石油機械的防腐技術探析

劉文娟

（長慶油田分公司機械制造總廠產品研發(fā)中心，陜西 西安 710000）

筆者認為，要解決石油機械的防腐問題，首先要對產生設備腐蝕的主要原因進行系統(tǒng)的分析；其次要有針對性地研究石油機械防腐技術，提出不同的防腐措施。

1 石油機械設備腐蝕的主要原因

我國石油機械設備產生腐蝕現象的原因有多種情況，但主要由于氯化物、硫化物、環(huán)烷酸、氫損輕、連多硫酸等化學物質引起的腐蝕現象，加之我國現有的煉油設備多是針對中低度含硫的原油而設計的，結構多為鋼鐵筑成，所以腐蝕現象較為嚴重。

1.1 是硫化物對石油機械設備的腐蝕。國內的腐蝕調查數據顯示，隨著加工進口原油數量的增加，原油的平均含硫量有逐步上升的趨勢，濕硫化氫對碳鋼設備的均勻腐蝕，隨溫度的升高而加劇。而且，在原油中硫有多種存在形式，在原油加工過程中，由于高溫、高壓和催化劑的作用，有些硫化物在100攝氏度以上就可以進行分解，一些非活性硫轉變?yōu)榛钚粤?，而且硫化物與氧化物、氯化物、氮貨物、氰化物、環(huán)烷酸、二氧化碳、水分、氯氣等腐蝕性介質相互作用，形成多種含硫腐蝕介質，出現多種腐蝕形式。

1.2 是氫對石油機械設備的腐蝕。氫可以使石油機械設備氫損傷、氫脆、氫鼓泡、表面脫碳、氫腐蝕等，氫腐蝕是指溫度在200攝氏度以上，氫分壓大于0.5MPa造成的腐蝕。氫腐蝕可致使鋼材的表面和內部脫碳，造成鋼材的強度、塑性和斷裂韌性降低。

1.3 是連多硫酸對石油機械設備的腐蝕。裝置運行期間受硫的腐蝕，在設備表成生成硫化物，裝置停工期間有氧和水進入，與這些硫化物反應生成連多硫酸，在連多硫酸和拉伸應力的共同作用下，就有可能發(fā)生連多硫酸應力腐蝕開裂。

1.4 是環(huán)烷酸對石油機械設備的腐蝕。原油中的有機酸總稱為環(huán)烷酸，其與鐵物質直接作用產生腐蝕，與Fes反應生成可溶于油的環(huán)烷酸鐵以進行反復的腐蝕，在環(huán)烷酸臨近沸點時的腐蝕性最強，隨著溫度的升高而呈減弱趨勢，但在350攝氏度時，由于硫化氫的影響腐蝕垢下形成高濃度的酸性物質。

1.5 是氯化物對石油機械設備的腐蝕。鹽水解后會生成鹽酸，對設備會產生腐蝕作用。在原油的蒸溜工藝過程中，受熱后原油中的鹽類水解生成腐蝕性很強的HC1，原油中的硫化物則分解成H2O、HC1、H2S，并在冷凝冷卻系統(tǒng)中形成強酸性腐蝕環(huán)境，硫化氫與鹽酸交互作用，使腐蝕速度呈指數倍增加。而鈉鹽則不會水解，但是當原油中環(huán)烷酸和某些金屬元素存在時，溫度一旦達到300攝氏度左右就會水解成腐蝕物質。

2 石油機械設備的防腐技術與措施

基于石油機械設備腐蝕的原因，石油機械設備的制造企業(yè)，尤其是技術研發(fā)隊伍要從不同層面和多角度地研究防腐技術，制定防腐措施，如材料防腐或工藝防腐等，以此來提升石油機械設備的性能和科技含量。

2.1 是采用防腐蝕材料。所選用材料的性能要具有良好的電絕緣性、抗陰極剝離性、足夠的機械強度、良好的穩(wěn)定性、簡便的修補性和抗微生物性能好。常用外防腐層材料有石油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青、膠粘帶、聚乙烯包覆層、環(huán)氧粉末涂層、三層防腐涂層。

當前技術性能較好的為100%固體含量聚氨酯防腐涂料，它是由多異氰酸酯溶液和多元醇溶液通過化學反應在被防腐界面上形成聚氨酯涂層，該過程是迅速的、放熱的化學聚合反應過程。所謂100%固體含量是指涂料不用任何溶劑溶解、攜走或減少任何涂料樹脂，換句話說，就是樹脂正常情況下仍為液體狀態(tài)，涂敷后100%轉換成固體涂層。主要性能一是附著力好，與鋼材、水泥、鑄鐵等多種材料有著極強的附著力；二是極強的耐磨性決定了它可以廣泛適用于亂石、蘆葦等困難施工地帶；三是抗彎曲，對涂敷后的鋼管加工彎曲出現斷裂或其它機械損壞的抵抗能力較強；四是抗陰極剝離，油氣管道工業(yè)的實踐經驗證明，抗陰極剝離較好的涂層具有較好的耐腐蝕性能及耐用性能，對鋼基體具有良好防腐作用的涂層的其抗陰極剝離性能也較強。如果涂層能很好地粘附于鋼基體之上，它往往能耐剪切應力腐蝕破壞，涂層服務壽命將越長；五是.抗?jié)B，水汽滲透率指標為4.08mg/cm2.24h，優(yōu)于普通防腐涂料；六是化學性質穩(wěn)定，100%固體含量聚氨酯防腐涂層是高交聯(lián)度的聚合體，因此它的化學性質非常穩(wěn)定；七是抗沖擊；八是耐溫差變化，100%固體含量聚氨酯防腐涂層經過30個循環(huán)（-40～-70℃）的凍融實驗無變化；九是抗紫外線輻射，經過500h的強紫外線光老化試驗，涂層不變色、無粉化，優(yōu)于目前廣泛采用的環(huán)氧粉末、液體環(huán)氧樹脂涂料及其它抗紫外線涂料。同時，100%固體含量聚氨酯除具有普通防腐涂料的基本性能外，較其它工業(yè)防腐涂料固化速度快，施工便捷，噴涂效率高、溫度適應性強，且涂料不含有機揮發(fā)物，不含胺、煤焦油、異氰酸鹽單體等有害物質，不含可燃物，歷史使用壽命為30年。

2.2 是采用防腐蝕涂料。如：無機聚合物防腐涂料、環(huán)保耐酸防腐涂料等對石油機械的腐蝕都起到一定的作用。首先需要說明的是無機聚合物防腐涂料，它是由新型無機聚合物和經過分散活化的金屬、金屬氧化物納米材料、稀土超微粉體組成的無機聚合物涂料，能與物體表面原子快速反應，生成具有物理、化學雙重保護作用，通過化學鍵與基體牢固結合可形成無機聚合物防腐涂層，當前這種新型的無機聚合物防腐涂料已成為保護鋼鐵的理想涂料。其主要性能和特點是綠色環(huán)保、長效防腐、附著力強、高效方便、使用方法靈活。其次是機械裝備環(huán)保耐酸防腐涂料，需要腰果酚改性酚醛樹脂520份、醇酸樹脂230份、金紅石鈦白粉160份、200號溶劑油73份、潤濕劑8份、抗沉分散劑5份、消泡劑PerenolR2份、高效復合催干劑1.5份及防結皮劑0.5份。具有環(huán)保、耐酸及耐磨的特點。

2.3 是采用電鍍鎢合金防腐防粘扣管接箍。電鍍鎢合金鍍層為非晶納米晶結構，具有優(yōu)異的防腐耐磨耐高溫抗氧化性能。在含Cl、H2S等介質中的耐腐蝕性、耐磨擦性優(yōu)于鍍鉻，可全面取代鍍鉻。其鍍層為非晶態(tài)，經過熱處理后鍍層變成為納米硬度為950HV-1100HV（HRC68-71），在含 H2S、CO2、NaCl、HCl等腐蝕性介質具有很好的耐腐蝕性。在干摩擦和加油潤滑情況下均有極佳的耐磨性。摩擦后的磨損量比硬鉻層的磨損量小很多，在高溫和高壓下鍍層無脫落現象，鍍層在600攝氏度可保溫1小時，稍微變色，耐高溫抗氧化性遠優(yōu)勝于鍍鉻層，可全面取代鍍鉻。

2.4 是采用緩蝕劑防腐。將少量物質加入腐蝕環(huán)境中，借助該物質在金屬表面上發(fā)生的物理、化學作用，降低金屬材料溶解速度的方法稱為緩蝕劑防腐，所加物質即緩蝕劑。緩蝕劑防腐具有緩蝕劑用量少、緩蝕效率高、高度的選擇性等特點。緩蝕劑的作用機理主要服從吸附理論、成膜理論和電極過程抑制理論。由于緩蝕劑具有協(xié)同效應，碳鋼材料在中性介質中，以重鉻酸鉀加硫酸鋅，以7比1的重量比混合后保護效果最好，其次為重鉻酸鉀，在酸性介質中，以若丁的緩蝕效果最好。

綜上所述，石油機械設備的防腐技術還需在實踐中不斷探索，只有大膽運用新材料和新技術才能取得技術上的突破，為我國的石油機械設備的防腐蝕問題做出貢獻。

[1]《金屬腐蝕與防護》.機械工業(yè)出版社.

[2]《金屬防腐蝕技術》.冶金工業(yè)出版社.

[3]《實用金屬防腐》.上海市科學技術交流站防腐蝕隊.

[4]《機械制造業(yè)防腐工程設計與防腐施工新工藝新技術實用手冊》.當代音像出版社.