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        油田用段塞流捕集器內(nèi)涂層施工新技術(shù)應(yīng)用淺析

        2021-03-20 01:52:22
        石油化工設(shè)備 2021年2期
        關(guān)鍵詞:集器段塞噴砂

        (中國石油 塔里木油田分公司,新疆 庫爾勒 841000)

        壓力容器被廣泛用于石油、天然氣的生產(chǎn)、分離及儲(chǔ)存等環(huán)節(jié),是油田中的重要設(shè)備。由于壓力容器內(nèi)介質(zhì)、工況(壓力、溫度)有所不同,容器會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕或疲勞腐蝕,可能導(dǎo)致容器泄漏甚至爆炸,嚴(yán)重影響油田生產(chǎn)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。目前,對油田壓力容器的防腐,大多采用內(nèi)涂層和犧牲陽極相結(jié)合的內(nèi)防腐方法,其中內(nèi)涂層是壓力容器內(nèi)防腐最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法[1]。

        油田壓力容器長期處于腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)環(huán)境中,介質(zhì)中的水、硫化氫、二氧化碳及氯離子含量高,而且容器內(nèi)涂層同時(shí)受多種液態(tài)、氣態(tài)介質(zhì)的混合作用,檢修中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)涂層存在大量鼓泡、脫落等失效現(xiàn)象[2]。文中分析了內(nèi)涂層的防腐機(jī)理和失效原因,根據(jù)某油田處理站段塞流捕集器內(nèi)涂層現(xiàn)場使用情況,提出了內(nèi)涂層施工的新技術(shù)。采用這些技術(shù)既能保證內(nèi)涂層施工質(zhì)量,延長壓力容器使用壽命,又能有效提高施工效率。

        1 段塞流捕集器內(nèi)涂層失效情況

        某油田油氣處理站設(shè)置有2套段塞流捕集器,單井集氣站來的油氣混輸介質(zhì)通過段塞流捕集器進(jìn)行天然氣和油、水的氣液分離。2套段塞流捕集器的結(jié)構(gòu)以及各項(xiàng)參數(shù)完全相同,工作壓力13.1 MPa,設(shè)計(jì)壓力13.8 MPa,設(shè)計(jì)溫度 64℃,體積 92 m3,規(guī)格 DN1 000 mm×45 000 mm,筒體材質(zhì)16MnR,工藝介質(zhì)為天然氣、凝析油(富含水、二氧化碳及氯離子)。

        由于段塞流捕集器內(nèi)壁長期處于含水、二氧化碳及氯離子的介質(zhì)中,容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,近年檢修中發(fā)現(xiàn)2套段塞流捕集器內(nèi)涂層均出現(xiàn)鼓泡、脫落等現(xiàn)象(圖1)。

        圖1 段塞流捕集器內(nèi)涂層失效情況

        2 壓力容器內(nèi)涂層防腐機(jī)理及失效原因

        2.1 防腐機(jī)理[3]

        2.1.1 屏蔽保護(hù)作用

        容器表面具有一定厚度的致密性涂層能隔離開容器基材和腐蝕介質(zhì),避免二者直接接觸,阻止水、二氧化碳和硫化氫等滲透進(jìn)入容器基材引起腐蝕。

        2.1.2 犧牲陽極保護(hù)作用

        由于在涂料中加入了鋅粉等比容器基材化學(xué)性質(zhì)更活撥的金屬,因此,如果發(fā)生腐蝕電化學(xué)反應(yīng),鋅粉等活潑金屬會(huì)首先發(fā)生反應(yīng)并被溶解,從而保護(hù)容器基材不被腐蝕。

        2.1.3 附著力作用

        內(nèi)涂層與容器表面的附著力能夠避免內(nèi)涂層發(fā)生鼓泡或者脫離,防止因內(nèi)涂層下方的水、氧氣的滲透壓增大加速滲透而導(dǎo)致的水、氧氣對容器的腐蝕。

        2.1.4 電阻效應(yīng)

        內(nèi)涂層具有良好的電絕緣性能,可避免在容器表面發(fā)生腐蝕原電池反應(yīng),防止容器表面陰極鐵原子失電子變成離子而導(dǎo)致容器基材金屬產(chǎn)生腐蝕。

        2.2 失效原因[4]

        2.2.1 內(nèi)涂層鼓泡

        內(nèi)涂層中含有的氣體揮發(fā)或是內(nèi)涂層吸水都會(huì)引發(fā)鼓泡,隨著腐蝕介質(zhì)在內(nèi)涂層內(nèi)部滲透,導(dǎo)致基材金屬的腐蝕。

        隨著內(nèi)涂層內(nèi)部腐蝕產(chǎn)物的聚集,涂層內(nèi)壓增大,會(huì)進(jìn)一步加劇內(nèi)涂層鼓泡。

        雖然有新面孔上榜,但是以往占據(jù)榜單的大戶房地產(chǎn)行業(yè)依然有百人上榜,占比最高。榜單顯示,房地產(chǎn)富豪占據(jù)了總富豪榜的1/4,上榜人數(shù)達(dá)百人,成為產(chǎn)生富豪最多的行業(yè)之一。排名前10位中有3位是從事房地產(chǎn)相關(guān)行業(yè),分別為去年的首富、排名下降到第三的中國恒大董事局主席許家印,隨后是萬達(dá)集團(tuán)董事長王健林和排名第六的碧桂園董事局副主席楊惠妍。

        2.2.2 內(nèi)涂層脫落

        當(dāng)壓力容器內(nèi)涂層的附著力降低時(shí),介質(zhì)中的水分子通過內(nèi)涂層微孔穿過涂層漆膜,進(jìn)而在容器基材表面形成水分子層。同時(shí),穿過漆膜的氧氣或者二氧化碳等會(huì)溶解在水中,使基材金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕,造成內(nèi)涂層大面積破損以致于脫落。

        3 段塞流捕集器內(nèi)涂層施工過程

        3.1 施工前試噴涂

        在內(nèi)涂層正式施工前先進(jìn)行試噴涂,即選用與段塞流捕集器相同材質(zhì)的1 m×1 m(長度×寬度)的板材,先對其進(jìn)行噴砂除銹,通過試噴涂來確定適宜的噴砂壓力、噴射角度和噴射距離,確保容器表面粗糙度,即錨紋深度在40~80μm。同時(shí)在鋼板上按照工藝流程進(jìn)行涂敷試驗(yàn),并對涂層進(jìn)行宏觀檢查、漆膜厚度及附著力檢測等質(zhì)量驗(yàn)證工作,以考察涂料及涂層的質(zhì)量以及涂料與施工工藝的適用性,確保涂層施工質(zhì)量[5]。

        3.2 容器表面預(yù)處理

        內(nèi)涂層正式施工時(shí),將段塞流捕集器內(nèi)部表面的油污、積垢徹底清除,要達(dá)到可清晰辨識涂層損傷情況的要求。采用濕法噴砂工藝,使用噴砂設(shè)備對段塞流捕集器內(nèi)表面進(jìn)行處理,使段塞流捕集器表面錨紋深度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的40~80μm。完成噴砂除銹后對段塞流捕集器表面進(jìn)行清潔處理,使用壓縮空氣吹掃表面的灰塵,用面團(tuán)清除段塞流捕集器焊縫、接管等邊角部位的灰塵,保證段塞流捕集器整體表面清潔度處理達(dá)到ST3級別[6]。

        3.3 內(nèi)涂層涂刷

        使用輥涂工藝進(jìn)行內(nèi)涂層涂刷,包括2道底漆、3道面漆,共計(jì)5道涂層(總漆膜厚度不小于350μm)。涂刷時(shí)按自上而下、先里后外、先難涂后易涂的順序進(jìn)行。涂料要涂裝均勻,保證厚薄一致,先涂刷段塞流捕集器內(nèi)的死角位置、焊縫處,用刷尖沾上涂料進(jìn)行來回滾壓涂刷,然后再對段塞流捕集器進(jìn)行大面積涂刷。最終確保內(nèi)涂層不露底、不流掛、不漏涂[7]。

        3.4 涂層固化

        內(nèi)涂層施工完成后,使用與快速固化型重防腐涂料相匹配的紫外線燈光照射工藝,使成膜樹脂與固化劑充分反應(yīng),同時(shí)采取加裝排風(fēng)扇等措施對段塞流捕集器進(jìn)行通風(fēng)2~3 d,保證涂層固化效果[8]。

        3.5 施工注意事項(xiàng)[9]

        ①施工時(shí)每一道涂層表干后即可涂刷下一道,2道涂層涂刷時(shí)間間隔不超過24 h,以免降低漆膜附著力。②人員在進(jìn)入容器施工時(shí)必須穿戴清潔鞋套,確保前一道涂層不被沙塵、水、油污等影響涂層質(zhì)量的物質(zhì)侵蝕。③施工時(shí)如遇風(fēng)沙、雨或相對濕度大于85%的天氣應(yīng)停止施工,并對已施工而未完全固化的涂層加以防護(hù),滿足防塵、防雨要求。

        4 段塞流捕集器內(nèi)涂層質(zhì)量控制新技術(shù)

        4.1 選用低表面處理St2等級環(huán)氧防腐涂料

        該段塞流捕集器為氣液分離設(shè)備,受到復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)限制,內(nèi)部空間較為狹窄,不利于內(nèi)涂層表面噴砂除銹、清潔除塵等施工作業(yè),也難以達(dá)到St3級處理效果。使用低表面處理St2等級環(huán)氧防腐涂料能較好地解決這些問題,而且減少了清潔、除銹等施工作業(yè)。該涂料針對性強(qiáng)、使用方便,在油田壓力容器檢修中得到了較多應(yīng)用,應(yīng)用效果較好。

        4.2 采用內(nèi)涂層施工新技術(shù)

        4.2.1 濕法噴砂預(yù)處理

        根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),對容器內(nèi)防腐層的噴砂除銹施工通常采用干式噴砂除銹技術(shù),即將壓縮空氣與石英砂礫等磨料混合,利用壓縮空氣將磨料高壓噴射在容器表面,從而達(dá)到去污、除銹的目的[11]。

        油田壓力容器多處于油氣泄漏后易燃、易爆的場所,而且容器本身為密閉空間,干式噴砂造成的大量煙霧粉塵不僅影響施工人員健康,也會(huì)帶來安全隱患。為此,采用新型濕法噴砂技術(shù)對段塞流捕集器內(nèi)防腐涂層進(jìn)行施工。

        濕法噴砂技術(shù)是在干式噴砂的基礎(chǔ)上,將普通噴砂噴頭改為砂水混合的復(fù)合噴頭,利用壓縮空氣和高壓水流共同噴射砂石,高壓水流噴射在容器表面,既能消除高速砂石與容器碰撞摩擦產(chǎn)生的火花,也能消除普通干式噴砂帶來的大量煙霧粉塵,在保障容器表面預(yù)處理質(zhì)量的同時(shí),解決油氣場所存在的易燃、易爆的安全風(fēng)險(xiǎn)問題,保障施工人員的健康。

        4.2.2 快速固化工藝

        大量的在役壓力容器需要定期進(jìn)行內(nèi)防腐層修復(fù),而且很多是停產(chǎn)檢修,內(nèi)防腐層施工期過長會(huì)影響正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。一般要求在容器開罐檢測和防腐修復(fù)后盡快封罐重新投入生產(chǎn)運(yùn)行,這就要求涂敷完成后涂料能盡快固化,而一般防腐涂料固化至少需要7 d,因此各種新型的快速固化工藝也逐步在油田得到推廣應(yīng)用。

        在此次段塞流捕集器內(nèi)涂層施工中,采用了一種快速固化型重防腐涂料(JG-01),其主要成分包括環(huán)氧酚醛樹脂、鈍化緩蝕顏料、溶劑及固化劑等。該涂料中含有光敏型的特種固化劑,涂敷完成后用紫外光燈照射涂層,幾小時(shí)即可完全固化,可將涂層干燥固化時(shí)間從7 d縮短至2~3 d,極大地縮短施工工期,減少因內(nèi)涂層施工期過長帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

        5 段塞流捕集器內(nèi)涂層質(zhì)量檢測

        5.1 宏觀檢查

        主要對段塞流捕集器內(nèi)涂層外觀進(jìn)行檢查,要求外觀光滑、平整,色澤均勻,無氣泡、開裂、剝落、流掛、漏涂和斑痕等缺陷[12]。該容器總共涂刷了5道涂層(2道底漆、3道面漆),每道涂層涂刷后都進(jìn)行了外觀檢查,有缺陷立即整改,直至符合要求。

        5.2 漆膜厚度檢測

        參照SY/T 0319—2012《鋼制儲(chǔ)罐液體涂料內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[13],采用磁性測厚儀,重點(diǎn)對容器的罐頂、罐壁、罐底以及附件4個(gè)部位內(nèi)涂層的干膜厚度進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果分別為358μm、365μm、352μm、372μm,符合施工方案中的厚度規(guī)定要求。

        5.3 電火花漏點(diǎn)檢測

        參照SY/T 0319—2012,采用電火花檢漏儀對段塞流捕集器選定區(qū)域的全部防腐涂層進(jìn)行漏點(diǎn)檢測。標(biāo)準(zhǔn)要求當(dāng)電火花檢漏電壓為5 V/μm,平均漏點(diǎn)數(shù)不超過1個(gè)/m2時(shí),應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ);平均漏點(diǎn)數(shù)超過1個(gè)/m2時(shí),要對該部分進(jìn)行全面復(fù)涂。實(shí)際檢測結(jié)果為,段塞流捕集器各部位內(nèi)涂層電火花漏點(diǎn)檢測數(shù)量均為0,符合標(biāo)準(zhǔn)的要求,無需復(fù)涂。

        5.4 附著力檢測

        附著力檢測屬于破壞性檢測,會(huì)對已施工的內(nèi)涂層造成損傷,因此在同時(shí)涂刷防腐涂層的試驗(yàn)樣板上進(jìn)行附著力檢測。具體檢測步驟參照SY/T 0319—2012中附錄B的方法,檢測結(jié)果顯示,段塞流捕集器內(nèi)涂層剪切粘結(jié)強(qiáng)度為8 MPa,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

        6 結(jié)語

        壓力容器內(nèi)腐蝕是影響油田生產(chǎn)安全運(yùn)行的重大隱患,而內(nèi)涂層是隔離容器內(nèi)壁與腐蝕介質(zhì)直接接觸的最直接、有效的保護(hù)措施,因此提高內(nèi)涂層質(zhì)量對延長壓力容器壽命至關(guān)重要[14-23]。通過分析壓力容器內(nèi)涂層的防腐機(jī)理和失效原因,結(jié)合段塞流捕集器現(xiàn)場使用情況,檢修期間采用文中所述新技術(shù)對該容器進(jìn)行了內(nèi)防腐涂層施工。施工后經(jīng)嚴(yán)格質(zhì)量檢測,內(nèi)涂層質(zhì)量符合相關(guān)要求,證明采取措施行之有效,可保障容器的長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

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