海水系統(tǒng)PO防腐材料的涂覆及應(yīng)用

于 超

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300457）

引言

由于海上油田的生產(chǎn)特點(diǎn)，海上平臺(tái)海水系統(tǒng)主要用于工藝介質(zhì)冷卻、設(shè)備冷卻、鉆井及修井、沖洗設(shè)備及甲板等。海水是含鹽濃度高的電解質(zhì)溶液，具有較強(qiáng)的腐蝕性[1]，并且由于海水中海生物的附著也會(huì)加劇海水系統(tǒng)的腐蝕。海水系統(tǒng)常見的腐蝕型式為接觸腐蝕、沖擊腐蝕、應(yīng)力腐蝕、空穴腐蝕[2]。

一旦海水系統(tǒng)濾器、管線出現(xiàn)腐蝕泄露，會(huì)增加操作人員的維護(hù)工作，危及海上設(shè)的安全和正常使用，出現(xiàn)需要更換的情況，油田則需要停產(chǎn)更換管線，造成巨大的產(chǎn)量損失。因此正確的選擇海水系統(tǒng)防腐材料可有效減少平臺(tái)后期運(yùn)營維護(hù)工作。

1 海水系統(tǒng)管線材料

近年來為了解決平臺(tái)海水系統(tǒng)的腐蝕問題，通常會(huì)選用碳鋼加厚鍍鋅、內(nèi)涂耐蝕材料、銅鎳合金、鋼骨架復(fù)合管等。但內(nèi)涂材料由于涂層薄、附著力差且與管線熱變形伸縮不同，幾年之內(nèi)便會(huì)脫落，外露的碳鋼管迅速腐蝕[3]。

1.1 碳鋼加厚鍍鋅

海水對(duì)普通碳鋼管腐蝕較為嚴(yán)重，經(jīng)過鍍鋅處理后會(huì)漸緩腐蝕。海水對(duì)碳鋼管道腐蝕率與溫度、流速、鹽分有關(guān)，溫度較高、流速較快時(shí)腐蝕速率可能會(huì)達(dá)到1.5mm/年[4]，因此在設(shè)計(jì)時(shí)留有腐蝕裕量。但碳鋼管易附著海生物也會(huì)加劇其腐蝕程度，尤其在流速緩慢地區(qū)，海生物的附著生長可能會(huì)造成管線堵塞。碳鋼管線在近年來逐漸被淘汰。

1.2 銅鎳合金

銅鎳合金是一種海水系統(tǒng)中常用的金屬材料，具有耐海水腐蝕，耐海生物腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。海上平臺(tái)常見的銅鎳合金為B466C70600。但銅鎳合金管造價(jià)昂貴，經(jīng)濟(jì)性較差。

1.3 鋼骨架復(fù)合材料

鋼骨架復(fù)合材料是以聚乙烯為基體，鋼絲焊接而成的網(wǎng)狀鋼骨架為增強(qiáng)體，經(jīng)連續(xù)擠出成型的復(fù)合材料，具有較好的強(qiáng)度、耐腐蝕、抗沖擊、耐磨性，近年來海上平臺(tái)新建、改造的海水系統(tǒng)大多采用此類材料。此類材料內(nèi)壁較為光滑可有效避免海生物的附著，價(jià)格也較高[5]。

對(duì)于輸送海水的管線，材質(zhì)在選擇時(shí)必須充分考慮海水腐蝕、海生物的附著、操作工況、材料費(fèi)用及管線安裝等因素。本文介紹一種海水管線及濾器設(shè)備使用碳鋼材質(zhì)管線作為基礎(chǔ)，經(jīng)過內(nèi)壁加焊鋼絲網(wǎng)內(nèi)襯，涂覆聚烯烴復(fù)合材料（PO）處理，有效增強(qiáng)PO的附著能力和支撐能力，在海水系統(tǒng)材料選擇上有效降低工程費(fèi)用。該復(fù)合管線在平臺(tái)上安裝使用后，起到良好的防腐蝕、防海生物附著的效果。

2 PO材料的簡介及特點(diǎn)

2.1 PO材料簡介

聚烯烴復(fù)合材料（PO）是一種以乙烯、丙烯、丁烯等均聚物為主的改性復(fù)合材料，其克服了單一組分的缺點(diǎn)，具有良好的韌性及耐低溫性、較高的軟化溫度、優(yōu)良的熱和光的穩(wěn)定性。PO襯里的防腐設(shè)備，能廣泛用于冶金、化工、制藥、輕工、食品、紡織、環(huán)保、能源、機(jī)械、電子等行業(yè)中的管道、管件、塔器、槽罐等設(shè)備中，可代替橡膠、搪瓷、玻璃鋼、不銹鋼、塑料板(管)等襯里[6]。

2.2 碳鋼管PO襯里的優(yōu)點(diǎn)

（1）PO涂層厚度可達(dá)5-6mm，耐沖擊、耐磨[7]；

（2）碳鋼和PO附著力強(qiáng)，不易龜裂、脫落,。管道和設(shè)備內(nèi)壁加焊鋼絲網(wǎng)內(nèi)襯后再進(jìn)行PO涂層處理，PO與碳鋼管道、設(shè)備形成一個(gè)整體，通過內(nèi)襯網(wǎng)強(qiáng)化的鋼塑結(jié)合力和分散內(nèi)襯層應(yīng)力，使襯里不龜裂、耐沖擊，能在100℃、真空720mmHg的負(fù)壓條件下使用仍不脫落，特別適應(yīng)大型容器、管路內(nèi)部防腐。如圖1、圖2所示：

圖1 海水濾器內(nèi)襯鋼絲網(wǎng)PO涂層

圖2 管線內(nèi)襯鋼絲網(wǎng)PO涂層

（3）PO復(fù)合管線具有碳鋼管的機(jī)械強(qiáng)度，又具有耐酸堿腐蝕性能，能耐大多數(shù)的有機(jī)和無機(jī)酸、堿、鹽；

（4）PO復(fù)合管線襯里層致密性高、無接頭焊縫、無氣泡、厚度均勻；

（5）PO襯里層防靜電、抗老化、質(zhì)輕、無毒、無污染；

（6）襯里內(nèi)壁光滑，海生物不易附著生長，具有良好的防垢性能；

（7）PO復(fù)合管線襯里具有良好的耐氣穴，耐應(yīng)力腐蝕性能；

（8）PO 復(fù)合管線介質(zhì)工作溫度：-15℃～+110℃；

（9）使用溫度范圍較廣，安裝、維修方便。

3 海水管道、濾器內(nèi)襯PO的涂敷工藝

海水管道、濾器、法蘭、彎頭等工件經(jīng)過焊接預(yù)制后進(jìn)行內(nèi)襯PO涂層的準(zhǔn)備工作。內(nèi)襯PO涂層的工藝包括工件的打磨、噴砂、焊接鋼絲網(wǎng)、預(yù)熱、滾涂PO、檢驗(yàn)、平面修整工作。

3.1 打磨

工件內(nèi)壁焊縫宜打磨平或過渡圓弧半徑r≥5mm，不能有凹陷部位，必要時(shí)需要進(jìn)行補(bǔ)焊。

3.2 噴砂

噴砂用金剛砂使用前應(yīng)篩選，不得含有油污和其他雜質(zhì)。鋼管及管件待襯表面應(yīng)噴砂去除毛刺、銹跡及其它雜物，表面無銹色為合格。噴砂后吹掃管道內(nèi)砂礫。

噴砂后宜在24小時(shí)內(nèi)襯PO。當(dāng)超過24小時(shí)后，要檢查表面質(zhì)量，合格后方可預(yù)熱。

3.3 焊接鋼絲網(wǎng)

將鋼絲網(wǎng)鋪在工件內(nèi)壁上，盡量貼緊工件，采用氬弧焊焊接牢固，每平米至少焊接25個(gè)點(diǎn)，以保證鋼絲網(wǎng)和工件一體的牢固性。焊接后將翹起的部位壓平。

3.4 預(yù)熱

預(yù)熱前，清理掉工件內(nèi)雜物，不允許有殘留物。

鋼管、管件的預(yù)熱溫度，一般取285℃-330℃（表面實(shí)測(cè)溫度一般不超過300℃）。

3.5 滾涂PO

對(duì)于管件和直徑小于500mm的管道采用搖擺式滾塑機(jī)，做圓周運(yùn)動(dòng)至少10周，時(shí)間為3～10分鐘。加緊法蘭和法蘭密封面成型工裝時(shí)要對(duì)正，拆卸時(shí)保護(hù)好密封面。

對(duì)于直徑大于500mm的容器或罐體，采用火焰加熱成型。

PO涂層厚度4-5mm，在法蘭處做翻邊處理，翻邊處PO厚度4mm左右。

3.6 PO修整

將法蘭面、與其他管件、機(jī)械配合處的PO面層做修整，保證平整度，確保配合安裝后的密封性能[8]。

4 防腐材料在海水系統(tǒng)的應(yīng)用

NB35-2海水管線為碳鋼滲鋅無縫鋼管，濾器為自動(dòng)反沖洗濾器，濾器的殼體內(nèi)壁也做了專門的防腐涂層，由于受到海水、海生物的腐蝕愈來愈嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)大量海生物附著、粘連并頑固滋生現(xiàn)象，導(dǎo)致海水濾器腐蝕嚴(yán)重，筒體損壞，存在多個(gè)漏點(diǎn)，經(jīng)過臨時(shí)修補(bǔ)，不能滿足長時(shí)間使用要求，存在重大安全隱患。海水管線部分也嚴(yán)重腐蝕，需要更換。一旦平臺(tái)上海水系統(tǒng)出現(xiàn)問題，下游發(fā)電機(jī)用戶不能有效換熱冷卻而造成停機(jī)，則會(huì)造成油田停產(chǎn)，帶來巨大的損失。因此海水系統(tǒng)的自動(dòng)反沖洗濾器和部分海水管線需要及時(shí)維修、更換。在2012年，油田按計(jì)劃停產(chǎn)檢修期間，對(duì)濾器及部分管線進(jìn)行了更換處理。

4.1 海水濾器筒體PO防腐

新加工的濾器采用了碳鋼濾器筒體，并進(jìn)行PO內(nèi)襯處理增強(qiáng)防腐效果。為了增強(qiáng)內(nèi)襯的附著力，將濾器筒體內(nèi)先焊接了內(nèi)襯鋼絲網(wǎng)，再進(jìn)行PO處理，PO厚度5mm[9]，如圖3所示為濾器自動(dòng)反沖洗濾器的結(jié)構(gòu)圖。圖4為經(jīng)過PO處理的濾器筒體，在濾器的法蘭處均做了翻邊處理，翻邊處PO層厚度4mm。

圖3 新海水濾器結(jié)構(gòu)圖

圖4 濾器筒體進(jìn)行PO防腐處理

4.2 海水管線PO防腐

NB35-2部分主海水管線也受到不同程度的腐蝕，如圖5和圖6所示，該段海水管線外表嚴(yán)重腐蝕，拆卸后，內(nèi)部有大量海生物附著[10]，嚴(yán)重影響了海水介質(zhì)正常流動(dòng)，海生物在管線上的附著也會(huì)加劇管線的腐蝕。經(jīng)過檢測(cè)，管壁已經(jīng)很薄，存在爆管風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 海水系統(tǒng)主管線外部銹蝕

圖6 海水管線內(nèi)部海生物附著和腐蝕

對(duì)該段腐蝕的海水管線進(jìn)行替換，新加工的海水管線如圖7所示，將碳鋼管線經(jīng)過內(nèi)襯PO處理，厚度5mm。在法蘭處進(jìn)行翻邊，翻邊處PO層厚度4mm，為了保證法蘭處的密封性能，對(duì)PO翻邊處進(jìn)行了平整度修正，使其嚴(yán)密貼合橡膠密封墊。

圖為該段PO內(nèi)襯碳鋼管線安裝后運(yùn)行4年進(jìn)行檢修的照片，從照片可以看出，該新型PO內(nèi)襯管線運(yùn)行良好，只有管線的外層由于海上鹽霧較大有些腐蝕，可通過外部除銹刷漆即可解決，內(nèi)部與海水接觸的部分狀態(tài)良好，無任何腐蝕點(diǎn)和內(nèi)襯脫落部位；管壁光滑，沒有任何海生物附著[11]。

NB35-2的海水系統(tǒng)，經(jīng)過PO內(nèi)襯的海水管線有效防止了海生物附著，降低了設(shè)備污損、腐蝕帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 海水管線內(nèi)襯PO

圖8 拆解檢修的PO管線

結(jié)語

本文介紹了碳鋼內(nèi)襯PO技術(shù)的特點(diǎn)和其基本涂覆工藝，將該材料在NB35-2平臺(tái)海水系統(tǒng)中進(jìn)行了成功應(yīng)用，解決了海水系統(tǒng)濾器、管線嚴(yán)重腐蝕帶來的安全問題。新安裝的濾器和管線經(jīng)過4年的運(yùn)行時(shí)間，通過拆解檢驗(yàn)，驗(yàn)證了該材料優(yōu)良、可靠的防腐性能，為海洋石油防腐技術(shù)帶來了新的思路和方向。

碳鋼內(nèi)襯PO技術(shù)具有耐腐蝕、工藝簡單，內(nèi)襯附著力好，不易附著海生物的特點(diǎn)。該技術(shù)在海上平臺(tái)、船舶上的推廣應(yīng)用，可有效降低防腐材料投資成本，減少海生物污損、附著、腐蝕帶來的嚴(yán)重問題。

碳鋼內(nèi)襯PO技術(shù)作為海水系統(tǒng)中新型防腐技術(shù)，憑借低成本、易維護(hù)的特點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用對(duì)象和前景。

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