油田鋼制儲(chǔ)罐犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

王月璽 王 亮

（1. 中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司，北京 100028；2. 青島鋼研納克檢測(cè)防護(hù)技術(shù)有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

哈薩克斯坦里海周邊某油田采出液和回注水的礦化度和cl-含量高，腐蝕性強(qiáng)，對(duì)原油處理系統(tǒng)和回注水系統(tǒng)的管道和儲(chǔ)罐腐蝕嚴(yán)重，部分儲(chǔ)罐2～3年開始有腐蝕穿孔現(xiàn)象發(fā)生， 部分儲(chǔ)罐4～7年就要更換罐底板和下層罐壁。儲(chǔ)罐維修頻繁，嚴(yán)重影響了油田的生產(chǎn)，且維修成本較高。

1 腐蝕概況

在注水車間5000m3回注水儲(chǔ)罐大修時(shí)，對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕情況進(jìn)行了調(diào)研。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，腐蝕最嚴(yán)重區(qū)域?yàn)楣薜装?、一二層壁板尤其是環(huán)焊縫附近區(qū)域。由于罐底板和一二層板腐蝕嚴(yán)重，大修時(shí)整體更換了罐底板，對(duì)罐壁板腐蝕嚴(yán)重處進(jìn)行了補(bǔ)板處理，補(bǔ)板處理三十余處，最大補(bǔ)板面積約2m2。在改造處理后，儲(chǔ)罐局部仍有較多明顯的腐蝕坑存在，如圖1所示。在一二層板焊縫附近存在成片的腐蝕坑，深度約為2mm，在人孔底部存在直徑約50mm，深度2～3mm的腐蝕坑。

對(duì)該油田的采出水和回注水的測(cè)試結(jié)果表明，其礦化度為12～13萬(wàn)ppm，氯離子濃度為7.5～8萬(wàn)ppm，其腐蝕主要為Cl-作用下的氧腐蝕[1]。

圖1 儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕形貌

2 犧牲陽(yáng)極保護(hù)實(shí)驗(yàn)

2.1 犧牲陽(yáng)極配方和型式

楊朝暉等通過(guò)模擬該油田水樣和使用溫度，采用5因素4水平正交試驗(yàn)法針該油田的開發(fā)了配方為Al-4.5%Zn-0.025%In-1.5%Mg-0.05%Ti-0.015%Ga的新型配方的犧牲陽(yáng)極[2]。本次犧牲陽(yáng)極保護(hù)實(shí)驗(yàn)選用該成分的犧牲陽(yáng)極。

考慮到罐內(nèi)泥砂的沉積、后續(xù)防腐層的修復(fù)以及介質(zhì)的腐蝕性，選擇規(guī)格為420×（160+180）×170mm的支架型陽(yáng)極，犧牲陽(yáng)極安裝后陽(yáng)極底面距罐底板高度約為100mm。

2.2 犧牲陽(yáng)極的布置

按照GB/T 50393要求，對(duì)罐內(nèi)犧牲陽(yáng)極的需求量進(jìn)行計(jì)算，理論需要陽(yáng)極數(shù)量23支，罐底板安裝犧牲陽(yáng)極11支，罐壁安裝犧牲陽(yáng)極12支。均勻分布。

2.3 保護(hù)效果的檢測(cè)評(píng)估

保護(hù)效果的檢測(cè)評(píng)估從兩方面進(jìn)行：一是間接評(píng)估，在儲(chǔ)罐內(nèi)進(jìn)水后對(duì)罐內(nèi)壁保護(hù)電位進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)保護(hù)電位值進(jìn)行評(píng)估；二是直接評(píng)估，在實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后開罐檢驗(yàn)，通過(guò)宏觀檢測(cè)，壁厚測(cè)量等手段進(jìn)行評(píng)估。

2.3.1 間接評(píng)估

在犧牲陽(yáng)極安裝完成進(jìn)水浸泡24h后，在罐內(nèi)對(duì)通電保護(hù)電位進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試時(shí)對(duì)罐底板、罐壁和中心立柱等部位的近陽(yáng)極區(qū)域和遠(yuǎn)陽(yáng)極區(qū)域進(jìn)行了全面測(cè)試，其保護(hù)電位為-1.02V～-1.14V（V.S.飽和硫酸銅參比電極）。在儲(chǔ)罐運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)罐底板保護(hù)電位進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，在16個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，保護(hù)電位為-1.04V～-1.16V（V.S.飽和硫酸銅參比電極），冬季比夏季保護(hù)電位略負(fù)。

由于罐內(nèi)水的礦化度高，電阻率低，且測(cè)試時(shí)參比電極緊貼罐內(nèi)壁，此時(shí)測(cè)試回路中的歐姆極化較小，可認(rèn)為罐內(nèi)保護(hù)電位滿足-850mV標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 保護(hù)電位16個(gè)月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.3.2 直接評(píng)估

儲(chǔ)罐運(yùn)行16個(gè)月后，對(duì)儲(chǔ)罐的保護(hù)效果進(jìn)行了開罐檢測(cè)評(píng)估。

（1）宏觀檢查

在罐內(nèi)清理干凈后，進(jìn)罐進(jìn)行了宏觀檢查。檢查結(jié)果表明，罐內(nèi)防腐層整體基本完好，局部區(qū)域涂層防腐層已出現(xiàn)鼓泡和剝離，防腐層破損處罐平整，未有明顯腐蝕跡象，如圖3所示；所有犧牲陽(yáng)極均發(fā)生正常溶解，溶解量基本相當(dāng)，表面溶解基本均勻；罐壁犧牲陽(yáng)極消耗量略大于罐底板犧牲陽(yáng)極消耗量，罐壁進(jìn)出水管口附近陽(yáng)極消耗最嚴(yán)重，這可能是由以下原因：a. 罐內(nèi)腐蝕主要為氧腐蝕，罐壁水管進(jìn)出口及液位上層含氧量更高，導(dǎo)致罐壁的保護(hù)電流需求量更大；b. 由于儲(chǔ)罐最下層2圈壁板腐蝕嚴(yán)重，設(shè)計(jì)時(shí)罐壁的保護(hù)面積僅可慮了最下層2圈壁板，該儲(chǔ)罐實(shí)際使用過(guò)程中的液位可能更高，需要保護(hù)的面積更大；

圖3 罐內(nèi)防腐層破損及基體形貌

（2）壁厚測(cè)量

對(duì)罐底板和罐壁下兩層壁板進(jìn)行了超聲波測(cè)厚檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)，罐壁第一層壁板厚度為1 1.4～1 2.0 m m，罐壁第二層壁板厚度為11.3～11.8mm（罐壁板初始壁厚為12mm），罐底板的厚度為9.4～10.0mm（罐底板初始厚度為10mm），未發(fā)現(xiàn)明顯減薄。

2.4 保護(hù)壽命估算

按照GB/T 50393中犧牲陽(yáng)極壽命計(jì)算公式，計(jì)算得出犧牲陽(yáng)極的使用壽命為11.4年； 為了評(píng)估犧牲陽(yáng)極的使用壽命，將罐內(nèi)消耗最嚴(yán)重的犧牲陽(yáng)極切下稱重，假設(shè)犧牲陽(yáng)極的年消耗量不變，經(jīng)計(jì)算該犧牲陽(yáng)極的使用壽命為9.7年；另外，考慮到涂層的逐年劣化，實(shí)際使用壽命會(huì)略低于9.7年。按實(shí)際消耗量計(jì)算得出的壽命略低于理論公式計(jì)算值。

3 結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)罐內(nèi)壁陰極保護(hù)電位監(jiān)測(cè)結(jié)果和開罐檢測(cè)結(jié)果一致：Al-Zn-In-Mg-Ti-Ga犧牲陽(yáng)極可有效抑制油田儲(chǔ)罐罐底板和罐壁的腐蝕發(fā)生，大大延長(zhǎng)儲(chǔ)罐的使用壽命；

油田儲(chǔ)罐內(nèi)壁犧牲陽(yáng)極按實(shí)際消耗量計(jì)算得出的壽命與理論公式計(jì)算值基本吻合，實(shí)驗(yàn)壽命略小于理論計(jì)算壽命；

為了進(jìn)一步延長(zhǎng)儲(chǔ)罐使用壽命，應(yīng)加強(qiáng)防腐層施工的質(zhì)量控制，并適當(dāng)增加罐壁，尤其是罐壁水管進(jìn)出口位置犧牲陽(yáng)極的布置數(shù)量，儲(chǔ)罐大修時(shí)重點(diǎn)檢測(cè)該區(qū)域犧牲陽(yáng)極的消耗情況。