并大力推广。环氧导静电涂料是在环氧涂料的基础上，加入导电材料和导电助剂制成的，除了具备环氧涂料的性能外，还具有良好的抗静电性能。环氧导静电涂料一般适用于原油和成品油等含油类的储罐或容器。由于导静电涂料在施工后，涂层漏点尚无有效的方法进行检测，因此，导静电涂料应用在需要作静电导出的区域或部位，对于无需进行导静电处理的区域，如介质为污水的储罐或容器，为保证内涂层的施工质量和防腐效果，一般不建议使用导静电涂料。

2．4无毒环氧涂料无毒环氧涂料与环氧涂料类似，由环氧树脂、颜填料、特种助剂和溶剂及聚酰胺脂等组成，主要用于油田场站的生活用水等容器内壁，以起到防腐的作用。目前，在我国允许使用的食品容器内壁涂料有环氧树脂涂料、过氯乙烯涂料和漆酚涂料等，但是过氯乙烯树脂含有致癌的有毒化合物———氯乙烯单体，而部分群体又对漆酚涂料会产生过敏；因此，环氧树脂涂料是国内外食品容器首选的防腐涂料［13］。无毒环氧涂料的技术要求与环氧涂料的类似。根据《生活饮用水卫生监督管理办法》的要求，无毒环氧涂料应依据《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》（2001）和GB／T5750—2006《生活饮用水标准检验方法》［14］进行无毒无害检验（如：浸泡试验、病理学检验等），并由卫生部认可的涉及饮用水卫生安全性产品检验机构（如：中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所）出具检验报告，合格后方可使用。

3涂层适用性评价

3．1高温高压腐蚀试验采用高温高压腐蚀设备，模拟油田的高温高压环境，主要研究油田压力容器和储罐用内涂层处于油田现场高温高压CO2／H2S／Cl－存在下的腐蚀性能。依据SY／T6717—2008［15］标准附录C的试验方法，每种涂层取3个平行试样，先检查试样表面涂层是否光滑、均匀，有无针孔和气泡等表观缺陷，确保涂层完好后将试样平均置于三相（气相、原油和水相）环境中，对涂层进行防腐性能评价，其中气相由CO2／H2S／N2等组成，水相为模拟地层水。通入氮气2h除氧后，将高压釜密封，温度和压力升至设定值，浸泡4～7d。在试验结束后，待釜体自然冷却且降至常压，用蒸馏水冲洗试样，再进行相关的测试及形貌观察。

3．2电化学测试试验利用电化学阻抗谱（EIS）、动电位极化技术和SEM等方法，研究涂层在质量分数为3．5％的NaCl溶液中的开路电位－时间曲线、EIS和极化曲线，并观察电化学试验前、后涂层的宏观表面形貌、SEM形貌及EDS能谱图［16］。试样加工成15mm×3mm的小圆柱形状，用钎焊（如锡焊）或点焊的方法将导线焊在试样的非涂层表面上，人为制造的缺陷厚度为涂层的厚度，利用环氧树脂、乙烯树脂或石蜡松香混熔物等绝缘物对非涂层面部分和导线进行涂覆密封或可镶嵌，涂层面作为工作电极面进行电化学测试。

3．3涂层质量评价试验1）宏观形貌测试。对试验后的涂层进行表观测试，主要评估涂层表面是否平整、色泽是否均匀，是否有气泡、针孔、皱皮或裂纹等缺陷。将涂层分别沿长度和宽度方向分成若干部分，并对各部分分别进行评估。2）涂层附着力测试。参照SY／T0442—1997标准附录B的方法［17］，对试验后的涂层进行附着力测试。首先将涂层试样放入浓度为10％的NaCl溶液中，加热到（75±3）℃，并恒温48h；取出试样后用小刀在试样中部划割一个尺寸为12mm×25mm的长方形；自然冷却后用小刀从长方形的任意一个角插入涂层下面，连续推进小刀，直到长方形内的涂层全部被撬离或涂层显示出明显的抗撬剥性为止。试验结果按如下级别评价涂层的附着力：1级为涂层明显地不能被剥离；2级为被剥离的涂层≤50％；3级为被剥离的涂层＞50％，但涂层表现出明显的抗剥离性能；4级为涂层很容易被撬剥成条状或是大块碎屑；5级为涂层成一个整片被撬离。试验结果以平行试样中级别最低的试验结果代表该样品的附着力级别。

4涂层施工质量控制

4．1涂层检测涂层质量受施工过程质量控制，“三分涂料，七分施工”，因此，内防腐层施工质量不达标将会对容器的服役埋下隐患。涂层施工过程中的关键因素包括施工环境、表面处理、表干时间、实干时间和涂刷工艺等，具体见表1。施工环境（包括环境温度、相对湿度、露点温度和表面温度）应在每道涂料涂装前进行测量，施工环境符合标准要求，方可进行涂料涂装施工；表面处理效果（包括除锈等级、结构缺陷、清洁度、盐份测试和表面粗糙度）在第1道底漆涂刷施工前检查，合格后方可进行涂料涂装工序。涂层质量（包括外观、厚度和漏点）则应该在每一道涂层涂装完毕，且涂层表面干后进行检查。在涂层施工完毕后，对涂层质量进行最终验收，包括外观、厚度、漏点和附着力等项目的检测。

4．2常用检测仪器涂层施工过程中常用的检测仪器及对应的检测项目见表2。一般要求环境温度应为5～45℃，钢板温度露点温度＋3℃，喷砂除锈等级≥Sa2．5，局部需手工打磨时除锈等级≥St3，锚纹深度应为40～80μm，单层干膜厚度约为50μm，实干后的总厚度≥250μm或规定的厚度值，电火花检漏电压为5V／μm，以无漏点为合格。

5涂层施工存在的问题及应对措施

对压力容器或储罐内涂层停产检修时，首先要收集容器信息，选择合适的涂料；其次进罐检查，制定并经防腐专家审核防腐方案和施工方案；然后做施工前的准备；最后严格按防腐方案和施工方案进行表面处理和现场涂装，漆膜实干后进行涂层质量检测验收。在检修过程中的操作不规范，常会导致涂层质量不合格，加速涂层失效，产生安全隐患和经济损失。结合现场实际和大量涂层失效案例，对涂装过程部分常见典型问题进行分析，提出解决措施（见表3）。

6结语

金属腐蚀是造成油田安全事故最主要的原因，而目前油气井采出液中普遍高含H2S和CO2，对油气下一步净化和储运处理设备提出了更高的防腐要求；因此，保证防腐质量、提升防腐效果对延长压力容器或储罐的使用寿命至关重要。针对涂层防腐技术在压力容器和储罐的应用，本文详细分析了涂层防腐机理和失效机理，并对目前油田常用的涂料特性和适用范围进行了讨论，提出了涂层适用性评价方法和涂层施工质量控制的方法及检测过程。结合现场实际，分别从进罐查看、施工准备、表面处理和现场涂装等4个重要环节详细分析了典型施工问题，提出了具体的解决措施和控制要求，为压力容器和储罐内涂层的可靠性提供了理论和技术支持。

作者：宋成立 林冠发 袁军涛 李磊 单位：中国石油集团石油管工程技术研究院