摘要:当前,我国部分主力油田已经进入中高含水开发期,伴随着综合含水的不断上升,油气采集等石油机械设备的腐蚀日渐严重,加之我国进口原因主要为含硫酸度较多的原油,如H2S、Cl、少量溶解氧和细菌等,受这些因素及其交互作用的影响,对石油机械设备是具有严重腐蚀性的,可以说腐蚀已经成为影响设备可靠性及使用寿命的关键因素,是造成各类生产事故的主要原因,石油机械的防腐问题急待解决。本文主要对石油机械设备产生腐蚀的原因进行了分析,并对石油机械的防腐技术和防腐措施进行了论述,以供读者参考。
关键词:石油机械;技术;防腐
笔者认为,要解决石油机械的防腐问题,首先要对产生设备腐蚀的主要原因进行系统的分析;其次要有针对性地研究石油机械防腐技术,提出不同的防腐措施。
1石油机械设备腐蚀的主要原因
我国石油机械设备产生腐蚀现象的原因有多种情况,但主要由于氯化物、硫化物、环烷酸、氢损轻、连多硫酸等化学物质引起的腐蚀现象,加之我国现有的炼油设备多是针对中低度含硫的原油而设计的,结构多为钢铁筑成,所以腐蚀现象较为严重。
1.1是硫化物对石油机械设备的腐蚀。国内的腐蚀调查数据显示,随着加工进口原油数量的增加,原油的平均含硫量有逐步上升的趋势,湿硫化氢对碳钢设备的均匀腐蚀,随温度的升高而加剧。而且,在原油中硫有多种存在形式,在原油加工过程中,由于高温、高压和催化剂的作用,有些硫化物在100摄氏度以上就可以进行分解,一些非活性硫转变为活性硫,而且硫化物与氧化物、氯化物、氮货物、氰化物、环烷酸、二氧化碳、水分、氯气等腐蚀性介质相互作用,形成多种含硫腐蚀介质,出现多种腐蚀形式。
1.2是氢对石油机械设备的腐蚀。氢可以使石油机械设备氢损伤、氢脆、氢鼓泡、表面脱碳、氢腐蚀等,氢腐蚀是指温度在200摄氏度以上,氢分压大于0.5MPa造成的腐蚀。氢腐蚀可致使钢材的表面和内部脱碳,造成钢材的强度、塑性和断裂韧性降低。
1.3是连多硫酸对石油机械设备的腐蚀。装置运行期间受硫的腐蚀,在设备表成生成硫化物,装置停工期间有氧和水进入,与这些硫化物反应生成连多硫酸,在连多硫酸和拉伸应力的共同作用下,就有可能发生连多硫酸应力腐蚀开裂。
1.4是环烷酸对石油机械设备的腐蚀。原油中的有机酸总称为环烷酸,其与铁物质直接作用产生腐蚀,与Fes反应生成可溶于油的环烷酸铁以进行反复的腐蚀,在环烷酸临近沸点时的腐蚀性最强,随着温度的升高而呈减弱趋势,但在350摄氏度时,由于硫化氢的影响腐蚀垢下形成高浓度的酸性物质。
1.5是氯化物对石油机械设备的腐蚀。盐水解后会生成盐酸,对设备会产生腐蚀作用。在原油的蒸溜工艺过程中,受热后原油中的盐类水解生成腐蚀性很强的HC1,原油中的硫化物则分解成H2O、HC1、H2S,并在冷凝冷却系统中形成强酸性腐蚀环境,硫化氢与盐酸交互作用,使腐蚀速度呈指数倍增加。而钠盐则不会水解,但是当原油中环烷酸和某些金属元素存在时,温度一旦达到300摄氏度左右就会水解成腐蚀物质。
2石油机械设备的防腐技术与措施
基于石油机械设备腐蚀的原因,石油机械设备的制造企业,尤其是技术研发队伍要从不同层面和多角度地研究防腐技术,制定防腐措施,如材料防腐或工艺防腐等,以此来提升石油机械设备的性能和科技含量。
2.1是采用防腐蚀材料。所选用材料的性能要具有良好的电绝缘性、抗阴极剥离性、足够的机械强度、良好的稳定性、简便的修补性和抗微生物性能好。常用外防腐层材料有石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青、胶粘带、聚乙烯包覆层、环氧粉末涂层、三层防腐涂层。
当前技术性能较好的为100%固体含量聚氨酯防腐涂料,它是由多异氰酸酯溶液和多元醇溶液通过化学反应在被防腐界面上形成聚氨酯涂层,该过程是迅速的、放热的化学聚合反应过程。所谓100%固体含量是指涂料不用任何溶剂溶解、携走或减少任何涂料树脂,换句话说,就是树脂正常情况下仍为液体状态,涂敷后100%转换成固体涂层。主要性能一是附着力好,与钢材、水泥、铸铁等多种材料有着极强的附着力;二是极强的耐磨性决定了它可以广泛适用于乱石、芦苇等困难施工地带;三是抗弯曲,对涂敷后的钢管加工弯曲出现断裂或其它机械损坏的抵抗能力较强;四是抗阴极剥离,油气管道工业的实践经验证明,抗阴极剥离较好的涂层具有较好的耐腐蚀性能及耐用性能,对钢基体具有良好防腐作用的涂层的其抗阴极剥离性能也较强。如果涂层能很好地粘附于钢基体之上,它往往能耐剪切应力腐蚀破坏,涂层服务寿命将越长;五是.抗渗,水汽渗透率指标为4.08mg/cm2.24h,优于普通防腐涂料;六是化学性质稳定,100%固体含量聚氨酯防腐涂层是高交联度的聚合体,因此它的化学性质非常稳定;七是抗冲击;八是耐温差变化,100%固体含量聚氨酯防腐涂层经过30个循环(-40～-70℃)的冻融实验无变化;九是抗紫外线辐射,经过500h的强紫外线光老化试验,涂层不变色、无粉化,优于目前广泛采用的环氧粉末、液体环氧树脂涂料及其它抗紫外线涂料。同时,100%固体含量聚氨酯除具有普通防腐涂料的基本性能外,较其它工业防腐涂料固化速度快,施工便捷,喷涂效率高、温度适应性强,且涂料不含有机挥发物,不含胺、煤焦油、异氰酸盐单体等有害物质,不含可燃物,历史使用寿命为30年。
2.2是采用防腐蚀涂料。如:无机聚合物防腐涂料、环保耐酸防腐涂料等对石油机械的腐蚀都起到一定的作用。首先需要说明的是无机聚合物防腐涂料,它是由新型无机聚合物和经过分散活化的金属、金属氧化物纳米材料、稀土超微粉体组成的无机聚合物涂料,能与物体表面原子快速反应,生成具有物理、化学双重保护作用,通过化学键与基体牢固结合可形成无机聚合物防腐涂层,当前这种新型的无机聚合物防腐涂料已成为保护钢铁的理想涂料。其主要性能和特点是绿色环保、长效防腐、附着力强、高效方便、使用方法灵活。其次是机械装备环保耐酸防腐涂料,需要腰果酚改性酚醛树脂520份、醇酸树脂230份、金红石钛白粉160份、200号溶剂油73份、润湿剂8份、抗沉分散剂5份、消泡剂PerenolR2份、高效复合催干剂1.5份及防结皮剂0.5份。具有环保、耐酸及耐磨的特点。
2.3是采用电镀钨合金防腐防粘扣管接箍。电镀钨合金镀层为非晶纳米晶结构,具有优异的防腐耐磨耐高温抗氧化性能。在含Cl、H2S等介质中的耐腐蚀性、耐磨擦性优于镀铬,可全面取代镀铬。其镀层为非晶态,经过热处理后镀层变成为纳米硬度为950HV-1100HV(HRC68-71),在含H2S、CO2、NaCl、HCl等腐蚀性介质具有很好的耐腐蚀性。在干摩擦和加油润滑情况下均有极佳的耐磨性。摩擦后的磨损量比硬铬层的磨损量小很多,在高温和高压下镀层无脱落现象,镀层在600摄氏度可保温1小时,稍微变色,耐高温抗氧化性远优胜于镀铬层,可全面取代镀铬。
2.4是采用缓蚀剂防腐。将少量物质加入腐蚀环境中,借助该物质在金属表面上发生的物理、化学作用,降低金属材料溶解速度的方法称为缓蚀剂防腐,所加物质即缓蚀剂。缓蚀剂防腐具有缓蚀剂用量少、缓蚀效率高、高度的选择性等特点。缓蚀剂的作用机理主要服从吸附理论、成膜理论和电极过程抑制理论。由于缓蚀剂具有协同效应,碳钢材料在中性介质中,以重铬酸钾加硫酸锌,以7比1的重量比混合后保护效果最好,其次为重铬酸钾,在酸性介质中,以若丁的缓蚀效果最好。
综上所述,石油机械设备的防腐技术还需在实践中不断探索,只有大胆运用新材料和新技术才能取得技术上的突破,为我国的石油机械设备的防腐蚀问题做出贡献。
参考文献
《金属腐蚀与防护》.机械工业出版社.
《金属防腐蚀技术》.冶金工业出版社.
《实用金属防腐》.上海市科学技术交流站防腐蚀队.
《机械制造业防腐工程设计与防腐施工新工艺新技术实用手册》.当代音像出版社.