金属罐复合材料内胆防腐技术应用与探索
2021-01-08杜宁波朱名昭张道平龙雄云
石 琳，杜宁波，朱名昭，张道平，龙雄云
（中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第三采油厂，陕西西安 710021）
1 采油三厂储罐腐蚀现状及原因分析
1.1 采油三厂储罐腐蚀现状
采油三厂现有各类大型储罐（≥1000m3）46具，500m3及以下储罐67具，储罐维护周期3～5a。经统计，储罐破损位置主要集中在罐壁、罐底以及内部盘管。2018—2019年，共组织开展1000m3以上储罐维护6具，维护费用514.71万元。
由表1可以看出，近年储罐破损位置主要集中在罐壁、加热盘管以及罐内附件。调研显示，我厂1000m3以上的储罐绝大多数都存在不同程度的腐蚀，现用传统防腐方式受施工质量、材料本身防腐性能影响，使用寿命不长，普遍在3～5a，存在薄弱点多、易脱落等问题，因此加强对储罐防腐针对性研究与试验，寻求经济、适用、合理、有效的防护措施，是降低油田建设投资和老油田生产成本，提高油田开发经济效益的一项重要任务。
表1 2018—2019年1000m3以上储罐破损维护情况
1.2 储罐内腐蚀的原因分析
原油储罐的内部空间分为气相、油相和水相（图1），不同部位接触的腐蚀介质不同，引起腐蚀的原因也不尽相同。
图1 原油储罐内部空间示意图
1.2.1 油罐气相部位
罐顶部内壁处在气相空间中，原油成分中微含硫、硫化物等腐蚀性化学物质挥发，与通过呼吸阀进入罐体的水分、氧气、二氧化碳等腐蚀性气体形成弱酸溶液，主要化学反应方程式为：
造成罐顶部发生坑点腐蚀、片状腐蚀等局部腐蚀导致穿孔。
1.2.2 油罐储油部位
该部位直接与原油接触，由于油品内和油面上部气体空间中含氧量的不同，会形成氧浓差电化学腐蚀。但罐壁上黏结了一层相当于保护膜的原油，因而腐蚀速率较低，腐蚀轻微，一般不会造成较大危险。但当氧含量由0.02mg/L 增加到0.065mg/L 时，金属的腐蚀速度将增加5倍，含氧量增加1mg/L 时，腐蚀速率将增加20倍。在储罐进出液过程中，液位的变化及搅动作用，更加速了这种腐蚀。
1.2.3 油罐内底板
油罐储存原油中的水，经过长时间的沉积，在罐底及距罐底3m 以下的罐壁处逐渐形成了沉积水。虽然原油储罐都涉及有排水管，但由于排水管的中心线一般比罐壁高约300mm，所以罐底始终有200～300mm 的水存在，沉积水中含大量的氯化物、硫化物、氧、酸类物质等，形成较强的电解质溶液，产生电化学腐蚀，造成储罐内壁根部较严重的局部腐蚀。
2 储罐防腐技术路线及对策
2.1 现有储罐防腐工艺技术
2.1.1 环氧防腐工艺（EP防腐）
组分：环氧聚合物、硬化剂组成的高效纯环氧防腐涂料改性环氧重防腐涂料。
优点：其具有较强的附着力、耐酸碱性、耐水性、耐久性好等优点，而且施工方便，费用低，常温固化成膜。
缺点：耐环境腐蚀性能较差，2～5a 甚至更短的时间，罐内表面及内附件就会发生严重的腐蚀现象。
2.1.2 环氧玻璃钢内衬
组分：由环氧树脂、固化剂、无碱玻璃纤维及稀释剂丙酮组成的增强材料。
优点：机械性能好，比重小，绝缘性能好，收缩率低，耐腐蚀性优良，适用于各类强腐蚀环境。
缺点：对于内附件不易施工，反而影响附件寿命。施工质量不佳，容易产生鼓包等缺陷。
2.1.3 牺牲阳极保护技术
牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到储罐金属上，达到保护储罐减缓腐蚀的作用。
优点：防腐性能好，持续时间长。
缺点：施工工艺复杂，费用高。
现场应用情况：2004年对XX 联1#5000m3沉降罐进行全罐牺牲阳极保护，2013年维护时该罐正常运行9a，远远高于沉降罐3～5a 的平均寿命，具有较好的防腐效果。
通过上述分析，现有的防腐工艺技术存在针对性不强、施工质量不佳、周期长、费用高等多种问题，无法满足目前储罐防腐需求，急需开展针对性强、防腐性能高、施工周期短、防腐保护全面的工艺技术。
2.2 金属罐高强复合材料内胆防腐技术
2.2.1 技术原理
将纤维增强材料直接铺放在处理过的金属罐内壁上，在纤维增强材料上铺设一层低孔隙率、低渗透率的脱模布，脱模布上铺放高渗透的导流布，导流管分布在导流布的上面，然后用真空袋包覆，密封真空袋与罐内壁之间的空隙。真空泵抽气至负压状态，树脂通过进胶管进入整个体系，通过导流管引导树脂流动的主方向，导流布使树脂分布到铺层的每个角落，固化后剥离脱模布，从而得到密实度高、含胶量低的高强复合材料。
2.2.2 高强复合材料内胆与传统工艺性能对比
①强度更高（如图2所示）
树脂与玻璃纤维结合，玻纤含量达到70%，结构强度高。
图2 真空灌注工艺与传统工艺对比
②品质更好
在真空环境下树脂受负压压力成型，制品中无气泡、接缝少、无薄弱点。
③挥发较小
封闭成型，施工过程中无树脂泼洒或滴落，环境干净、安全。
④黏结性能更优
通过负压方式成型，复合材料内胆与罐壁的黏接性高。
2.2.3 应用情况
①内胆防腐（如图3、图4所示）
喷砂除锈吹扫后的金属罐壁表面达到Sa2.5级→刷黏结剂→在罐壁喷涂喷胶，悬挂、固定纤维布层→铺脱模布、导流网→黏接螺旋管、贴密封胶带→安装树脂进胶管、真空管，黏贴真空袋膜、密封→抽真空、注树脂→产品固化后，揭去脱模布、导流网、真空袋膜等真空辅助材料。
图3 新制内胆近景
图4 内胆成品远景
②罐顶防腐（如图5所示）
罐顶采用接触成型进行施工制作。
图5 罐顶制作成品
③内构防腐
罐内金属构件防腐处理时，同样要除锈，除锈后用手糊成型的工艺，将玻璃纤维毡、布铺覆到金属构件外表，进行防腐处理。
2019年，该项防腐技术分别在采油六厂2具100m3水罐、采油九厂1具1000m3除油罐开展试验，防腐效果有待进一步验证（见表3）。
表3 复合材料内胆防腐技术实施部分情况统计
2010年以来，陆续在胜利、中原等油田开展钢制储罐的复合材料内胆试验。在2018年对两具水罐进行开罐观察，复合材料内胆无脱落磨损现场，防腐效果很好。其余罐均运行正常，罐体无渗漏破损现象（图6）。
图6 商二注清罐后储罐表面
3 应用效果评价
金属罐复合材料内胆防腐工艺技术在其他油田应用效果显著，但在长庆油田目前正处于现场试验和效果验证阶段。
金属罐复合材料内胆防腐工艺技术将在我厂XX 联1#1000m3除油罐开展试验，预期达到以下效果：
1）应用该防腐工艺技术对储罐实施保护后，较未实施储罐使用寿命增加5～10a。
2）在经济效益方面，该技术的应用，能减少储罐维护频次1～2次，节约维护费用60万左右。
3）在安全环保方面，储罐寿命的延长，降低了频繁动火作业带来的施工风险，保障了储罐运行安全。
4 认识及建议
1）金属罐罐壁存在内、外两方面的腐蚀影响，但其外部腐蚀较为轻微，要解决储罐的腐蚀问题需要对其内壁进行针对性更强的防腐蚀保护。
2）金属罐复合材料内胆防腐技术在罐顶、罐壁及罐内附件均可实施，是可以对罐内壁进行全方位防腐保护的一项技术，其施工工艺简单、施工环境清洁安全、周期短。该技术如果要推广应用仍然存在以下问题：
1）该技术从理论上可以延长金属罐的使用寿命达15a，现场预期至少达到10a；在其他油田该技术防腐效果明显，但由于该工艺技术2019年才开始在长庆油田投入现场试验，其适应性、长期效果有待进一步验证。
2）该技术费用较高，推广应用需较大投资。
