關(guān)鍵詞： 乙烯基脂玻璃鱗片 涂料 內(nèi)防腐 附著力測(cè)試

中圖分類號(hào)： TQ63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）16-0166-07

南海EP 油田臥式分離器罐直徑為4 m，長(zhǎng)度為17.506 m，總?cè)萘繛?06.7 m³。設(shè)計(jì)壓力和溫度為1 800 kPa/128 ℃，工作壓力和溫度為750～1 350 kPa/65～98 ℃。罐體鋼板Q345R 的厚度為28 mm，內(nèi)襯層S31603 厚度為3 mm。在投產(chǎn)兩個(gè)月后，分離器罐閉排接管焊縫位置腐蝕刺破。開罐發(fā)現(xiàn)S31603 襯層多處穿孔；Q345R 鋼板上有較多凹孔，凹孔最大直徑為14.58 mm，最大深度為11.01 mm。HZ 油田一級(jí)分離器罐S31603 襯層穿孔和層下鋼板點(diǎn)坑腐蝕。具體如圖1 和圖2 所示。

金屬材料在有水環(huán)境中電化學(xué)性質(zhì)的腐蝕過程是金屬失去自身電子氧化作用的過程，這些失去的電子會(huì)被材料所接觸的氧和水形成的還原反應(yīng)消耗掉[1]。為此，確立EP 分離器和HZ 一級(jí)分離器總體修復(fù)方案，按照修舊如舊的原則完成分離器Q345R鋼板與S31603襯層點(diǎn)坑缺陷焊接，然后在S31603 襯層表面涂覆高溫涂料阻隔生產(chǎn)水引起的電化學(xué)反應(yīng)。

分離器Q345R 鋼板與S31603 襯層點(diǎn)坑缺陷焊接修復(fù)后，在S31603 襯層表面涂覆500 μm 厚度的西美克CK-2000 陶瓷涂層，經(jīng)試用3 個(gè)月失效，如圖3 所示。鑒于國(guó)內(nèi)海洋石油重防腐涂料品種非常少，應(yīng)用范圍也比較小，國(guó)內(nèi)重防腐涂料的發(fā)展時(shí)間短，各方面技術(shù)不成熟，缺乏核心技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)較低，無(wú)法切實(shí)滿足各方面發(fā)展要求，為此啟動(dòng)乙烯基酯玻璃鱗片涂層的深入研究，首開國(guó)內(nèi)外將乙烯基酯玻璃鱗片在S31603 表面應(yīng)用的先例[2]。獲取乙烯基酯玻璃鱗片涂層在S31603 鋼板上的附著力數(shù)據(jù)，驗(yàn)證乙烯基酯涂層在高溫油氣介質(zhì)環(huán)境的可行性，成為修復(fù)分離器防腐層的關(guān)鍵。

1 內(nèi)涂層選型研究

油氣物性是防腐方案的基礎(chǔ)性條件，尤其是高礦化度的生產(chǎn)水極大地提高了其與金屬之間的電化學(xué)反應(yīng)，增加了對(duì)金屬構(gòu)件的腐蝕速率[3]。EP 油田生產(chǎn)水物性參數(shù)和油氣介質(zhì)組分參數(shù)分別見表1 和表2。

EP 油田現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)單井H₂S 含量和CO₂含量異常，下游HYSY118 FPSO 實(shí)測(cè)CO₂含量和H₂S 含量，證實(shí)該流程確實(shí)存在CO₂和H₂S 酸性氣體，具體分別見表3 和表4。

EP 油田分離器設(shè)計(jì)溫度為128℃，溫度每提高10℃，電化學(xué)反的速率提高1～3 倍[4]。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)CO₂和H₂S 事件，開展涂料選型（見表5）。

結(jié)合西美克CK-2000 陶瓷涂層在不銹鋼襯層表面失效現(xiàn)象、EP 油氣呈現(xiàn)酸性氣體性質(zhì)以及設(shè)計(jì)溫度要求，選定英國(guó)Corrocoat 公司CorroThaneXT 乙烯基脂玻璃鱗片涂料開展有關(guān)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)比西美克CK-2000陶瓷涂層測(cè)試效果。

2 S31603 基材涂層試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)用CorroThane XT 試板，模擬儲(chǔ)罐進(jìn)料溫度升高過程和儲(chǔ)罐恒溫過程，檢查S31603 材質(zhì)涂層試板的涂層表面變化、涂層厚度、涂層孔隙率和涂層缺陷，獲得了CorroThane XT 涂層在S31603 材料表面的實(shí)測(cè)拉拔力數(shù)據(jù)。

2.1 S31603 基材試板制作

S31603 材質(zhì)試板共計(jì)32 個(gè)樣品，長(zhǎng)度×寬度為150 mm×100 mm ，其中 3 mm 厚度樣品28 個(gè)，6 mm 厚度樣品4 個(gè)。為了模擬分離器罐內(nèi)壁的圓弧結(jié)構(gòu)，將S31603 基材試板彎曲成弧形，預(yù)制彎曲弧度為2°。對(duì)S31603 試板進(jìn)行標(biāo)記，將32 個(gè)試板分為A 組和B 組，每組16 塊。每組分為兩組，每組8 塊，每組分別標(biāo)記在試板背面。

將機(jī)油均勻地涂在A 組試驗(yàn)板表面放置2 h，B 組試板不做機(jī)油污染處理；A、B 兩組試板分別用石英砂和銅礦砂噴砂處理，要求試板表面粗糙度大于75 μm（見圖4）；噴砂處理后的試板涂覆800 μm 和1 200 μm涂層，涂層固化成膜。

將機(jī)油均勻涂覆在A 組試板表面靜置2 h，B 組試板未進(jìn)行油污染處理；A 組和B 組的試驗(yàn)板分別用石英砂和銅礦砂噴砂處理。試板表面粗糙度按照規(guī)范大于75 μm（見圖4）。噴砂后，分別涂覆800 μm和1 200 μm的CorroThane XT 涂層，待其固化，完成試板預(yù)制，共計(jì)A1N、A1K、A2N、A2K 和B1N、B1K、B2N、B2K 8 組32 個(gè)試板，具體見表6。

2.2 模擬分離器溫升適應(yīng)性試驗(yàn)

海上平臺(tái)油氣分離器在投用時(shí)，隨著油氣水生產(chǎn)介質(zhì)進(jìn)入分離器容器罐，罐體下部沉浸在液相中，罐體上部被氣體填充，罐體各個(gè)部位通常在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)達(dá)到正常生產(chǎn)溫度。為此模擬分離器投用的初始狀態(tài)，用試板開展氣相溫升試驗(yàn)和油浴溫升試驗(yàn)，檢查試板表面涂層變化。

2.2.1 空氣相干態(tài)加熱

從8 組中的每一組中取2 塊試板，共16 塊試板放入烘箱中緩慢加熱至100 ℃（加熱時(shí)間控制在120 min），并保持100 ℃的恒定溫度120 min（見圖5）；每個(gè)組合中隨機(jī)抽取一個(gè)樣本，共8個(gè)試板備用；剩余的8個(gè)試板在烘箱中緩慢加熱至140 ℃（加熱時(shí)間不得少于30 min），然后恒溫持續(xù)120 min 之后取出備用。

2.2.2 機(jī)油浸泡試驗(yàn)

將8 組16 塊未在烘箱中加熱的試驗(yàn)板在常溫下浸泡在發(fā)動(dòng)機(jī)油中，將發(fā)動(dòng)機(jī)油緩慢加熱至90～100 ℃（加熱時(shí)間控制在120 min）。停止加熱，讓機(jī)油自然冷卻。24 h 后，每組取出一塊試板供以后使用，共8 塊試板；浸泡48 h 后，取下剩余的8 塊測(cè)試板以備以后使用（見圖6）。

對(duì)全部16 個(gè)經(jīng)過烘箱加熱的試板和16個(gè)經(jīng)過機(jī)油加溫浸泡的試板，觀察涂層表面顏色變化、涂層與基材之間的裂紋和剝離現(xiàn)象檢查與涂層厚度檢查對(duì)比。全部32 個(gè)試板通過檢查，未發(fā)現(xiàn)涂層厚度減小。經(jīng)電火花測(cè)試后，所有32 個(gè)測(cè)試板上均未發(fā)現(xiàn)涂層孔和氣孔，符合標(biāo)準(zhǔn)試板的要求。

西美克CK-2000 涂料試板經(jīng)過機(jī)油浸泡加溫、并保持恒溫狀態(tài)2 h、靜置24 h 后取出，試板涂層出現(xiàn)開裂和脫落，與海上平臺(tái)分離器S31603 內(nèi)襯層表面CK-2000 涂層開裂脫落現(xiàn)象一致，如圖7 所示。

2.3 涂層附著力測(cè)試與分析

標(biāo)記為A2K 的15 號(hào)試板，基材厚度為3 mm，其表面被油污染，用銅礦砂噴砂處理，乙烯基酯涂層厚度為1 200 μm，未經(jīng)歷烤箱加熱，在發(fā)動(dòng)機(jī)油中加熱至90 ℃，油浴浸泡24 h。采用該試板演示了試板樣品的制作與處理流程，包括試板表面石英砂噴砂作業(yè)、鹽檢查、粗糙度檢查、多組分?jǐn)嚢韬同F(xiàn)場(chǎng)涂層涂覆作業(yè)、涂層干燥固化、干燥表面硬度檢查、涂層空氣相加溫破壞試驗(yàn)等內(nèi)容。對(duì)15 號(hào)試板涂層使用地質(zhì)角錘敲擊涂層進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，涂層表面被削掉，撞擊區(qū)域的面積小于錘子尖角的面積，涂層表面和斷裂外部的基底未發(fā)現(xiàn)裂紋，表明了乙烯基脂材料具有良好的抗沖擊性能和耐開裂性能[5]。

對(duì)其他31 塊試板進(jìn)行拉拔，獲得S31603 基材試板CorroThane XT 涂層附著力拉拔數(shù)據(jù)，具體如圖8 所示。圖8 附著力拉拔數(shù)據(jù)顯示，3 mm 厚度試板涂層附著力拉拔數(shù)據(jù)普遍較小，僅有031、032 兩片試板涂層附著力拉拔數(shù)據(jù)達(dá)到10 MPa 以上，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。Corrocoat 公司評(píng)估試板預(yù)制成2 度彎曲形變、腚子黏連擠壓過程和腚子拉拔反方向形變過程，影響了附著力拉拔數(shù)據(jù)的真實(shí)性。6 mm 厚度試板涂層附著力拉拔數(shù)據(jù)達(dá)到10 MPa，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且在空氣相加熱、油加熱和浸泡以及自然冷卻后均表現(xiàn)出良好的黏連性能。附著力拉拔作業(yè)中，6 mm 厚度試板形變明顯小于3 mm 厚度試板形變，其實(shí)測(cè)附著力拉拔數(shù)據(jù)更能真實(shí)反映CorroThaneXT 涂層的黏連性能。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 施工工藝研究

EP 油田分離器內(nèi)部去除S31603 內(nèi)襯層表面的西美克CK-2000 陶瓷涂層殘余處理干凈后，選用Corro‐ThaneXT 涂層涂覆，涂層厚度為2 200 μm，最大厚度為3 000 μm。一旦涂層厚度超出3 000 μm，可用稀釋劑將超出厚度要求的涂層材料消融處理。涂層厚度過大會(huì)浪費(fèi)材料，增加施工量，延長(zhǎng)薄膜干透時(shí)間。

容器在噴砂處理后4 h 內(nèi)涂底漆，以避免表面再次氧化；對(duì)局部拐角或噴嘴位置無(wú)法噴涂或噴涂厚度無(wú)法有效控制的，需要手動(dòng)噴涂；第一次噴涂厚度或手動(dòng)預(yù)涂層為800～1 000 μm。每次噴涂操作后檢查干膜厚度，須在涂層整個(gè)表面固化后及時(shí)檢測(cè)涂層的總厚度。在20 ℃下，涂層固化等待時(shí)間約為2 h。經(jīng)過2 次或者3 次噴涂后，涂層總厚度應(yīng)達(dá)到2 200 μm。涂料稀釋劑在濕度較大的環(huán)境中延緩了涂層干燥成膜，為了避免因儲(chǔ)罐內(nèi)濕度過大遲緩?fù)繉庸袒赡ぃ瑧?yīng)使用強(qiáng)制通風(fēng)，并將儲(chǔ)罐內(nèi)的相對(duì)濕度控制在75% 以下。

金屬表面CorroThane XT 涂層在表面除鹽處理、打砂粗糙度、涂層厚度檢測(cè)、附著力檢測(cè)、高壓火花檢測(cè)等方面的表面處理要求與其他常規(guī)重型涂層非常相似，并根據(jù)制造商的規(guī)范進(jìn)行。盡管在驗(yàn)證過程中進(jìn)行了附著力試驗(yàn)，但與所有涂層一樣，在表面噴涂作業(yè)前，需要按照標(biāo)準(zhǔn)做法對(duì)基材表面進(jìn)行完全凈化[6-7]。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

修復(fù)投用5個(gè)月后，HZ油田一級(jí)分離器開罐檢驗(yàn)，罐體內(nèi)涂層整體結(jié)構(gòu)良好，無(wú)脫落、無(wú)起泡現(xiàn)象，罐體結(jié)構(gòu)邊緣涂層效果和應(yīng)力集中非常好。對(duì)比5 個(gè)月前測(cè)得的涂層厚度和附著力數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)涂層厚度和涂層附著力數(shù)據(jù)無(wú)變化，如圖9所示。目前，CorroThaneXT 涂層在EP 分離器和HZ 一級(jí)分離器應(yīng)用已超過5年，情況良好，未出現(xiàn)防腐涂層失效。

CorroThane XT 涂層耐磨性可能低于陶瓷填充金屬陶瓷涂層，盡管到目前為止還沒有收集到乙烯基脂玻璃鱗片涂層被砂礫嚴(yán)重磨損的現(xiàn)象。在油氣介質(zhì)含砂量較高的情況下，應(yīng)利用定期開罐檢查分離器內(nèi)部狀態(tài)的機(jī)會(huì)，對(duì)容器內(nèi)涂層厚度進(jìn)行檢測(cè)，以評(píng)估磨損程度[8-9]。

4 結(jié)語(yǔ)

乙烯基脂玻璃鱗片涂層CorroThane XT 涂層在S31603材料表面具有良好的附著力，能夠達(dá)到一般性涂層在碳鋼表面的附著力，滿足用于S31603 表面涂層的要求；CorroThane XT 涂層能夠適應(yīng)高溫油氣介質(zhì)，經(jīng)歷140 ℃溫升變化后涂層不開裂、不脫落，具有良好的附著力。

乙烯基脂玻璃鱗片涂層CorroThane XT 涂層能夠適應(yīng)高氯和含酸性氣體的油氣介質(zhì)，有效防止油氣分離器儲(chǔ)罐S31603 不銹鋼在酸性氣體環(huán)境中點(diǎn)坑腐蝕，可在海上平臺(tái)工藝設(shè)備S31603 襯里修復(fù)方案中推廣應(yīng)用，為海上油氣生產(chǎn)提供持久的保護(hù)層。