海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)分離器陰極保護(hù)

王維鋒，陳 超，陳 武

(1.中海石油深圳分公司陸豐油田，廣東 深圳 518067;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司上海環(huán)境工程技術(shù)分公司，上海 200030)

南海東部海域某油田步入后期開發(fā)，進(jìn)入特高含水采油期，該油田生產(chǎn)水具有高溫、高鹽和高礦化度等特點(diǎn)。

1 腐蝕情況介質(zhì)

生產(chǎn)分離器作為油田的“心臟”設(shè)施，一旦出現(xiàn)腐蝕穿孔，有可能造成整個(gè)油田的停產(chǎn)［1］。表1 為生產(chǎn)分離器生產(chǎn)水水質(zhì)分析結(jié)果，油田生產(chǎn)水pH 值偏弱酸性，氯離子濃度較高，具有較強(qiáng)的腐蝕性。

表1 生產(chǎn)分離器生產(chǎn)水水質(zhì)分析

生產(chǎn)分離器腐蝕性氣體檢測(cè)結(jié)果見表2。Pots等認(rèn)為硫化氫和二氧化碳共存條件下腐蝕非常復(fù)雜，當(dāng)PCO2/PH2S＞500 時(shí)，以二氧化碳腐蝕為主，腐蝕產(chǎn)物主要為FeCO3。根據(jù)二氧化碳分壓判斷二氧化碳腐蝕性的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，油田二氧化碳分壓介于0.021～0.21 MPa，屬于二氧化碳中等腐蝕［2］。

表2 生產(chǎn)分離器腐蝕性氣體檢測(cè)結(jié)果

2 生產(chǎn)分離器內(nèi)腐蝕控制現(xiàn)狀

該油田生產(chǎn)分離器防腐采用金屬陶瓷涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合的保護(hù)方式。在平臺(tái)停產(chǎn)期間，開罐對(duì)生產(chǎn)分離器罐進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)涂層大面積脫落(見圖1)，對(duì)生產(chǎn)分離器罐體測(cè)厚時(shí)發(fā)現(xiàn)，罐體局部減薄嚴(yán)重。犧牲陽(yáng)極安裝不足1 a，陽(yáng)極溶解極不均勻，表面已經(jīng)結(jié)成一層厚厚的硬殼，且有很多裂紋(見圖2)。經(jīng)查閱犧牲陽(yáng)極完工資料，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)分離器內(nèi)安裝的陽(yáng)極是鋅合金陽(yáng)極，根據(jù)GB50393—2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》，鋅陽(yáng)極在溫度高于54 ℃的情況下可能發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)，而現(xiàn)場(chǎng)油田生產(chǎn)水溫度約為97 ℃，因此鋅陽(yáng)極不能起到保護(hù)作用，反而將加速罐體的腐蝕。

為抑制生產(chǎn)分離器內(nèi)腐蝕，需立即采用適宜現(xiàn)場(chǎng)工況的高溫涂料重新涂裝，并嚴(yán)格把控施工質(zhì)量。為保證陽(yáng)極使用效果，需根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合罐內(nèi)介質(zhì)的電阻率、介質(zhì)溫度和涂層破損狀況等因素，對(duì)鋁陽(yáng)極尺寸和用量重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 涂層大面積脫落

圖2 犧牲陽(yáng)極溶解不均勻

3 高溫犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)

(1)保護(hù)面積

經(jīng)計(jì)算，生產(chǎn)分離器需要陰極保護(hù)的面積為115 m2。

(2)保護(hù)電流

保護(hù)電流密度i 取50 mA/m2

保護(hù)電流:I=1.2·i·S=1.2 ×0.05 ×115=6.9 A

(3)犧牲陽(yáng)極選型及發(fā)生電流

選用鋁-鋅-銦-鎘高溫犧牲陽(yáng)極，型號(hào)為A11C-2 陽(yáng)極規(guī)格為500 mm × (115 mm+135 mm)×130 mm，重為23 kg 陽(yáng)極。

式中:ΔE—陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電位，取0.25 V

R—陽(yáng)極的接水電阻，Ω

ρ—油田生產(chǎn)水的電阻率，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，取22 Ω·cm

L—陽(yáng)極長(zhǎng)度，cm

r—陽(yáng)極當(dāng)量半徑，cm

計(jì)算得陽(yáng)極發(fā)生電流If=1.18 A

(4)犧牲陽(yáng)極理論用量計(jì)算

根據(jù)所需電流量，按下式計(jì)算所需要的陽(yáng)極質(zhì)量:

式中:I—所需電流量，A;

t—保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用年限，t=3 a;

Q—陽(yáng)極的實(shí)際電容量，考慮到高溫下陽(yáng)極的電容量急劇下降，Q=1 000 A·h/kg;

μ—犧牲陽(yáng)極的利用系數(shù)，取0.8

W—所需陽(yáng)極的凈重(kg)。

經(jīng)計(jì)算，生產(chǎn)分離器犧牲陽(yáng)極理論用量為226.7 kg。

(5)所需陽(yáng)極塊數(shù)

生產(chǎn)分離器:N=226.7/22≈11(塊)

安裝11 塊A11C-2 鋁合金陽(yáng)極，可滿足生產(chǎn)分離器陰極保護(hù)要求。

4 結(jié)論和建議

(1)部分油田生產(chǎn)分離器內(nèi)安裝鋅合金陽(yáng)極，由于鋅陽(yáng)極在溫度高于54 ℃的情況下可能發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)，而現(xiàn)場(chǎng)油田生產(chǎn)水溫度較高，因此鋅陽(yáng)極不能起到保護(hù)作用，反而將加速罐體的腐蝕。

(2)鋁陽(yáng)極隨著使用環(huán)境溫度的升高，電化學(xué)性能急劇下降，需針對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

［1］蔣進(jìn)忠，牛耀玉，劉麗玲，等.寶浪油田聯(lián)合站三相分離器腐蝕與防護(hù)技術(shù)［J］.腐蝕與防護(hù)，2002，23(8):353-355.

［2］樂鉆.南海東部海域海上油氣田設(shè)施腐蝕與防護(hù)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2013:164-165.