淺談MEG存儲(chǔ)罐建造及熱噴鋁制造工藝

韓少寧

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

淺談MEG存儲(chǔ)罐建造及熱噴鋁制造工藝

韓少寧

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

MEG是貧乙二醇的簡(jiǎn)稱，常作為油氣脫水劑廣泛應(yīng)用于海洋油氣開(kāi)采中。在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中， MEG極易吸水而形成水、乙二醇的混合溶液，該混合溶液極易導(dǎo)致鋼鐵材質(zhì)的貧乙二醇罐腐蝕造成泄漏。熱噴鋁涂層本身極耐腐蝕，并且能阻止水、空氣及其它腐蝕介質(zhì)到達(dá)鋼鐵基體。同時(shí)，熱噴鋁層本身不溶于貧乙二醇和水，是貧乙二醇罐內(nèi)部防腐的首要防腐方式。MEG存儲(chǔ)罐由罐體、內(nèi)部工藝管線和熱噴鋁防腐涂層組成。詳細(xì)描述MEG存儲(chǔ)罐的罐體制造、管線安裝、焊縫密性檢查、壓力測(cè)試以及熱噴鋁施工工藝和注意事項(xiàng)。

MEG存儲(chǔ)罐；建造；熱噴鋁

0 引言

MEG(貧乙二醇)本身為有機(jī)溶劑，腐蝕性不大，但水在MEG中的溶解度極大，一旦在潮濕的環(huán)境中，極易吸水而形成水、乙二醇的混合溶液，而該液體具有導(dǎo)電性而容易導(dǎo)致鋼鐵材質(zhì)的貧乙二醇罐腐蝕。由于貧乙二醇溶液為有機(jī)溶液，能夠溶解有機(jī)涂層，因此，有機(jī)涂層不能在貧乙二醇罐中使用。熱噴鋁涂層本身極耐腐蝕，并且能阻止水、空氣及其它腐蝕介質(zhì)到達(dá)鋼鐵基體，具有良好的防腐蝕性能，同時(shí)熱噴鋁層本身不溶于有機(jī)溶劑和水。因此，采用熱噴鋁涂層對(duì)MEG罐內(nèi)部進(jìn)行防腐具有極大的優(yōu)越性[1]。

MEG存儲(chǔ)罐由罐體、內(nèi)部工藝管線和熱噴鋁防腐涂層組成。在預(yù)制過(guò)程中，合理安排結(jié)構(gòu)預(yù)制、工藝管線安裝、試壓和熱噴鋁噴涂的施工工序，使用合理施工工藝對(duì)存儲(chǔ)罐的服役性能和服役年限至關(guān)重要。

1 MEG罐體結(jié)構(gòu)預(yù)制

MEG罐體結(jié)構(gòu)包括MEG罐主管、結(jié)構(gòu)支撐管、包板、頂部法蘭及氯丁橡膠墊圈、螺栓螺母墊片、底部封頭等。根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙，MEG罐主管及支撐管需要在卷制管段的基礎(chǔ)上進(jìn)行接長(zhǎng)。接長(zhǎng)時(shí)，根據(jù)API SPEC.2B規(guī)定[2]：相鄰管段的縱縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)至少90°，縱縫錯(cuò)皮不應(yīng)超過(guò)3.2 mm, 環(huán)縫錯(cuò)皮不應(yīng)超過(guò)0.2 t與6 mm中的較小值，橢圓度不超過(guò)6 mm，另有說(shuō)明的情況除外。因MEG罐結(jié)構(gòu)主管上有管線開(kāi)孔，故在管段組對(duì)接長(zhǎng)的時(shí)候注意避開(kāi)焊縫與管線開(kāi)孔的沖突，MEG罐支撐管腳印應(yīng)避開(kāi)主管環(huán)縱縫相應(yīng)位置，在繪制管圖時(shí)，管線開(kāi)孔位置應(yīng)提前考慮并體現(xiàn)在造管圖上。

MEG罐體主管場(chǎng)地組對(duì)焊接的焊道區(qū)域表面處理后應(yīng)黏貼膠帶等進(jìn)行預(yù)留保護(hù)，其它所有的熱噴鋁施工應(yīng)在車間內(nèi)進(jìn)行，只有小部分修補(bǔ)在組裝現(xiàn)場(chǎng)完成。

2 MEG罐工藝管線施工

MEG罐內(nèi)工藝管線，根據(jù)加工設(shè)計(jì)提供的管線三維圖進(jìn)行預(yù)制安裝。管線與MEG罐罐壁相交處需安裝加強(qiáng)板，并對(duì)加強(qiáng)板進(jìn)行密性檢查。具體做法為在加強(qiáng)板上開(kāi)M10通孔，焊接一段試壓短節(jié)，連接氣帶，使用0.5 MPa干燥空氣充氣，用肥皂水檢查加強(qiáng)板周圍角焊縫是否泄漏。檢查完成后切割短節(jié)，用焊肉填滿小孔。

3 焊縫密性檢驗(yàn)

由于MEG罐整個(gè)罐內(nèi)均需要進(jìn)行熱噴鋁處理，試壓要求所有焊縫在沒(méi)有噴漆之前進(jìn)行。因此，可在熱噴鋁之前對(duì)每條焊縫進(jìn)行單獨(dú)的密性檢查，熱噴鋁后再對(duì)貧乙二醇罐進(jìn)行整體施壓。焊縫密性檢驗(yàn)具體方法一般有兩種：抽真空法檢驗(yàn)和煤油滲透檢驗(yàn)。

3.1 抽真空法檢驗(yàn)

抽真空檢驗(yàn)需要先制作透明有機(jī)玻璃罩，有機(jī)玻璃罩的邊緣裝有彈性很好的密封膠條。把相應(yīng)的有機(jī)玻璃罩罩在預(yù)先涂有肥皂水的焊段上，然后抽出空氣，使罩內(nèi)形成負(fù)壓，根據(jù)出現(xiàn)的氣泡部位判斷密性不好的焊段。在抽氣1～2 s后，罩內(nèi)頁(yè)壓為0.03～0.05 MPa時(shí)可進(jìn)行試驗(yàn)。負(fù)壓不必過(guò)大，否則試驗(yàn)罩將設(shè)計(jì)得很笨重，不利于操作。

3.2 煤油滲透檢驗(yàn)

利用煤油的高滲透性，在焊縫一側(cè)表面上涂抹煤油，一段時(shí)間后在焊縫的另一側(cè)表面涂抹白堊粉，檢查是否有油污來(lái)檢測(cè)焊縫是否有缺陷。

在密性檢驗(yàn)前，打磨清除焊縫處的氧化屑及焊渣，保持表面清潔。先用鋼絲刷清潔罐壁內(nèi)側(cè)焊縫表面，再涂上白堊粉水溶劑，其寬度要超過(guò)焊道兩側(cè)邊緣5 mm。密性檢驗(yàn)時(shí)，如果環(huán)境溫度低于0℃，在白堊粉水溶劑中可加入不凍結(jié)又不影響白堊粉潔白的溶劑(如鹽溶液、酒精)配置溶液。待白堊粉水溶劑干燥后，焊縫另一側(cè)表面涂上足夠的煤油，在檢驗(yàn)過(guò)程中焊縫表面應(yīng)保持煤油層的厚度。在煤油作用持續(xù)時(shí)間達(dá)到規(guī)定后，檢查涂有白堊粉焊縫的表面，如未發(fā)現(xiàn)有煤油滲出的斑跡，即認(rèn)為合格。如果發(fā)現(xiàn)有污跡，應(yīng)排除非煤油滲漏等原因，如確實(shí)是煤油滲漏，應(yīng)清楚標(biāo)記滲漏處，以便焊縫返修處理。

根據(jù)實(shí)際情況可以選用以上兩種方法中的任何一種或者兩種方法結(jié)合使用對(duì)焊縫密性進(jìn)行預(yù)先檢查。對(duì)于管體結(jié)構(gòu)，縱縫一般采用抽真空法進(jìn)行密性檢驗(yàn)，環(huán)縫一般采用煤油滲透進(jìn)行檢驗(yàn)。所有焊縫密性檢驗(yàn)全部合格后做內(nèi)部熱噴鋁作業(yè)，熱噴鋁施工完成后再整體進(jìn)行壓力測(cè)試。

4 MEG罐整體壓力測(cè)試

MEG罐位于導(dǎo)管架外側(cè)四條腿上，標(biāo)高從-71～+5.5 m，平均直徑為3 m，與一個(gè)MEG CAISSON連接。項(xiàng)目規(guī)格書(shū)要求進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為0.89 MPa，保壓時(shí)間0.5 h。根據(jù)計(jì)算，每個(gè)MEG罐的容積為593 m3，鑒于上面兩個(gè)罐在30 m高空，根據(jù)場(chǎng)地打壓泵能力，單個(gè)罐注水需要30 h充滿，試壓注水時(shí)間比較長(zhǎng)。如果試壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)泄漏，需要把水全部排出修補(bǔ)，然后重新注水試壓。水壓試驗(yàn)需在罐體及罐內(nèi)加強(qiáng)環(huán)上開(kāi)高排低放孔，開(kāi)孔會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。每個(gè)MEG罐在標(biāo)高+4 m有兩條4′(1′=0.03 m)管線，在+3.1 m處有一條6′管線，試壓時(shí)需將管線與MEG罐及MEG caisson一起連帶試壓，罐體容積很大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，試壓注水罐體很難注滿。試壓后，空氣吹掃很難起到應(yīng)有的效果，會(huì)有一定量試壓水殘留。而且MEG罐整個(gè)罐內(nèi)部需要進(jìn)行熱噴鋁處理，外壁從-6 m一直到頂端做防腐噴漆。試壓要求所有焊縫在沒(méi)有噴漆之前進(jìn)行，但MEG罐罐體沒(méi)有設(shè)置永久性的人孔，所以試壓是在內(nèi)部涂裝完成，臨時(shí)人孔封閉后再進(jìn)行。而外部噴漆，因?yàn)閷?dǎo)管腿是按3 m一段接長(zhǎng)焊接而成，焊縫較多，如果試壓完后在現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)漆，工作量較大，特別是ROW B面需要高空作業(yè)。

為解決以上問(wèn)題,根據(jù)GB 150-1998[3]鋼制壓力容器中的要求：“壓力試驗(yàn)一般采用液壓試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)按照要求，對(duì)于不適合作液壓試驗(yàn)的容器，例如容器內(nèi)不允許有微量殘留液體，或由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器，可采用氣壓試驗(yàn)”，最終通過(guò)與采購(gòu)方溝通，將水壓改為氣壓，試驗(yàn)壓力不變。確定保壓時(shí)間為達(dá)到試驗(yàn)壓力后保壓0.5 h，然后泄壓到0.55 MPa，保壓6 h,最后完成壓力測(cè)試。

由于氣壓測(cè)試存在危險(xiǎn)性，試壓時(shí)根據(jù)不同壓力要求在作業(yè)周圍劃定危險(xiǎn)區(qū)，該作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)為罐體周圍至少10 m范圍內(nèi)，安全人員負(fù)責(zé)警戒，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入及進(jìn)行任何作業(yè)。為使罐體達(dá)到平衡，升壓和降壓都應(yīng)緩慢進(jìn)行，試驗(yàn)壓力必須按設(shè)計(jì)文件規(guī)定執(zhí)行，不得任意增加，在升壓期間必須密切注意壓力的升降情況，不允許有超壓情況發(fā)生。試壓完成后，必須保證試壓的罐體中壓力被安全釋放。

5 MEG罐熱噴鋁施工

5.1 環(huán)境要求

當(dāng)金屬表面溫度高于露點(diǎn)溫度3℃以上，并且相對(duì)空氣濕度低于85%時(shí)，才允許進(jìn)行噴砂和熱噴鋁作業(yè)。

5.2 表面處理

熱噴鋁前，應(yīng)保證金屬基體表面沒(méi)有灰塵、油脂的污染，表面油或脂應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)SSPC-SP1規(guī)定用有機(jī)溶劑或堿性溶液清除。基體金屬表面堿性溶液清洗后，應(yīng)使用淡水沖洗表面以免導(dǎo)致腐蝕性鹽的存留。用于噴砂的磨料中水溶性氯化物含量應(yīng)小于125 ppm，水溶性硫化物小于200 ppm。

噴砂清理至ISO-8501 Sa3級(jí)[4]，表面粗糙度為63～150 μm,并帶有尖角形貌。若在噴砂清理之后涂裝施工之前表面發(fā)生氧化，應(yīng)重新進(jìn)行噴砂清理至規(guī)定等級(jí)。

熱噴鋁前，表面上所有的油、脂類、灰塵或外來(lái)污染沉積物必須完全清除，表面灰塵數(shù)量和粒度不超過(guò)ISO 8502-3 的2級(jí)[5]。表面清理后氯化物含量應(yīng)不超過(guò)50 mg/m2。

在除銹操作中，要注意金屬表面不能被燒傷。噴砂清理后應(yīng)清除金屬表面所有磨料，保證表面具有一定的粗糙度。

5.3 熱噴鋁施工

應(yīng)選用鋁含量為99%或更高純度的鋁絲材,所有熱噴涂用鋁絲應(yīng)滿足ANSI/AWS C2.25要求。鋁絲粗細(xì)均勻，不含有影響進(jìn)絲的小疙瘩或結(jié)節(jié)，不含有肉眼可見(jiàn)的氧化物顆?；蚱渌s質(zhì)，以免影響熱噴涂涂層的密度和附著力。熱噴涂金屬絲材應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、潔凈、沒(méi)有污染的可控環(huán)境中。

所有熱噴涂層應(yīng)按照NACE No. 12/AWS C2.23M/SSPC-CS 23.00[6]標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行施工。噴槍和基材的距離一般為150～250 mm，金屬噴霧應(yīng)與表面垂直。一般要噴3或4道，以達(dá)標(biāo)準(zhǔn)膜厚，避免因?yàn)橐淮螄娡恐烈?guī)定膜厚產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。施工期間用電磁測(cè)厚儀測(cè)量膜厚，施工達(dá)標(biāo)準(zhǔn)膜厚之前不能移動(dòng)工件。

5.4 檢測(cè)

5.4.1 涂層厚度

涂層厚度測(cè)量方法如下：

(1) 熱噴鋁涂層的厚度使用滿足標(biāo)準(zhǔn)SSPC-PA 2[7]類型2固定式探頭或與此相當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)基體金屬的不同選擇不同的探頭和校準(zhǔn)試樣，如碳鋼、不銹鋼或雙相不銹鋼等。

(2) 如果校準(zhǔn)過(guò)程中探針的溫度發(fā)生了變化，應(yīng)重新校正儀器或零點(diǎn)。

(3) 對(duì)于大面積的平整表面，可以選擇一條直線，在該線上每隔2.5 cm取一個(gè)厚度數(shù)據(jù)，共測(cè)量5次，最終數(shù)據(jù)為5個(gè)讀數(shù)的平均值。

(4) 對(duì)于形狀復(fù)雜或不規(guī)則的小面積表面，應(yīng)選用10 cm2的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)隨機(jī)測(cè)量5個(gè)厚度數(shù)據(jù)，最終數(shù)據(jù)為5個(gè)讀數(shù)的平均值。

(5) 涂層厚度最小不能低于規(guī)定厚度的90%，最大不能超過(guò)規(guī)定厚度的2倍。如果厚度低于規(guī)定厚度90%，應(yīng)繼續(xù)噴涂直到達(dá)到規(guī)定厚度。膜厚不足區(qū)域的修補(bǔ)應(yīng)在熱噴鋁最初開(kāi)始施工2 h內(nèi)，且保證表面潔凈干燥的情況下補(bǔ)涂。

5.4.2 附著力測(cè)試

附著力測(cè)試方法如下：

(1) 附著力測(cè)試按照ISO 4624[8]進(jìn)行。施工過(guò)程中，每50 m2表面要至少單獨(dú)進(jìn)行1次測(cè)試。測(cè)試區(qū)域打磨，熱噴鋁修補(bǔ)。

(2) 任一單個(gè)測(cè)試值不低于6.89 MPa。如果測(cè)量結(jié)果低于6.89 MPa，該區(qū)域必須去除已有涂層進(jìn)行表面處理，并重新噴涂。

5.5 保護(hù)

熱噴鋁涂層施工后，要對(duì)熱噴鋁進(jìn)行足夠的保護(hù)，以防止其在后續(xù)的操作中破壞和污染,如焊接、表面打磨和管線安裝[9]。如果后續(xù)需要在MEG罐內(nèi)工作，建議鋪上塑料或纖維的軟墊，軟墊要具有足夠的厚度和寬度，施工人員最好穿軟的鞋套。

5.6 安全要求

5.6.1 通風(fēng)

在一個(gè)大氣壓條件下，密閉空間的空氣中含氧量應(yīng)在19.5%～21%范圍時(shí)，人員方可進(jìn)入。要保證儲(chǔ)罐內(nèi)保持正壓即罐內(nèi)氣壓大于罐外氣壓，以防止排出的溶劑、揮發(fā)物、灰塵重新帶入罐體內(nèi)，保證24 h全時(shí)通風(fēng)，并有專人對(duì)通風(fēng)機(jī)監(jiān)護(hù)。

5.6.2 照明

在噴砂或者熱噴涂過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備和照明燈、電動(dòng)機(jī)、電氣開(kāi)關(guān)等都應(yīng)有防爆裝置，電源應(yīng)設(shè)在防火區(qū)域以外。照明能為所有工作提供匹配的照明，照明工具最好有固定的也有可移動(dòng)式的照明工具，便于施工和檢驗(yàn)工作。

5.6.3 施工人員安全準(zhǔn)備

在操作時(shí)，施工人員應(yīng)穿戴好各種防護(hù)用具，如專用工作服、手套、面具、口罩、眼鏡和鞋帽等。在進(jìn)行熱噴鋁施工中因所使用的材料中含有有害物質(zhì)，使操作者急性或慢性中毒，患職業(yè)病、皮膚斑疹等，因而必須加強(qiáng)工作環(huán)境、勞動(dòng)保護(hù)和工人的健康工作。同時(shí)，施工中內(nèi)部腳手架、施工器械的安置盡量遠(yuǎn)離出入人孔，保證出入通道暢通無(wú)阻。

6 結(jié)論

該技術(shù)在荔灣3-1項(xiàng)目中得到了成功的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)三年多的應(yīng)用運(yùn)行，MEG罐性能良好。隨著國(guó)內(nèi)熱噴涂應(yīng)用的越來(lái)越多并逐漸和國(guó)際接軌，該技術(shù)的使用也會(huì)越來(lái)越廣泛，熱噴鋁涂層可以作為石油化工領(lǐng)域有機(jī)物儲(chǔ)存罐內(nèi)部防腐的主要方法。該文系統(tǒng)總結(jié)了MEG罐建造過(guò)程中的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)制、工藝管線安裝和熱噴鋁噴涂的施工工序進(jìn)行了詳細(xì)的描述，該施工工序和施工方法也可為將來(lái)類似罐體的結(jié)構(gòu)建造、管線安裝和內(nèi)壁涂裝提供指導(dǎo)，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)的工作效率。

[1] 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì).腐蝕與防護(hù)全書(shū)-熱噴涂[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2] Specification for the Fabrication of Structural Steel Pipe：API SPEC.2B[S].2007.

[3] 鋼制壓力容器：GB 150-1998[S].1998.

[4] Preparation of Steel Substrates Before Application of Paints and Related Products-Visual Assessment of Surface Cleanliness：SSPC-SP1：ISO-8501 [S]. Illinois: Nationally Recognized Testing Laboratories, 2007.

[5] Preparation of Steel Substrates Before Application of Paints and Related Products-Tests for the Assessment of Surface Cleanliness：ISO-8502 [S].Illinois: Nationally Recognized Testing Laboratories,2006.

[6] Specification for the Application of Thermal Spray Coatings (Metallizing) of Aluminum, Zinc, and Their Alloys and Composites for the Corrosion Protection of Steel：NACE No. 12/AWS C2.23M/SSPC-CS 23.00 [S]. America: The society for protective coatings, American welding society and NACE international，2003.

[7] Procedure for Determining Conformance to Dry Coating Thickness Equirements：SSPC-SPA2 [S].America: The society for protective coatings, 2004.

[8] Paints and varnishes-Pull-off test for adhesion：ISO-4624 [S]. Switzerland: International Organization for standardization, 2002.

[9] 程國(guó)東，李家福，馬永清，等. 電弧噴涂鋁在海洋工程中應(yīng)用與質(zhì)量控制[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2015，22(3)：51-53.

A Tentative Discussion on the Construction of MEG Storage Tank and Thermal Aluminum Spraying Process

HAN Shaoning

(Offshore Oil Engineering (Qingdao) Co., Ltd., Qingdao 266520， Shandong, China)

MEG is the abbreviated term of lean glycol, which is widely used as an oil/gas dehydrating agent in offshore oil and gas production. In the practical application of the industry, MEG is easy to absorb water to form a mixed solution of water and ethylene glycol, which can easily lead to the leakage of the poor ethylene glycol tank. Thermal sprayed aluminum coating has better physical coverage, the steel matrix with water, air and other media are separated, and thermal spraying aluminum layer is not dissolved in ethylene glycol and water is poor, so thermal spray aluminum is the first way to protect corrosion of MEG tank. The MEG storage tank is composed of a tank body, an internal process pipeline and a thermal spraying aluminum coating. This paper discusses in detail the construction of MEG storage tank, pipeline installation, weld tightness test, pressure test ,thermal aluminum spraying process and concerns.

MEG storage tank； construction； thermal aluminum spraying

2016-12-19

韓少寧(1969-)，男，高級(jí)工程師

1001-4500(2017)01-0096-05

TE24

A