儲罐加熱盤管防腐改進研究

李 巖，楊 鋒 （中石油長慶油田分公司第二采油廠，陜西 西安745100）

儲罐按功能可分為沉降罐、凈化油罐和事故罐3種，長慶油田公司第二采油廠目前建有儲罐161具，規(guī)格為5000～10000m3儲罐23具，其中沉降罐6具；規(guī)格為1000～5000m3儲罐34具，其中沉降罐19具；規(guī)格為100～1000m3儲罐104具，其中沉降罐14具。

2009年，長慶油田分公司第二采油廠因加熱盤管腐蝕維護儲罐29具，投入清罐、維護資金200余萬元。其中木一綜合站、悅?cè)D(zhuǎn)、中集站等站庫的沉降罐加熱盤管有效使用壽命僅1年，維護頻繁，嚴重影響站點正常的生產(chǎn)運行。從現(xiàn)場看，加熱盤管多處外腐蝕穿孔，防腐涂層脫落，目前采取的環(huán)氧富鋅涂層防腐工藝已不能滿足加熱盤管防腐要求。另外，加熱盤管依靠法蘭連接，若法蘭腐蝕或法蘭墊子刺漏，或施工時焊接出現(xiàn)質(zhì)量問題，則焊縫出現(xiàn)滲漏，仍需更換盤管。

1 腐蝕機理及因素分析

1．1 脫出水水質(zhì)現(xiàn)狀

通過對第二采油廠脫水站的污水進行取樣分析，發(fā)現(xiàn)近乎一半以上的污水樣呈現(xiàn)黑色特征，而且泥沙含量較大，在取樣口附近能明顯地聞到從采出水中散發(fā)出刺鼻的H2S氣味。從總體來看，經(jīng)過處理后的采出水中機雜一般在80～200mg／L，含油量在30～100mg／L，硫酸鹽還原菌103～105個／ml，腐生菌103～104個／ml，硫化物含量20～150mg／L，大部分采出水呈現(xiàn)偏堿性的特征，水中CO2的含量較高。

1．2 化學(xué)腐蝕機理

由于環(huán)境介質(zhì)的組成、濃度、壓力、溫度、pH值等千差萬別，金屬材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)等各種各樣，加之受力狀態(tài)的不同，由此決定腐蝕本身是一個十分復(fù)雜的過程。現(xiàn)場主要從污水水質(zhì)、溶解氧、細菌、硫化氫、懸浮物及含油量等因素對腐蝕的影響進行分析研究。

1）回注水質(zhì)的影響 污水的高礦化度和各種離子含量在油田污水系統(tǒng)的腐蝕問題上起很重要的作用，油田污水的腐蝕性通常也以礦化度來描述，依據(jù)造成腐蝕的程度，礦化度大于20000mg／L的稱為重腐蝕污水。由水樣分析可知，第二采油廠所產(chǎn)采出水礦化度在30000～80000mg／L，屬于重腐蝕污水。

2）溶解氧的影響 由于氧具有較大的電負性和較高的電極電位，因而具有較強的氧化勢和陰極去極化能力。在水中溶解氧與金屬本體組成以金屬為陽極、氧為陰極的腐蝕電池，形成點蝕［1］。

3）細菌的影響 在脫出水中存在大量硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細菌等厭氧菌或兼性厭氧菌，是引起腐蝕的主要原因之一。其中危害最大的是硫酸鹽還原菌，它能與硫化物生成FeS及Fe（OH）2的二次沉淀。硫酸鹽還原菌在厭氧環(huán)境下能將水中的水溶性無機硫還原成H2S，對鋼罐及管線易形成腐蝕產(chǎn)物FeS。鐵細菌以及能夠產(chǎn)生粘液的腐生菌，這些菌的數(shù)量超過一定值后也能產(chǎn)生氧濃差電池，致使金屬本體腐蝕。

4）硫化氫的影響 水中的硫化氫具有腐蝕性，當(dāng)硫化氫含量高時可向鋼鐵內(nèi)部滲透形成氫脆，引起鋼鐵晶格變異性破壞［2］。水中硫化氫的來源：一是從油層中帶來的，二是水中硫酸鹽還原菌將有機物分解 （異化作用）所產(chǎn)生的，三是水中硫酸鹽 （CaSO4）和原油中烴還原生產(chǎn)硫化氫，四是硫酸鹽還原菌對硫酸鹽的還原。正是由于硫化氫腐蝕性的存在，對金屬系統(tǒng)的破壞作用也是十分顯著的。

5）懸浮物及含油量的影響 油田污水中的懸浮物主要為腐蝕產(chǎn)物、泥沙、細菌代謝產(chǎn)物、乳化物及機械雜質(zhì)。水中的油類則主要以浮油、分散油、乳化油和溶解油4種形式存在。污水系統(tǒng)中含有大量懸浮物和油污給金屬管壁帶來的危害主要體現(xiàn)在以下3方面：①油膜粘附于管壁后，阻止了緩蝕劑與金屬管壁表面的接觸，使保護膜不能形成或保護膜不完整而導(dǎo)致局部腐蝕。②懸浮物和油污互相粘結(jié)在一起，吸附沉積在金屬壁形成污垢，污垢堆積處，電位較低，成為陽極，在沒有污垢處為陰極，形成垢下腐蝕。③污垢會增大對殺菌劑的吸附，使殺菌效果變差，助長了細菌的腐蝕。

6）其他因素對腐蝕的影響 ①溫度的影響。對電化學(xué)失重腐蝕而言，溫度升高，則腐蝕加快。試驗表明，在50℃試樣不能形成保護性膜，鋼的腐蝕速率出現(xiàn)第1個極大值；在50～70℃之間，腐蝕速率出現(xiàn)過渡區(qū)，該溫度區(qū)內(nèi)局部腐蝕較突出。在100℃附近顯出鋼的第2個腐蝕速率極大值，一般認為，溫度每升高10℃，腐蝕速度約增加1～3倍。②材質(zhì)的影響。材質(zhì)是腐蝕的內(nèi)因，材質(zhì)中的化學(xué)成分的不均勻?qū)⒓铀倩w金屬的腐蝕。③焊縫缺陷的影響。焊接缺陷的存在是造成焊縫腐蝕的主要原因之一，如焊瘤與母體間形成縫隙，引起應(yīng)力與縫隙腐蝕。

從以上研究可知，原油儲罐的腐蝕主要表現(xiàn)是電化學(xué)腐蝕，如何有效阻止脫出水對金屬本體的腐蝕具有十分重要的作用。

2 防腐蝕改進

加熱盤管通過熱水 （或水蒸汽）加熱，將熱量傳遞給儲罐內(nèi)需加熱原油，溫度在60～220℃之間，管道內(nèi)部受清水腐蝕，外部受脫出水中各種腐蝕因素沖刷腐蝕，溫度升高加速了腐蝕速度，要求涂覆在金屬管道上的涂層要有超強的附著力，良好的耐腐蝕性、耐高溫性、熱傳導(dǎo)性等。另外，針對涂層保護施工中無法避免的施工缺陷問題，通常將陰極保護 （即犧牲陽極）與有機涂層保護聯(lián)合使用，使被保護體極化以降低腐蝕速率。

利用現(xiàn)場采油污水水樣，內(nèi)壁的腐蝕介質(zhì)為自來水，在室內(nèi)模擬現(xiàn)場運行情況，用加熱水箱進行加熱，通過循環(huán)泵進行循環(huán)。整個試驗裝置分為A、B組，A、B組的3段盤管分別用絕緣接頭進行連接，以隔開它們的相互導(dǎo)電性，減輕對試驗結(jié)果的影響。A組盤管的涂層為現(xiàn)場普遍使用的普通防腐漆，其中A1沒有安裝陽極，作為空白盤管做對比試驗用；A2安裝了Al-Zn-In-Cr陽極；A3安裝了Al-Zn-In陽極。B組盤管的涂層分別為2種不同的耐高溫導(dǎo)熱防腐涂料，B1和B3為防腐涂層1；B2應(yīng)用了新型耐高溫防腐涂層2。B1和B2安裝了Al-Zn-In-Cr陽極，B3安裝了Al-Zn-In陽極。試驗裝置見圖1。

圖1 試驗裝置圖

3 室內(nèi)試驗結(jié)果分析

在模擬加熱盤管室內(nèi)防腐試驗中，用電熱水器加熱進行循環(huán)，試驗共進行了10個月。試驗過程中陽極有不同程度的溶解脫落，加熱盤管也有不同程度的腐蝕，試驗過程中用飽和硫酸銅電極及萬用表對離陽極不同距離的極化電位進行了檢測。試驗結(jié)果見表2。

由試驗結(jié)果可以看出，防腐涂層較好的盤管陽極溶解較少，管體防腐效果好；涂層相同的條件下Al-Zn-In-Cr陽極極化電位較負，保護效果較好。涂層開裂脫落的盤管陽極溶解較多，管體也有不同程度的腐蝕，這說明陽極與防腐涂層是相互補充來達到防腐的目的。其中涂裝防腐涂層2及安裝陽極Al-Zn-In-Cr的盤管B2的防腐效果最好。

表2 不同距離的極化電位

［1］張玉剛 ．原油儲罐的腐蝕與防護 ［J］．化工設(shè)備與防腐蝕，2002，5（4）：286-287．

［2］樊志文．E52-9環(huán)保型導(dǎo)靜電防腐涂料的研制 ［J］．油氣儲運，2003，22（8）：23-26．