寇中華，張增勇，孫 思，趙彩虹，姚 興，蔣成銀

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018）

氣田采出水系統(tǒng)主要包含采出水儲罐及配套管線，儲罐材質(zhì)為Q235B，采用EP 改性環(huán)氧涂料防腐，采出水系統(tǒng)配套管線多采用20#鋼和雙金屬管線。采出水系統(tǒng)投運3～5 年后，采出水系統(tǒng)管線均存在不同程度腐蝕，出現(xiàn)腐蝕穿孔情況。同時采出水儲罐普遍存在防腐層脫落，罐壁腐蝕穿孔等問題，嚴重影響采出水系統(tǒng)正常運行。

1 腐蝕機理研究

1.1 采出水管線腐蝕原因分析

蘇里格氣田采出水水型以CaCl2為主，具有高濁度、高礦化度、高腐蝕性、低pH 值等顯著特點。對采出水管線腐蝕產(chǎn)物開展能譜分析、XRD 衍射實驗，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物主要由FeCO3與鐵氧化物組成，判斷為氧腐蝕與二氧化碳腐蝕。氧腐蝕以均勻腐蝕為主，腐蝕形態(tài)多以金屬表面的潰瘍和銹瘤形式表現(xiàn)。二氧化碳腐蝕以局部的點蝕、癬狀腐蝕和臺面狀腐蝕為主。

1.2 采出水儲罐腐蝕原因分析

采出水儲罐的腐蝕主要發(fā)生于靠近罐底的罐壁，腐蝕產(chǎn)物疏松分層，對腐蝕產(chǎn)物開展能譜分析、XRD衍射實驗，發(fā)現(xiàn)底層主要為Fe2O3和少量FeS，上層為Fe3O4和Fe2O3[1-3]。綜合儲罐腐蝕產(chǎn)物、腐蝕穿孔位置進行分析，蘇里格氣田儲罐腐蝕穿孔基本發(fā)生在儲罐底部的水、泥界面，主要包括電化學腐蝕、硫酸還原菌和腐生菌等細菌腐蝕以及氧濃差腐蝕（圖1）。

圖1 管線二氧化碳腐蝕及儲罐內(nèi)壁典型腐蝕

2 防腐工藝研究

2.1 采出水系統(tǒng)管線防腐對策分析[4-5]

2.1.1 耐腐蝕實驗分析 對20#鋼、雙金屬復合管、316L 不銹鋼開展極化曲線、電化學阻抗譜曲線測定實驗。極化曲線中零電流電位越高，耐腐蝕性能越好。電化學阻抗譜中阻抗譜的彎曲程度越大，金屬越容易腐蝕。由極化曲線和電化學阻抗譜曲線（圖2）可知，316L不銹鋼的抗腐蝕性能遠高于20#鋼、雙金屬復合管。

圖2 金屬極化曲線及電化學阻抗譜曲線

2.1.2 腐蝕掛片實驗分析 對20#鋼管材及316L 不銹鋼管材進行腐蝕掛片實驗，按照單位時間內(nèi)掛片厚度的減少量計算腐蝕速率。根據(jù)實驗結(jié)果（表1），20#鋼平均腐蝕速率為0.606 mm/a，316L 不銹鋼平均腐蝕速率為0.022 mm/a。根據(jù)SY/T 0087.2—2020《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價標準》的相關規(guī)定，20#鋼平均腐蝕速率超過0.250 mm/a，屬于嚴重腐蝕，316L 不銹鋼平均腐蝕速率小于0.025 mm/a，屬于輕微腐蝕。

表1 20#鋼掛片及316L 不銹鋼掛片腐蝕速率表（編號1～4 為20#鋼，編號5～8 為316L 不銹鋼）

2.1.3 采出水系統(tǒng)管線優(yōu)選應用 根據(jù)耐腐蝕及掛片實驗結(jié)果分析，316L 不銹鋼抗腐蝕性能遠高于20#鋼與雙金屬復合管，更適合于氣田采出水處理系統(tǒng)。2014年開始，蘇里格氣田各采出水處理系統(tǒng)陸續(xù)將原有的雙金屬復合管更換為316L 不銹鋼管材，管線更換后投運已近10 年，至今未出現(xiàn)腐蝕穿孔情況，防腐效果良好。

2.2 采出水儲罐內(nèi)防腐工藝分析

蘇里格氣田采出水儲罐采用的內(nèi)防腐工藝有改性環(huán)氧涂層防腐、涂層+犧牲陽極防腐、高強復合材料內(nèi)膽防腐和柔性納米陶瓷涂層防腐。

2.2.1 改性環(huán)氧涂層防腐 涂層防腐主要是將儲罐基體與腐蝕環(huán)境進行隔離，改性環(huán)氧涂料在常規(guī)環(huán)氧涂料基礎上加入改性劑，增強耐候性及易粉化等特點。在生產(chǎn)現(xiàn)場涂層往往會因檢修過程或本身結(jié)構(gòu)的缺陷，在局部產(chǎn)生破裂而穿孔，在高電解質(zhì)濃度和較高環(huán)境溫度的腐蝕條件下，防腐涂層易老化，出現(xiàn)龜裂及剝離現(xiàn)象，導致儲罐基體暴露在介質(zhì)中，腐蝕性介質(zhì)滲入到保護層與鋼材之間，誘發(fā)保護層鼓包，并在鼓包處誘發(fā)局部腐蝕，導致罐體腐蝕穿孔。

2.2.2 涂層+犧牲陽極防腐 涂層+犧牲陽極就是在涂層防腐的基礎上增加陰極保護措施。犧牲陽極是金屬設備防腐蝕的有效方法之一，對電偶腐蝕、濃差電池腐蝕等電化學腐蝕和細菌腐蝕均有較好的抑制作用。其基本原理是通過外加電源或連接犧牲陽極將處于介質(zhì)中的金屬設備的自腐蝕電位負移至完全保護電位之下，使金屬設備免遭介質(zhì)的腐蝕。涂層一般3 年需要修補，陽極5～6 年后需更換，綜合維護成本高。

2.2.3 高強復合材料內(nèi)膽防腐 高強復合材料內(nèi)膽是以無捻粗紗布和多軸向織物為增強材料，以乙烯基酯樹脂為基體材料，采用真空袋將纖維材料密封在模具上，然后采用真空泵對密封區(qū)域抽真空，形成負壓，引導樹脂流動以均勻遍布整個區(qū)域的成型工藝（圖3）。2018 年開始高強復合材料內(nèi)膽防腐在蘇里格氣田開展現(xiàn)場應用，先后在各處理廠完成12 具采出水儲罐玻璃鋼內(nèi)膽防腐改造，施工完成后罐壁表面均勻平整，連續(xù)光滑；后續(xù)檢修開罐未見脫皮、氣泡、斑痕等明顯缺陷，防腐效果良好。

圖3 高強復合材料內(nèi)膽工藝及實施效果

2.2.4 柔性納米陶瓷涂層防腐 柔性納米陶瓷涂料是由無機陶瓷填料、改性的環(huán)氧樹脂、溶劑和固化劑組成的可在室溫固化的無機/有機聚合物納米陶瓷涂料；主要通過物理屏蔽、化學防腐和電化學防護三個方面起到防腐作用。

物理屏蔽作用：成膜劑與無機納米填料反應得到致密的防腐涂層，在基體表面形成一個屏蔽層的防護涂層，減少水、氧及其他強電解質(zhì)溶液的滲透，阻隔和屏蔽環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)，阻止金屬表面腐蝕反應的進行。

化學防腐作用：當有害介質(zhì)滲入涂層，兩性無機填料能與酸性或堿性的有害物質(zhì)起中和反應，從而起到防腐的作用。

電化學防護作用：具有高阻抗的高分子材料作為成膜物質(zhì)，相當于在基體金屬及腐蝕介質(zhì)間插入了一個電阻層，有效地阻止這兩個體系的接觸而使電化學反應不能進行。

2022 年在蘇里格氣田蘇X 采出水處理站開展柔性納米陶瓷涂層防腐技術現(xiàn)場試驗。該處理站1 具500 m3沉降除油罐內(nèi)表面整體均受到環(huán)境腐蝕，特別是罐底向上第一層罐壁區(qū)域，存在較多點腐蝕區(qū)域，點腐蝕相互貫通形成麻坑?，F(xiàn)場經(jīng)噴砂除銹、角磨機打磨等表面處理，采用重點部位及區(qū)域優(yōu)先涂刷，整體二次涂刷，最后整罐噴涂方式對罐體進行柔性納米陶瓷涂層防腐處理，施工完成后罐體表面光滑。

2.2.5 儲罐內(nèi)防腐工藝對比 針對4 種儲罐防腐工藝，從施工工期、費用及優(yōu)缺點進行對比分析（表2）。

表2 儲罐內(nèi)防腐工藝對比（工期及費用按單具500 m3 儲罐計算）

對比4 種防腐工藝，改性環(huán)氧涂層防腐費用與施工周期在4 種方法中最低，但防腐效果最差，服役3～5年后儲罐易腐蝕穿孔。涂層+犧牲陽極防腐需要定期維護，檢查陽極狀態(tài)，服役壽命為單純改性環(huán)氧涂層防腐的2～3 倍。高強復合材料內(nèi)膽防腐施工成本較高，其服役壽命達到10～15 年，但檢修時易受損，影響防腐效果。柔性納米陶瓷涂層防腐施工工序與改性環(huán)氧涂層防腐相當，施工工藝簡單，防腐效果與高強復合材料內(nèi)膽防腐相當，具有工藝簡單、防腐效果好、適用性強的優(yōu)點。

3 認識和結(jié)論

（1）氣田采出水系統(tǒng)管線主要為氧腐蝕和二氧化碳腐蝕，20#鋼及雙金屬復合管耐腐蝕性差，選用316L不銹鋼管材更適用現(xiàn)場工況。

（2）采出水儲罐主要為電化學腐蝕、細菌腐蝕、氧濃差腐蝕。改性環(huán)氧涂層防腐已無法滿足生產(chǎn)需求，涂層+犧牲陽極防腐改造費用高，需定期進行維護，員工勞動強度高。

（3）高強復合材料內(nèi)膽防腐效果較好，防腐周期長，但施工條件要求高，施工工藝較復雜，在檢維修過程中限制較大，需避免損傷，影響防腐效果。

（4）柔性納米陶瓷涂層防腐施工工藝簡單，費用較低，試驗防腐效果較好，后期維護較少，可在一定范圍內(nèi)開展推廣試驗，根據(jù)儲罐實際應用后防腐效果進行進一步的分析評價。