海洋石油压力容器腐蚀与管控措施

李志奇(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

石油是非常重要的资源，海洋石油资源在全球石油资源总量中所占比例为34%，其开发越来越受到重视，已经有很多国家开始对深海展开探索，希望能够获得更多的海洋石油资源，其发展前景非常好。在勘探和开采过程中，压力容器是非常重要的设备，但是由于海洋环境的特殊性，在使用压力容器时需要注意防腐措施的合理应用，减轻其腐蚀程度，尽量提高压力容器使用的安全性，并且尽量延长其使用期限，使其在海洋石油领域的发展中发挥重要作用。

1 压力容器腐蚀类型以及基本处理方法

1.1 腐蚀类型

(1)全面腐蚀。也是均匀腐蚀，主要是对没有形成保护膜的材料表面造成具有均匀性特点的腐蚀，金属壁厚度会以均匀性的变化减薄，最终失效，与局部腐蚀相比，危害性较小。

(2)点蚀。是指压力容器本身表面钝化膜发生局部损坏，出现新鲜金属表面，并且发生迅速溶解，受损的形态主要为针状或点状。点蚀具有较强的隐蔽性以及危害性。

(3)缝隙腐蚀。压力容器焊接接头缺陷处、其他比较隐蔽区域内所存在的狭窄缝隙，如果有电解质溶液进入其中，缝隙内和外部的金属会共同形成短路原电池，并且在缝隙的内部会产生强烈的离子交换反应，造成局部减薄。尤其是不锈钢材质的压力容器，发生缝隙腐蚀的敏感性较高。

(4)电偶腐蚀。这是一种异种电位金属材料直接进行接触，或者是使用导线进行连接，并且将其浸入到电解质溶液中，此时会有电流通过，形成原电池。正电位金属腐蚀速度下降，甚至会停止符合；负电位金属的腐蚀速度则会加快，形成局部减薄现象。

(5)晶间腐蚀。这是晶粒按照晶界扩展到内部的一种腐蚀。

(6)应力腐蚀。是指部分压力容器所使用的金属容器在特定腐蚀材料以及拉引力的影响下，不断扩展、形成裂纹。比较容易产生应力腐蚀的地方有焊缝的引弧坑、咬边等，可对其进行针对性检查。

1.2 处理方法

压力容器的腐蚀与结构设计、使用材料、制造安装、使用环境等因素关系密切。为改善压力容器的腐蚀现象，可以采取的措施有：其一，科学设计和选材。根据压力容器的使用环境、性能需求、结构要求进行设计，选择合适的材料；同时，在选择材料时需要考虑相同介质在不同环境中发生腐蚀的风险和速度。其二，制造安装时，需要保证施工现场环境温度和湿度符合工艺要求。其三，加强电化学保护。主要是在被保护的压力容器金属上连接活跃性更强的金属，使其以原电池负极的地位被腐蚀，而需要被保护的金属则是原电池的正极，被有效保护起来[1]。其四，使用防腐涂料。目前可使用的防腐材料较多，需要结合压力容器具体的使用环境、使用年限要求等选择防腐材料，且材料需要具有耐物理性、抗冲击性、较强的附着力等。

2 海洋石油压力容器防腐蚀技术概述

2.1 发展趋势

涂装技术使用的初期阶段，使用的防腐材料普遍是环氧树脂，后期逐渐使用氯化乙烯。但是，氯化乙烯的缺点比较明显，其中最为明显的就是经济价值不高、难以实现厚涂的需求等。从使用时间来看，硅酸锌作为涂层系统中底漆时，压力容器可以在海洋环境中使用的时间一般为35年左右，但是我国的涂装工艺水平目前还没有达到要求，故而使用时间相对缩短。随着涂料技术的不断发展，海洋石油压力容器的涂装防腐涂层材料普遍使用环氧树脂，很多高性能的涂料也逐渐被开发出来，并且被广泛应用在压力容器防腐涂层中。出于对环保和人体健康的考虑有毒涂料逐渐被淘汰，开始研发无溶剂，并且将其应用在饮用水舱，而其他容器则使用高固体涂料[2]。对于大气区所采取的防腐蚀工作中，使用的材料有环氧漆、氯化橡胶、醇酸漆以及氯化乙烯等。但是，不同的涂料也会彼此产生作用，导致涂层的防腐效果降低。人们在应用防腐蚀技术的过程中，对此进行改良，大气区防腐所使用的底漆更多的是富锌底漆，而中间漆则是环氧树脂，面漆则是丙烯酸聚氨酯，有效提高海洋石油压力容器防腐蚀效果。

2.2 防腐蚀失效基本原因

同样的防腐涂层，使用不同厂家的涂料、不同的人使用相同的涂料，或者是没有严格按照标准见涂装施工，即便是涂在相同的位置，所产生的防腐蚀效果也会出现差异性。从整体来看，防腐蚀失效的基本原因与人为因素存在很大关系。在涂装操作中，环境条件不满足技术要求的条件下开展涂装操作、打磨以及喷砂等表面处理不充分、现场质量管理工作不足、焊缝涂装不充分、后续维护以及监管工作不到位等，都会导致涂装防腐蚀失效，从而影响压力容器的使用期限和安全性[3]。

2.3 选择涂层的依据

想要保证海洋石油压力容器涂层的质量需要考虑涂层材料、施工操作、涂装工艺等因素。想要有效利用涂装技术提高压力容器的防腐蚀效果，需要从以上因素出发，全面考虑这些因素会造成的影响，以此作为确定涂层材料、施工工艺等因素，保证涂层质量合格，从而保证压力容器拥有良好的防腐蚀性能。

3 海洋石油压力容器腐蚀的管控措施

3.1 加强涂装设计管控

涂装设计主要是通过涂装技术对海洋石油压力容器进行科学的防腐蚀处理，是基础性工作，也是不可缺少的工作。涂装设计工作的基本要求主要有以下3点：

(1)选择性价比最为合适的涂层材料，确定与之匹配的配套体系，编写涂装操作指导书，并对其进行详细审核。

(2)确定涂装操作人员、技术指导人员以及施工监督人员等，并且确定各岗位人员的工作范围。

(3)对涂装操作各岗位的人员提出相应的工作要求。在这些要求的辅助下，涂装设计质量能够得到保证，涂装操作质量也能够得到有效保证。

3.2 加强涂装表面处理

对涂装表面进行处理，是保证涂装界面黏结效果的重要措施。在对涂装表面进行处理时，需要注意压力容器表面金属的孔隙度、清洁度以及粗糙度，在充分考虑造成腐蚀的物质、腐蚀产物以及危害的基础上，针对腐蚀产物的类型和性质选择合适的处理方法，并且按照表面处理的国际标准进行检查、验收[4]。在施工中，结合压力容器涂装表面处理现场的情况，使用专业的工具将表面的涂层以及锈层进行处理，而后对其表面实施喷砂处理，并且喷砂施工区域粗糙度需要达到25～75 μm，其标准需要达到ISO 8501-1 Sa2.5级；不方便进行喷砂处理的区域可以使用动力工具对其进行打磨处理，且标准达到ISO 8501-1 St3级；表面清理时可以使用干净干燥空气压缩机或者工业吸尘器。完成涂装表面处理之后需要进行自我检查，合格之后需要邀请业主进行检验，并且在合格的情况下签署检验单。

3.3 选择合适涂料并科学设计涂层

选择合适的涂料以及设计涂层的工作中，需要根据海洋石油压力容器所在之处选择具有耐摩擦、防湿气、防水、耐化学性、容易附着、能够在腐蚀环境较为苛刻条件下应用的涂料，并且涂料相配套体系应用时间能够超过15年的、性能高的防腐蚀涂料，涂层的设计以及涂料的选择需要包含面漆、中间漆以及底漆[5]。

(1)面漆的涂料可以选择能够减缓化学活性离子、氧离子以及水气渗透能力、冲击性的涂料，并且涂料本身还要具有良好的抗溶性以及抗老化性。例如，压力容器在大气区使用时，面漆材料可以选择乙烯树脂、环氧树脂等。

(2)中间漆普遍选择综合防腐蚀性较强的以纳米级钛粉或锌粉等为主的新型缓解腐蚀涂料，或者是具有阴极保护性质或者屏蔽性质的涂料，钛粉或者锌粉的形状主要为鳞片状或者颗粒状。

(3)底漆主要是选择与基材附着力较强的富锌底漆、高性能的防锈底漆或者是磷化底漆。

3.4 科学选择涂装系统

海洋石油压力容器防腐蚀管控工作中，需要对涂装系统进行科学的选择，主要需要该系统具有施工性、经济性、耐物理性、耐化学性、美观性以及抗剥离性等原则，在这些原则的约束下，提高涂装系统应用的有效性与科学性，实现有效的防腐蚀目标。施工性是指涂装具有良好的施工性能和配套性能，施工工艺相对简单，并且能够满足压力容器实际使用需求；经济性是指涂料本身物美价廉，经济性较好，且涂装整体具有良好的经济效果，能够以较低的成本达到压力容器防腐蚀的目的；耐物理性主要是针对压力、温度、水性、气候均有较好的承受能力，并且能够有良好的耐老化性能；耐化学性则是指防腐蚀设计能够满足使用年限达到15年的需求；美观性则是在海洋环境使用过程中具有安全色[6]。

3.5 使用合适的涂装方法进行施工

海洋石油压力容器涂装方法主要有空气喷涂、人工刷涂以及无气喷涂3种。

(1)空气喷涂方法的适用性比较突出，主要优点是施工效率高、漆膜有着较好的均匀性，且表面的光滑性、平整性较好。虽然能够达到雾化的喷涂效果，但是可能会导致表面产生针孔等缺陷，且为单道喷涂，其厚度比较单薄，需要多次进行喷涂才能达到施工要求等。

(2)人工刷涂方法可以应用在各类型压力容器的涂装施工中，但是工作效率低下，且施工人员的工作强度较大。

(3)无气喷涂方法不仅拥有空气喷涂方法的优势，并且能够喷涂含有高固体成份的涂料，并且产生针孔的可能性降低，即便是单道涂层，其厚度也比较厚[7]。

在涂装施工中，压力容器的表面需要保证清洁性，涂料的混合需要保证均匀性，并且施工现场的温度需要控制范围为5～50 ℃，湿度需要低于85%，基材表面的温度需要超过露点温度且不低于3 ℃，并且需要保证在涂装施工的6 h内不会出现大风、雨、雾等会影响施工质量的天气。

4 结语

海洋石油是非常重要的石油资源，压力容器是勘探和开采海洋使用重要的措施，但是由于海洋环境的特殊性，压力容器的表面比较容易发生电化学腐蚀现象，影响压力容器的使用安全性和使用年限。目前，主要使用涂装技术进行防腐蚀处理，延缓腐蚀时间，尽量延长压力容器使用年限，减少压力容器的更换和大型维修操作，降低压力容器的使用成本。对此，压力容器的防腐蚀可以采取加强涂装设计、加强涂装表面处理、选择合适涂料并科学设计涂层、科学选择涂装系统等措施。