乙烯基脂玻璃鱗片涂層在S31603鋼板表面附著力的研究與應用

關鍵詞： 乙烯基脂玻璃鱗片 涂料 內防腐 附著力測試

中圖分類號： TQ63 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）16-0166-07

南海EP 油田臥式分離器罐直徑為4 m，長度為17.506 m，總容量為206.7 m³。設計壓力和溫度為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，內襯層S31603 厚度為3 mm。在投產兩個月后，分離器罐閉排接管焊縫位置腐蝕刺破。開罐發現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 油田一級分離器罐S31603 襯層穿孔和層下鋼板點坑腐蝕。具體如圖1 和圖2 所示。

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

分離器Q345R 鋼板與S31603 襯層點坑缺陷焊接修復后，在S31603 襯層表面涂覆500 μm 厚度的西美克CK-2000 陶瓷涂層，經試用3 個月失效，如圖3 所示。鑒于國內海洋石油重防腐涂料品種非常少，應用范圍也比較小，國內重防腐涂料的發展時間短，各方面技術不成熟，缺乏核心技術，產品質量相對較低，無法切實滿足各方面發展要求，為此啟動乙烯基酯玻璃鱗片涂層的深入研究，首開國內外將乙烯基酯玻璃鱗片在S31603 表面應用的先例[2]。獲取乙烯基酯玻璃鱗片涂層在S31603 鋼板上的附著力數據，驗證乙烯基酯涂層在高溫油氣介質環境的可行性，成為修復分離器防腐層的關鍵。

1 內涂層選型研究

油氣物性是防腐方案的基礎性條件，尤其是高礦化度的生產水極大地提高了其與金屬之間的電化學反應，增加了對金屬構件的腐蝕速率[3]。EP 油田生產水物性參數和油氣介質組分參數分別見表1 和表2。

EP 油田現場檢測發現單井H₂S 含量和CO₂含量異常，下游HYSY118 FPSO 實測CO₂含量和H₂S 含量，證實該流程確實存在CO₂和H₂S 酸性氣體，具體分別見表3 和表4。

EP 油田分離器設計溫度為128℃，溫度每提高10℃，電化學反的速率提高1～3 倍[4]。結合現場檢測發現CO₂和H₂S 事件，開展涂料選型（見表5）。

結合西美克CK-2000 陶瓷涂層在不銹鋼襯層表面失效現象、EP 油氣呈現酸性氣體性質以及設計溫度要求，選定英國Corrocoat 公司CorroThaneXT 乙烯基脂玻璃鱗片涂料開展有關實驗，并對比西美克CK-2000陶瓷涂層測試效果。

2 S31603 基材涂層試驗

實驗用CorroThane XT 試板，模擬儲罐進料溫度升高過程和儲罐恒溫過程，檢查S31603 材質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 材料表面的實測拉拔力數據。

2.1 S31603 基材試板制作

S31603 材質試板共計32 個樣品，長度×寬度為150 mm×100 mm ，其中 3 mm 厚度樣品28 個，6 mm 厚度樣品4 個。為了模擬分離器罐內壁的圓弧結構，將S31603 基材試板彎曲成弧形，預制彎曲弧度為2°。對S31603 試板進行標記，將32 個試板分為A 組和B 組，每組16 塊。每組分為兩組，每組8 塊，每組分別標記在試板背面。

將機油均勻地涂在A 組試驗板表面放置2 h，B 組試板不做機油污染處理；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。

將機油均勻涂覆在A 組試板表面靜置2 h，B 組試板未進行油污染處理；A 組和B 組的試驗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，完成試板預制，共計A1N、A1K、A2N、A2K 和B1N、B1K、B2N、B2K 8 組32 個試板，具體見表6。

2.2 模擬分離器溫升適應性試驗

海上平臺油氣分離器在投用時，隨著油氣水生產介質進入分離器容器罐，罐體下部沉浸在液相中，罐體上部被氣體填充，罐體各個部位通常在兩個小時內達到正常生產溫度。為此模擬分離器投用的初始狀態，用試板開展氣相溫升試驗和油浴溫升試驗，檢查試板表面涂層變化。

2.2.1 空氣相干態加熱

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 ℃（加熱時間控制在120 min），并保持100 ℃的恒定溫度120 min（見圖5）；每個組合中隨機抽取一個樣本，共8個試板備用；剩余的8個試板在烘箱中緩慢加熱至140 ℃（加熱時間不得少于30 min），然后恒溫持續120 min 之后取出備用。

2.2.2 機油浸泡試驗

將8 組16 塊未在烘箱中加熱的試驗板在常溫下浸泡在發動機油中，將發動機油緩慢加熱至90～100 ℃（加熱時間控制在120 min）。停止加熱，讓機油自然冷卻。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 塊測試板以備以后使用（見圖6）。

對全部16 個經過烘箱加熱的試板和16個經過機油加溫浸泡的試板，觀察涂層表面顏色變化、涂層與基材之間的裂紋和剝離現象檢查與涂層厚度檢查對比。全部32 個試板通過檢查，未發現涂層厚度減小。經電火花測試后，所有32 個測試板上均未發現涂層孔和氣孔，符合標準試板的要求。

西美克CK-2000 涂料試板經過機油浸泡加溫、并保持恒溫狀態2 h、靜置24 h 后取出，試板涂層出現開裂和脫落，與海上平臺分離器S31603 內襯層表面CK-2000 涂層開裂脫落現象一致，如圖7 所示。

2.3 涂層附著力測試與分析

標記為A2K 的15 號試板，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，未經歷烤箱加熱，在發動機油中加熱至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、鹽檢查、粗糙度檢查、多組分攪拌和現場涂層涂覆作業、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等內容。對15 號試板涂層使用地質角錘敲擊涂層進行沖擊試驗，涂層表面被削掉，撞擊區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現裂紋，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]。

對其他31 塊試板進行拉拔，獲得S31603 基材試板CorroThane XT 涂層附著力拉拔數據，具體如圖8 所示。圖8 附著力拉拔數據顯示，3 mm 厚度試板涂層附著力拉拔數據普遍較小，僅有031、032 兩片試板涂層附著力拉拔數據達到10 MPa 以上，滿足行業標準的要求。Corrocoat 公司評估試板預制成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據的真實性。6 mm 厚度試板涂層附著力拉拔數據達到10 MPa，滿足行業標準的要求，并且在空氣相加熱、油加熱和浸泡以及自然冷卻后均表現出良好的黏連性能。附著力拉拔作業中，6 mm 厚度試板形變明顯小于3 mm 厚度試板形變，其實測附著力拉拔數據更能真實反映CorroThaneXT 涂層的黏連性能。

3 現場應用

3.1 施工工藝研究

EP 油田分離器內部去除S31603 內襯層表面的西美克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。涂層厚度過大會浪費材料，增加施工量，延長薄膜干透時間。

容器在噴砂處理后4 h 內涂底漆，以避免表面再次氧化；對局部拐角或噴嘴位置無法噴涂或噴涂厚度無法有效控制的，需要手動噴涂；第一次噴涂厚度或手動預涂層為800～1 000 μm。每次噴涂操作后檢查干膜厚度，須在涂層整個表面固化后及時檢測涂層的總厚度。在20 ℃下，涂層固化等待時間約為2 h。經過2 次或者3 次噴涂后，涂層總厚度應達到2 200 μm。涂料稀釋劑在濕度較大的環境中延緩了涂層干燥成膜，為了避免因儲罐內濕度過大遲緩涂層固化成膜，應使用強制通風，并將儲罐內的相對濕度控制在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、附著力檢測、高壓火花檢測等方面的表面處理要求與其他常規重型涂層非常相似，并根據制造商的規范進行。盡管在驗證過程中進行了附著力試驗，但與所有涂層一樣，在表面噴涂作業前，需要按照標準做法對基材表面進行完全凈化[6-7]。

3.2 現場應用情況

修復投用5個月后，HZ油田一級分離器開罐檢驗，罐體內涂層整體結構良好，無脫落、無起泡現象，罐體結構邊緣涂層效果和應力集中非常好。對比5 個月前測得的涂層厚度和附著力數據，現場實測涂層厚度和涂層附著力數據無變化，如圖9所示。目前，CorroThaneXT 涂層在EP 分離器和HZ 一級分離器應用已超過5年，情況良好，未出現防腐涂層失效。

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重磨損的現象。在油氣介質含砂量較高的情況下，應利用定期開罐檢查分離器內部狀態的機會，對容器內涂層厚度進行檢測，以評估磨損程度[8-9]。

4 結語

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 涂層能夠適應高溫油氣介質，經歷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 涂層能夠適應高氯和含酸性氣體的油氣介質，有效防止油氣分離器儲罐S31603 不銹鋼在酸性氣體環境中點坑腐蝕，可在海上平臺工藝設備S31603 襯里修復方案中推廣應用，為海上油氣生產提供持久的保護層。