油田钢制储罐牺牲阳极保护技术的应用

2021-04-30王月玺

全面腐蚀控制 2021年2期

王月玺王亮

（1. 中国石油技术开发公司，北京 100028；2. 青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，山东青岛 266071）

0 引言

哈萨克斯坦里海周边某油田采出液和回注水的矿化度和cl-含量高，腐蚀性强，对原油处理系统和回注水系统的管道和储罐腐蚀严重，部分储罐2～3年开始有腐蚀穿孔现象发生，部分储罐4～7年就要更换罐底板和下层罐壁。储罐维修频繁，严重影响了油田的生产，且维修成本较高。

1 腐蚀概况

在注水车间5000m3回注水储罐大修时，对储罐内腐蚀情况进行了调研。现场调研发现，腐蚀最严重区域为罐底板、一二层壁板尤其是环焊缝附近区域。由于罐底板和一二层板腐蚀严重，大修时整体更换了罐底板，对罐壁板腐蚀严重处进行了补板处理，补板处理三十余处，最大补板面积约2m2。在改造处理后，储罐局部仍有较多明显的腐蚀坑存在，如图1所示。在一二层板焊缝附近存在成片的腐蚀坑，深度约为2mm，在人孔底部存在直径约50mm，深度2～3mm的腐蚀坑。

对该油田的采出水和回注水的测试结果表明，其矿化度为12～13万ppm，氯离子浓度为7.5～8万ppm，其腐蚀主要为Cl-作用下的氧腐蚀[1]。

图1 储罐内腐蚀形貌

2 牺牲阳极保护实验

2.1 牺牲阳极配方和型式

杨朝晖等通过模拟该油田水样和使用温度，采用5因素4水平正交试验法针该油田的开发了配方为Al-4.5%Zn-0.025%In-1.5%Mg-0.05%Ti-0.015%Ga的新型配方的牺牲阳极[2]。本次牺牲阳极保护实验选用该成分的牺牲阳极。

考虑到罐内泥砂的沉积、后续防腐层的修复以及介质的腐蚀性，选择规格为420×（160+180）×170mm的支架型阳极，牺牲阳极安装后阳极底面距罐底板高度约为100mm。

2.2 牺牲阳极的布置

按照GB/T 50393要求，对罐内牺牲阳极的需求量进行计算，理论需要阳极数量23支，罐底板安装牺牲阳极11支，罐壁安装牺牲阳极12支。均匀分布。

2.3 保护效果的检测评估

保护效果的检测评估从两方面进行：一是间接评估，在储罐内进水后对罐内壁保护电位进行测试，通过保护电位值进行评估；二是直接评估，在实验一段时间后开罐检验，通过宏观检测，壁厚测量等手段进行评估。

2.3.1 间接评估

在牺牲阳极安装完成进水浸泡24h后，在罐内对通电保护电位进行了测试。测试时对罐底板、罐壁和中心立柱等部位的近阳极区域和远阳极区域进行了全面测试，其保护电位为-1.02V～-1.14V（V.S.饱和硫酸铜参比电极）。在储罐运行过程中，对罐底板保护电位进行了监测，在16个月的时间内，保护电位为-1.04V～-1.16V（V.S.饱和硫酸铜参比电极），冬季比夏季保护电位略负。

由于罐内水的矿化度高，电阻率低，且测试时参比电极紧贴罐内壁，此时测试回路中的欧姆极化较小，可认为罐内保护电位满足-850mV标准。

图2 保护电位16个月监测数据

2.3.2 直接评估

储罐运行16个月后，对储罐的保护效果进行了开罐检测评估。

（1）宏观检查

在罐内清理干净后，进罐进行了宏观检查。检查结果表明，罐内防腐层整体基本完好，局部区域涂层防腐层已出现鼓泡和剥离，防腐层破损处罐平整，未有明显腐蚀迹象，如图3所示；所有牺牲阳极均发生正常溶解，溶解量基本相当，表面溶解基本均匀；罐壁牺牲阳极消耗量略大于罐底板牺牲阳极消耗量，罐壁进出水管口附近阳极消耗最严重，这可能是由以下原因：a. 罐内腐蚀主要为氧腐蚀，罐壁水管进出口及液位上层含氧量更高，导致罐壁的保护电流需求量更大；b. 由于储罐最下层2圈壁板腐蚀严重，设计时罐壁的保护面积仅可虑了最下层2圈壁板，该储罐实际使用过程中的液位可能更高，需要保护的面积更大；

图3 罐内防腐层破损及基体形貌

（2）壁厚测量

对罐底板和罐壁下两层壁板进行了超声波测厚检测，经检测，罐壁第一层壁板厚度为1 1.4～1 2.0 m m，罐壁第二层壁板厚度为11.3～11.8mm（罐壁板初始壁厚为12mm），罐底板的厚度为9.4～10.0mm（罐底板初始厚度为10mm），未发现明显减薄。

2.4 保护寿命估算

按照GB/T 50393中牺牲阳极寿命计算公式，计算得出牺牲阳极的使用寿命为11.4年；为了评估牺牲阳极的使用寿命，将罐内消耗最严重的牺牲阳极切下称重，假设牺牲阳极的年消耗量不变，经计算该牺牲阳极的使用寿命为9.7年；另外，考虑到涂层的逐年劣化，实际使用寿命会略低于9.7年。按实际消耗量计算得出的寿命略低于理论公式计算值。