金屬罐復合材料內(nèi)膽防腐技術應用與探索

石 琳，杜寧波，朱名昭，張道平，龍雄云

（中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司第三采油廠，陜西西安 710021）

1 采油三廠儲罐腐蝕現(xiàn)狀及原因分析

1.1 采油三廠儲罐腐蝕現(xiàn)狀

采油三廠現(xiàn)有各類大型儲罐（≥1000m3）46具，500m3及以下儲罐67具，儲罐維護周期3～5a。經(jīng)統(tǒng)計，儲罐破損位置主要集中在罐壁、罐底以及內(nèi)部盤管。2018—2019年，共組織開展1000m3以上儲罐維護6具，維護費用514.71萬元。

由表1可以看出，近年儲罐破損位置主要集中在罐壁、加熱盤管以及罐內(nèi)附件。調(diào)研顯示，我廠1000m3以上的儲罐絕大多數(shù)都存在不同程度的腐蝕，現(xiàn)用傳統(tǒng)防腐方式受施工質(zhì)量、材料本身防腐性能影響，使用壽命不長，普遍在3～5a，存在薄弱點多、易脫落等問題，因此加強對儲罐防腐針對性研究與試驗，尋求經(jīng)濟、適用、合理、有效的防護措施，是降低油田建設投資和老油田生產(chǎn)成本，提高油田開發(fā)經(jīng)濟效益的一項重要任務。

表1 2018—2019年1000m3以上儲罐破損維護情況

1.2 儲罐內(nèi)腐蝕的原因分析

原油儲罐的內(nèi)部空間分為氣相、油相和水相（圖1），不同部位接觸的腐蝕介質(zhì)不同，引起腐蝕的原因也不盡相同。

圖1 原油儲罐內(nèi)部空間示意圖

1.2.1 油罐氣相部位

罐頂部內(nèi)壁處在氣相空間中，原油成分中微含硫、硫化物等腐蝕性化學物質(zhì)揮發(fā)，與通過呼吸閥進入罐體的水分、氧氣、二氧化碳等腐蝕性氣體形成弱酸溶液，主要化學反應方程式為：

造成罐頂部發(fā)生坑點腐蝕、片狀腐蝕等局部腐蝕導致穿孔。

1.2.2 油罐儲油部位

該部位直接與原油接觸，由于油品內(nèi)和油面上部氣體空間中含氧量的不同，會形成氧濃差電化學腐蝕。但罐壁上黏結了一層相當于保護膜的原油，因而腐蝕速率較低，腐蝕輕微，一般不會造成較大危險。但當氧含量由0.02mg/L 增加到0.065mg/L 時，金屬的腐蝕速度將增加5倍，含氧量增加1mg/L 時，腐蝕速率將增加20倍。在儲罐進出液過程中，液位的變化及攪動作用，更加速了這種腐蝕。

1.2.3 油罐內(nèi)底板

油罐儲存原油中的水，經(jīng)過長時間的沉積，在罐底及距罐底3m 以下的罐壁處逐漸形成了沉積水。雖然原油儲罐都涉及有排水管，但由于排水管的中心線一般比罐壁高約300mm，所以罐底始終有200～300mm 的水存在，沉積水中含大量的氯化物、硫化物、氧、酸類物質(zhì)等，形成較強的電解質(zhì)溶液，產(chǎn)生電化學腐蝕，造成儲罐內(nèi)壁根部較嚴重的局部腐蝕。

2 儲罐防腐技術路線及對策

2.1 現(xiàn)有儲罐防腐工藝技術

2.1.1 環(huán)氧防腐工藝（EP防腐）

組分：環(huán)氧聚合物、硬化劑組成的高效純環(huán)氧防腐涂料改性環(huán)氧重防腐涂料。

優(yōu)點：其具有較強的附著力、耐酸堿性、耐水性、耐久性好等優(yōu)點，而且施工方便，費用低，常溫固化成膜。

缺點：耐環(huán)境腐蝕性能較差，2～5a 甚至更短的時間，罐內(nèi)表面及內(nèi)附件就會發(fā)生嚴重的腐蝕現(xiàn)象。

2.1.2 環(huán)氧玻璃鋼內(nèi)襯

組分：由環(huán)氧樹脂、固化劑、無堿玻璃纖維及稀釋劑丙酮組成的增強材料。

優(yōu)點：機械性能好，比重小，絕緣性能好，收縮率低，耐腐蝕性優(yōu)良，適用于各類強腐蝕環(huán)境。

缺點：對于內(nèi)附件不易施工，反而影響附件壽命。施工質(zhì)量不佳，容易產(chǎn)生鼓包等缺陷。

2.1.3 犧牲陽極保護技術

犧牲陽極陰極保護是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到儲罐金屬上，達到保護儲罐減緩腐蝕的作用。

優(yōu)點：防腐性能好，持續(xù)時間長。

缺點：施工工藝復雜，費用高。

現(xiàn)場應用情況：2004年對XX 聯(lián)1#5000m3沉降罐進行全罐犧牲陽極保護，2013年維護時該罐正常運行9a，遠遠高于沉降罐3～5a 的平均壽命，具有較好的防腐效果。

通過上述分析，現(xiàn)有的防腐工藝技術存在針對性不強、施工質(zhì)量不佳、周期長、費用高等多種問題，無法滿足目前儲罐防腐需求，急需開展針對性強、防腐性能高、施工周期短、防腐保護全面的工藝技術。

2.2 金屬罐高強復合材料內(nèi)膽防腐技術

2.2.1 技術原理

將纖維增強材料直接鋪放在處理過的金屬罐內(nèi)壁上，在纖維增強材料上鋪設一層低孔隙率、低滲透率的脫模布，脫模布上鋪放高滲透的導流布，導流管分布在導流布的上面，然后用真空袋包覆，密封真空袋與罐內(nèi)壁之間的空隙。真空泵抽氣至負壓狀態(tài)，樹脂通過進膠管進入整個體系，通過導流管引導樹脂流動的主方向，導流布使樹脂分布到鋪層的每個角落，固化后剝離脫模布，從而得到密實度高、含膠量低的高強復合材料。

2.2.2 高強復合材料內(nèi)膽與傳統(tǒng)工藝性能對比

①強度更高（如圖2所示）

樹脂與玻璃纖維結合，玻纖含量達到70%，結構強度高。

圖2 真空灌注工藝與傳統(tǒng)工藝對比

②品質(zhì)更好

在真空環(huán)境下樹脂受負壓壓力成型，制品中無氣泡、接縫少、無薄弱點。

③揮發(fā)較小

封閉成型，施工過程中無樹脂潑灑或滴落，環(huán)境干凈、安全。

④黏結性能更優(yōu)

通過負壓方式成型，復合材料內(nèi)膽與罐壁的黏接性高。

2.2.3 應用情況

①內(nèi)膽防腐（如圖3、圖4所示）

噴砂除銹吹掃后的金屬罐壁表面達到Sa2.5級→刷黏結劑→在罐壁噴涂噴膠，懸掛、固定纖維布層→鋪脫模布、導流網(wǎng)→黏接螺旋管、貼密封膠帶→安裝樹脂進膠管、真空管，黏貼真空袋膜、密封→抽真空、注樹脂→產(chǎn)品固化后，揭去脫模布、導流網(wǎng)、真空袋膜等真空輔助材料。

圖3 新制內(nèi)膽近景

圖4 內(nèi)膽成品遠景

②罐頂防腐（如圖5所示）

罐頂采用接觸成型進行施工制作。

圖5 罐頂制作成品

③內(nèi)構防腐

罐內(nèi)金屬構件防腐處理時，同樣要除銹，除銹后用手糊成型的工藝，將玻璃纖維氈、布鋪覆到金屬構件外表，進行防腐處理。

2019年，該項防腐技術分別在采油六廠2具100m3水罐、采油九廠1具1000m3除油罐開展試驗，防腐效果有待進一步驗證（見表3）。

表3 復合材料內(nèi)膽防腐技術實施部分情況統(tǒng)計

2010年以來，陸續(xù)在勝利、中原等油田開展鋼制儲罐的復合材料內(nèi)膽試驗。在2018年對兩具水罐進行開罐觀察，復合材料內(nèi)膽無脫落磨損現(xiàn)場，防腐效果很好。其余罐均運行正常，罐體無滲漏破損現(xiàn)象（圖6）。

圖6 商二注清罐后儲罐表面

3 應用效果評價

金屬罐復合材料內(nèi)膽防腐工藝技術在其他油田應用效果顯著，但在長慶油田目前正處于現(xiàn)場試驗和效果驗證階段。

金屬罐復合材料內(nèi)膽防腐工藝技術將在我廠XX 聯(lián)1#1000m3除油罐開展試驗，預期達到以下效果：

1）應用該防腐工藝技術對儲罐實施保護后，較未實施儲罐使用壽命增加5～10a。

2）在經(jīng)濟效益方面，該技術的應用，能減少儲罐維護頻次1～2次，節(jié)約維護費用60萬左右。

3）在安全環(huán)保方面，儲罐壽命的延長，降低了頻繁動火作業(yè)帶來的施工風險，保障了儲罐運行安全。

4 認識及建議

1）金屬罐罐壁存在內(nèi)、外兩方面的腐蝕影響，但其外部腐蝕較為輕微，要解決儲罐的腐蝕問題需要對其內(nèi)壁進行針對性更強的防腐蝕保護。

2）金屬罐復合材料內(nèi)膽防腐技術在罐頂、罐壁及罐內(nèi)附件均可實施，是可以對罐內(nèi)壁進行全方位防腐保護的一項技術，其施工工藝簡單、施工環(huán)境清潔安全、周期短。該技術如果要推廣應用仍然存在以下問題：

1）該技術從理論上可以延長金屬罐的使用壽命達15a，現(xiàn)場預期至少達到10a；在其他油田該技術防腐效果明顯，但由于該工藝技術2019年才開始在長慶油田投入現(xiàn)場試驗，其適應性、長期效果有待進一步驗證。

2）該技術費用較高，推廣應用需較大投資。