蘇里格氣田采出水系統防腐工藝對比研究

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）

氣田采出水系統主要包含采出水儲罐及配套管線，儲罐材質為Q235B，采用EP 改性環氧涂料防腐，采出水系統配套管線多采用20#鋼和雙金屬管線。采出水系統投運3～5 年后，采出水系統管線均存在不同程度腐蝕，出現腐蝕穿孔情況。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物開展能譜分析、XRD 衍射實驗，發現腐蝕產物主要由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，腐蝕形態多以金屬表面的潰瘍和銹瘤形式表現。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生于靠近罐底的罐壁，腐蝕產物疏松分層，對腐蝕產物開展能譜分析、XRD衍射實驗，發現底層主要為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壁典型腐蝕

2 防腐工藝研究

2.1 采出水系統管線防腐對策分析[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，按照單位時間內掛片厚度的減少量計算腐蝕速率。根據實驗結果（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SY/T 0087.2—2020《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準》的相關規定，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 采出水系統管線優選應用 根據耐腐蝕及掛片實驗結果分析，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。2014年開始，蘇里格氣田各采出水處理系統陸續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，至今未出現腐蝕穿孔情況，防腐效果良好。

2.2 采出水儲罐內防腐工藝分析

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

2.2.1 改性環氧涂層防腐 涂層防腐主要是將儲罐基體與腐蝕環境進行隔離，改性環氧涂料在常規環氧涂料基礎上加入改性劑，增強耐候性及易粉化等特點。在生產現場涂層往往會因檢修過程或本身結構的缺陷，在局部產生破裂而穿孔，在高電解質濃度和較高環境溫度的腐蝕條件下，防腐涂層易老化，出現龜裂及剝離現象，導致儲罐基體暴露在介質中，腐蝕性介質滲入到保護層與鋼材之間，誘發保護層鼓包，并在鼓包處誘發局部腐蝕，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 高強復合材料內膽防腐 高強復合材料內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域抽真空，形成負壓，引導樹脂流動以均勻遍布整個區域的成型工藝（圖3）。2018 年開始高強復合材料內膽防腐在蘇里格氣田開展現場應用，先后在各處理廠完成12 具采出水儲罐玻璃鋼內膽防腐改造，施工完成后罐壁表面均勻平整，連續光滑；后續檢修開罐未見脫皮、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、氧及其他強電解質溶液的滲透，阻隔和屏蔽環境中的腐蝕介質，阻止金屬表面腐蝕反應的進行。

化學防腐作用：當有害介質滲入涂層，兩性無機填料能與酸性或堿性的有害物質起中和反應，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，相當于在基體金屬及腐蝕介質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場試驗。該處理站1 具500 m3沉降除油罐內表面整體均受到環境腐蝕，特別是罐底向上第一層罐壁區域，存在較多點腐蝕區域，點腐蝕相互貫通形成麻坑。現場經噴砂除銹、角磨機打磨等表面處理，采用重點部位及區域優先涂刷，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、費用及優缺點進行對比分析（表2）。

表2 儲罐內防腐工藝對比（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，服役壽命為單純改性環氧涂層防腐的2～3 倍。高強復合材料內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膽防腐相當，具有工藝簡單、防腐效果好、適用性強的優點。

3 認識和結論

（1）氣田采出水系統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。改性環氧涂層防腐已無法滿足生產需求，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，可在一定范圍內開展推廣試驗，根據儲罐實際應用后防腐效果進行進一步的分析評價。