油田壓力容器檢修內(nèi)涂層防腐施工注意要點

劉楊宇 ，崔廣偉 ，任峻冬 ，梁 鎬 ，劉本華

1.中國石油集團工程技術(shù)研究有限公司，天津 300451

2.石油管工程涂層材料與保溫結(jié)構(gòu)研究室，天津300451

3.天津煉達集團有限公司，天津300280

4.中國石油大港石化公司，天津300280

壓力容器是油田生產(chǎn)過程中廣泛使用的特種設(shè)備，用于油、氣、水分離，原油處理穩(wěn)定，氣體脫水、脫酸氣以及污水處理等。由于操作條件（介質(zhì)、溫度和壓力）的不同，壓力容器會產(chǎn)生全面腐蝕、應(yīng)力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕和疲勞腐蝕等[1]，嚴重影響生產(chǎn)裝置的正常運行，甚至引發(fā)泄漏、爆炸等安全生產(chǎn)事故。

目前油田壓力容器內(nèi)部多采用有機涂層與犧牲陽極相結(jié)合的保護方法，涂層是壓力容器內(nèi)部防止腐蝕的第一道屏障。由于壓力容器腐蝕工況非常復(fù)雜惡劣，內(nèi)部長期處于油、氣、水三相共存的狀態(tài)，部分采出液往往具有高含水、高含H2S、高含CO2、高礦化度的特點，并且伴隨著高溫、高壓、高流速的操作條件。內(nèi)部防腐涂層常出現(xiàn)起泡、開裂、剝離、脫落的情況。為了保證容器的正常運行，對容器內(nèi)壁進行防腐施工成為檢修的一項重要工作。目前國內(nèi)尚未制定關(guān)于壓力容器內(nèi)防腐層的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)文獻報道也較少。本文針對油田壓力容器檢修內(nèi)涂層施工，結(jié)合容器檢修的工作特點，分別從壓力容器檢修中內(nèi)涂層施工特點、涂料選材、施工控制要點、質(zhì)量檢測以及人員因素對防腐施工注意要點進行闡述，并提出相應(yīng)的措施建議。

1 壓力容器檢修內(nèi)涂層施工特點

1.1 容器種類多

油田生產(chǎn)涉及到的壓力容器種類較多，需按照特種設(shè)備進行管理。根據(jù)生產(chǎn)工藝中的作用原理壓力容器可分為：反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲存壓力容器等四類。油田壓力容器主要用于換熱、分離、儲存。每類壓力容器根據(jù)具體生產(chǎn)工藝要求，又可細分為十多種。壓力容器多為臥式和立式的圓柱體，部分為球體。容積一般不大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)差別較大，部分容器內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，附件較多。

1.2 檢修工期短

油田生產(chǎn)過程中，由多套壓力容器組成了一個完整的油氣處理系統(tǒng)，進行連續(xù)生產(chǎn)。某臺容器進行檢修時，為了保證檢修質(zhì)量，需要對原有的工藝流程進行調(diào)整，有時甚至需要進行停產(chǎn)檢修，影響裝置的正常運行。所以壓力容器的檢修工期一般非常短，任務(wù)緊，而內(nèi)涂層的施工質(zhì)量達到要求需要一定的時間。在實際檢修過程中，由于防腐施工是整個檢修環(huán)節(jié)的最后一道工序，前面工序經(jīng)常占用防腐工期，施工質(zhì)量與工期的矛盾突出。

1.3 交叉作業(yè)多

由于壓力容器檢修涉及到檢測、清罐、安裝、焊接、試壓、拆卸與搭設(shè)腳手架等多種作業(yè)，交叉作業(yè)多，人員流動大。由于涂層施工后，每道涂層的干燥固化需要一定的時間，其他施工作業(yè)容易對涂層造成機械損傷和二次污染，給內(nèi)涂層施工和養(yǎng)護帶來了很大的困難。

1.4 施工環(huán)境差

油田集輸系統(tǒng)壓力容器容積多為20～200 m3，容器可供人員進出的通道非常少，進出口直徑很小，一般為0.5 m左右，人員進出困難。容器狀態(tài)為封閉形式，內(nèi)部作業(yè)空間非常狹小，通風(fēng)采光條件差，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部有許多導(dǎo)管、隔板、附件。較大的容器在施工時需要在內(nèi)部搭設(shè)腳手架，限制了施工機具的大規(guī)模作業(yè)，目前涂層施工主要依靠人工涂敷。

2 涂料選材及涂層結(jié)構(gòu)

2.1 涂料選材

油田壓力容器處理的介質(zhì)主要是油、水、氣、固體雜質(zhì)等多相流體混合物，成分復(fù)雜，運行溫度主要集中在30℃～80℃的范圍內(nèi)，最高溫度100℃；運行壓力主要集中在0.3～10 MPa，部分容器的運行壓力最高可達11.4 MPa；一些容器的來液流速較高，尤其是在進料口等變徑部位，容易形成局部湍流，造成沖刷腐蝕。用于壓力容器內(nèi)部的涂層應(yīng)該具有良好的機械強度、附著力，以及耐磨、耐油和耐化學(xué)浸泡性能。根據(jù)壓力容器腐蝕工況特點，選擇合適的防腐蝕涂料是涂層能否起到防護作用的前提，選材不當(dāng)，會導(dǎo)致涂層脫落、鼓泡等失效情況的提前發(fā)生。由于壓力容器運行工況復(fù)雜，涉及高溫高壓以及腐蝕介質(zhì)多樣等，給選材帶來了很大的難度。表1給出了目前油田壓力容器常用內(nèi)防腐涂料的品種及厚度要求。

表1 油田壓力容器常用內(nèi)防腐涂料的品種及厚度要求

目前主要使用的是環(huán)氧-胺體系的涂料，這類涂料屬于化學(xué)轉(zhuǎn)化干燥類型，在涂敷時成膜物分子量不大，在干燥前能夠較好地展布、潤濕金屬表面，容易定向排列，被金屬吸附。成膜物分子為剛性結(jié)構(gòu)，并帶有較多的氨基和羥基，能與鋼鐵表面形成極強的氫鍵，附著力優(yōu)良。國內(nèi)目前壓力容器內(nèi)防腐涂層的評價和選用主要根據(jù)設(shè)計單位的推薦方案。但由于市場上的環(huán)氧類涂料質(zhì)量參差不齊，再加上壓力容器運行工況復(fù)雜惡劣，沒有統(tǒng)一的內(nèi)防腐規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，常出現(xiàn)選用不合理的情況。

根據(jù)以往的使用工況，可以將性能指標(biāo)分為基本性能指標(biāo)和特性指標(biāo)兩部分。一般的壓力容器可以參考SY/T0319-2012《鋼制儲罐液體涂料內(nèi)防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，表2給出了液體環(huán)氧涂料及涂層應(yīng)滿足的基本性能指標(biāo)[2]。

除了以上基本性能，由于部分壓力容器的運行環(huán)境非常特殊，還需要有針對性地增加特性指標(biāo)要求。溫度超過80℃，壓力大于10 MPa時，涂料應(yīng)具有良好的耐高溫高壓性能。表3給出了涂層的耐高溫高壓性能指標(biāo)要求。

當(dāng)來液中含有H2S和/或CO2時，還應(yīng)模擬現(xiàn)場工況，測試涂層的抗硫化氫性能。表4所列涂層抗硫化氫性能的試驗參數(shù)是模擬某工況環(huán)境下得到的涂層抗硫化氫性能的試驗參數(shù)。

表2 液體環(huán)氧涂料及涂層基本性能指標(biāo)

表3 涂層的耐高溫高壓性能指標(biāo)

表4 涂層抗硫化氫性能的試驗參數(shù)

除了涂料的防腐性能，還應(yīng)重視涂料的施工性能和現(xiàn)場情況。如壓力容器涂敷施工時，多采用人工輥涂、刷涂的方式，涂料的消耗速度較慢，且處于受限空間內(nèi)作業(yè)。應(yīng)盡量選擇固體含量高、VOC含量低、固化劑毒性低、固化快、適用期長的涂料品種。

2.2 涂料結(jié)構(gòu)

涂層結(jié)構(gòu)的選擇盡量遵循多道涂敷的原則，涂層都有一定的透水性，透水的原因主要是因為涂層上存在針孔和結(jié)構(gòu)氣孔，水分子會通過涂層的宏觀缺陷和微觀缺陷擴散到涂層/金屬基材界面，形成非連續(xù)或連續(xù)的水相。透過涂層的水分子能與鋼鐵表面上的基團及涂層高分子上的官能團形成氫鍵，取代涂層與鋼鐵表面的作用，導(dǎo)致涂層濕附著力的持續(xù)降低[3]。對于完整、無缺陷/小孔的涂層，水是通過涂層的自由體積空穴在膜內(nèi)穿行，這種微觀的缺陷比自由體積空穴大，使水、氧、離子容易滲透[4]。單層涂布很難百分之百地得到均勻無孔的涂層，采用多道涂層可以有效地將前一道涂層留下的針孔、漏點及其他弊病予以彌補。

實踐證明，選擇多道涂敷的結(jié)構(gòu)能夠延長涂層使用壽命，但多道涂敷會增加施工費用。因此，涂層結(jié)構(gòu)應(yīng)合理，涂裝道數(shù)、每道涂層的厚度、涂層總厚度應(yīng)根據(jù)具體工況和涂料使用說明書制訂。

3 施工控制要點

3.1 施工環(huán)境

對涂層施工影響較大的環(huán)境因素主要是溫度。環(huán)氧-胺體系涂料在施工和固化時，受溫度的影響非常大?，F(xiàn)場環(huán)境溫度超過40℃時，涂料中的固化劑會使環(huán)氧樹脂分子聚合，黏度上升，甚至膠化，涂料和固化劑反應(yīng)加速，適用期減短，甚至出現(xiàn)暴聚的情況；現(xiàn)場環(huán)境溫度低于10℃時，樹脂和固化劑的反應(yīng)活性降低，涂料的干燥固化緩慢，低于5℃時，固化反應(yīng)幾乎不再進行；內(nèi)涂層施工宜在10℃～30℃，基材表面溫度高于露點3℃，相對濕度小于80%的環(huán)境下進行[5]。

對涂層施工質(zhì)量影響較大的另一環(huán)境因素主要是現(xiàn)場作業(yè)條件。由于涂層固化需要一定的時間，在這段時間內(nèi)，涂層的機械強度較低，容易受到其他作業(yè)環(huán)節(jié)的污染、劃傷或破壞。施工過程中應(yīng)合理安排作業(yè)工序，采取防護措施對涂層進行保護。

3.2 表面處理質(zhì)量

表面處理質(zhì)量包括除銹等級、粗糙度、灰塵清潔度三個方面，直接影響著涂層的附著力及防腐效果。有關(guān)資料表明，很多防腐涂層的提前鼓泡、剝落、失效都是由于表面處理質(zhì)量不合格造成的。油田壓力容器內(nèi)壁表面由于長期浸泡在油水混合物中，對表面處理等級要求較高，噴砂除銹應(yīng)達到Sa2.5級以上，錨紋深度達到40～80μm，但在實際操作中，為了保證將內(nèi)壁的附著物清理干凈，可以允許錨紋深度超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的80μm。

與新建項目不同，由于壓力容器一直處于運行狀態(tài)，容器罐壁和底部沉積了大量的雜質(zhì)和污垢。這些雜質(zhì)和污垢主要由兩部分組成，一部分是金屬本身的腐蝕產(chǎn)物，它們是在金屬的使用、貯存、熱處理和機械加工過程中形成的，如鐵銹、氧化皮、焊渣等；另一部分是外來的附加物和污染物[6]，如容器運行過程來料中的油泥、污水、注入的藥劑以及舊涂層等。在容器內(nèi)的異構(gòu)件部位、焊縫周圍、腐蝕坑部位，噴砂除銹很難將表面徹底處理干凈，會殘留一些油膜。這些油膜肉眼很難發(fā)現(xiàn)，在施工完畢容器投入使用后，油膜隨溫度壓力升高而汽化揮發(fā)，涂層出現(xiàn)鼓泡，甚至脫落。

空壓機壓力大小的調(diào)整和磨料顆粒的選擇成為表面處理質(zhì)量控制的關(guān)鍵，壓力過小，表面附著物和涂層難以除去；壓力過大，錨紋深度過深，易造成涂料浪費。單一粒徑大小的磨料有時不能保證能夠?qū)⑷萜鞅砻鎻氐壮齼簦梢圆捎貌煌降哪チ洗钆涫褂?。施工時，操作人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況對空壓機壓力和磨料粒徑進行匹配，跟蹤檢查表面處理效果，對壓力和磨料大小及時進行調(diào)整。

3.3 涂裝間隔時間

由多道漆膜組成的涂層，層間附著力在很大程度上取決于兩層漆膜成膜物的分子或鏈節(jié)的相互滲透和纏繞交聯(lián)。涂裝多采用“濕碰濕”工藝，即在底層漆膜表干后，未完全固化前，涂覆下一道漆膜。這樣保證底層漆膜分子的交聯(lián)密度不會太高，其分子和鏈節(jié)的熱運動仍有較大自由空間，當(dāng)下一道漆膜施工后，溶劑對底層漆膜的潤濕和“稀釋”作用，其成膜物質(zhì)的分子容易向底層擴散，膠粘在一起[7]。涂裝間隔時間太短，底層漆膜未表干，直接噴下一道漆膜，底層漆膜的溶劑未及時揮發(fā)，容易導(dǎo)致底漆發(fā)軟。表層漆膜與環(huán)境溫度更接近，比底層漆膜干燥迅速，底、表層固化過程收縮不一致導(dǎo)致涂層起皺。涂裝間隔時間過長，環(huán)氧樹脂與胺類固化劑充分反應(yīng)，底層漆膜分子交聯(lián)密度增大，縫隙減少，表層漆膜的成膜物分子難以向底層滲透，非常容易形成“兩張皮”的現(xiàn)象，表層漆膜容易剝落。如果重涂時間間隔超過固化時間，漆膜表面要拉毛粗化，以保證復(fù)涂后的附著力。

壓力容器檢修過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因不注意控制涂裝間隔時間，導(dǎo)致涂層出現(xiàn)質(zhì)量問題的情況。一是容器檢修時交叉作業(yè)多，經(jīng)常出現(xiàn)因為其他作業(yè)工種導(dǎo)致間隔時間延長的情況；二是為了趕工期，壓縮涂裝間隔時間。只有做好施工組織設(shè)計，合理安排作業(yè)工序，才能更好地控制涂裝間隔時間。

3.4 涂料配置

對于環(huán)氧-胺體系的雙組份涂料，主要依靠環(huán)氧基與氨基發(fā)生反應(yīng)，涂料與固化劑的配比非常重要。固化劑加入量太少，會造成涂層不能充分固化，理化性能差，固化劑加入量過多，會造成涂層發(fā)硬發(fā)脆，易開裂。固化劑加入后應(yīng)攪拌均勻，攪拌不均會導(dǎo)致涂料與固化劑不能充分接觸，局部反應(yīng)過快，影響涂層固化后的性能。采用聚酰胺作為固化劑的涂料還需要放置15～30 min進行熟化，采用酚醛胺作為固化劑的涂料攪勻即可使用。

現(xiàn)場配置時，經(jīng)常出現(xiàn)由于固化劑加量不準(zhǔn)、攪拌不均勻、熟化時間不夠?qū)е峦繉映霈F(xiàn)質(zhì)量問題的情況。環(huán)氧-胺體系涂料應(yīng)嚴格按照說明書要求對涂料和固化劑進行準(zhǔn)確稱量，并攪拌均勻。

3.5 稀釋劑用量

涂料稀釋劑多為甲苯、醇類等有機溶劑，一般不參與涂料固化反應(yīng)，主要是用來調(diào)整涂料黏度，改善涂料施工性能，清洗施工工具。許多施工人員對稀釋劑的作用不了解，習(xí)慣性地對涂料進行稀釋，甚至存在一個誤區(qū)，認為稀釋劑最終都會揮發(fā)走，對涂層質(zhì)量不會產(chǎn)生影響。為了便于涂刷施工，加入過量稀釋劑以降低涂料黏度，但稀釋劑過量會導(dǎo)致涂料固體分含量降低，成膜效果不佳，達不到規(guī)定膜厚，減緩干燥固化時間，引起針孔、流掛等涂層弊病。

由于壓力容器多為立式或臥式圓柱體結(jié)構(gòu)，在容器內(nèi)壁涂刷時特別容易出現(xiàn)流掛、流痕等弊病。應(yīng)按照產(chǎn)品說明書正確使用稀釋劑，控制涂料黏度。出現(xiàn)假稠現(xiàn)象的涂料在泵內(nèi)加壓或攪拌時黏度變低，不要過分稀釋，每次稀釋后都需等徹底攪拌均勻后再試刷涂。

4 涂層的檢驗及修復(fù)

涂層的檢驗一般包括涂料施工過程的檢驗和涂層最終檢驗。由于壓力容器內(nèi)壁涂層施工屬于隱蔽工程，涂料施工過程檢驗尤為重要。過程檢驗主要對表面處理質(zhì)量和涂層的外觀進行檢測。每道涂層完工后，涂層外觀應(yīng)平整，無漏涂、流掛、裹灰、氣泡等缺陷[8]。

涂層的最終檢驗包括外觀、干膜厚度、漏點和附著力的檢驗，重點是漏點及附著力的檢驗。涂層施工完成后，外觀應(yīng)光滑平整，顏色一致，無針孔、漏涂、皺紋、裂紋、流掛及剝落等缺陷。干膜厚度采用磁性測厚儀測量，可將容器分為底部、中部、頂部三個部位進行測量。絕緣型涂料采用電火花檢漏儀進行全面的漏點檢查，重點是容器內(nèi)罐壁的油水分界面、人孔附近、焊縫附近部位。

對漏點檢測不合格部位和損傷部位的涂層應(yīng)進行修復(fù)，修復(fù)層和原防腐層有一定的搭接過渡，寬度一般不小于50 cm。厚度不足部位應(yīng)進行補涂，補涂時將原有涂層打毛，使表面粗糙。

5 加強人員培訓(xùn)

在內(nèi)涂層施工過程中，由于交叉作業(yè)多、檢修時間短、施工環(huán)境差，給施工帶來了很大的困難。管理人員對施工人員的培訓(xùn)和技術(shù)交底應(yīng)具有針對性。

6 結(jié)語

防腐涂層隔離了腐蝕介質(zhì)和壓力容器罐壁的接觸，是第一道保護屏障，涂層施工質(zhì)量是保證腐蝕控制效果的關(guān)鍵因素。壓力容器檢修內(nèi)防腐涂層施工有其自身的特點，涂層質(zhì)量控制應(yīng)結(jié)合施工特點和現(xiàn)場實際，進行整體控制，保證防腐質(zhì)量。

[1]叢日升.淺談壓力容器的腐蝕[J].皮革工藝，2003，21（3）：43-44.

[2]SY/T0319-2012，鋼制儲罐液體涂料內(nèi)防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]潘肈基.有機涂層濕附著力的研究[J].材料保護，1994，27（ 2）：9-11.

[4]吳躍煥.鋼鐵腐蝕與涂料濕附著力的關(guān)系[J].合成材料老化與應(yīng)用，2002（5）：28-31.

[5]劉楊宇.沿海煉化裝置檢修中鋼結(jié)構(gòu)外防腐層施工質(zhì)量[J].石油工程建設(shè)，2016，42（5）：68-71.

[6]郭靜.油田壓力容器內(nèi)涂層適用性評價研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2015.

[7]王受謙.防腐蝕涂料與涂裝技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：203.

[8]徐翠竹.原油儲罐涂層防腐的注意要點[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2009，12（10）：37-39.