摘要：為了延緩油氣田壓力容器長期在復雜工況下服役發(fā)生的設備腐蝕失效，提出了一種新型釬涂內(nèi)防腐工藝技術。該技術通過釬涂工藝在壓力容器內(nèi)壁制備鎳基耐蝕合金內(nèi)涂層，形成的涂層結(jié)合強度高，均勻致密，可以避免因有機涂料防腐層脫落出現(xiàn)的腐蝕加速現(xiàn)象以及焊縫處材料成分不均勻?qū)е碌狞c蝕現(xiàn)象。同時，釬涂工藝對基體材料損傷小，有效克服了設備因熱處理而降低耐蝕性的缺點。該工藝技術在塔里木油氣田高壓生產(chǎn)分離器的應用結(jié)果表明，涂層防腐效果良好，設備運行的安全可靠性提高，且減少了現(xiàn)場操作人員的維修工作量，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　關鍵詞：壓力容器;防腐;使用壽命;釬涂;鎳基耐蝕合金涂層

　　1油氣田壓力容器的運行工況及防腐措施

　　隨著我國三高(高Cl-、高H2S、高CO2)油氣田的相繼投產(chǎn)，油氣井采出水中Cl-、H2S、CO2等腐蝕性組分含量越來越高，高溫和低pH值促進腐蝕的問題越來越突出。在這種復雜的腐蝕性環(huán)境下，油氣田壓力容器等設備常發(fā)生全面腐蝕、應力腐蝕、點蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕及垢下腐蝕等多種失效[1]。1.1油氣田壓力容器分類及材質(zhì)油氣田中與三高介質(zhì)接觸的壓力容器超過70%，主要包括分離器、換熱器、儲存容器及塔器等，其中三類壓力容器超過20%，這些設備設計壓力一般低于16MPa，操作溫度小于100℃，低溫容器的操作溫度高于-70℃。目前，國內(nèi)外三高油氣田的壓力容器材質(zhì)主要有Q235、20系列、16MnR系列、SA516、SA106、SA333、316L、07Cr2AlMoRE、09MnNiDR等碳鋼和低合金鋼[2]。1.2腐蝕工況及防腐措施三高油氣田的設備腐蝕情況非常復雜，國內(nèi)外專家也進行了大量的試驗研究，腐蝕機理包括濕H2S腐蝕、CO2腐蝕、H2S和CO2的協(xié)同作用、Cl-與H2S和CO2的協(xié)同作用、溫度對腐蝕的影響、pH值對腐蝕的影響、介質(zhì)流速對腐蝕的影響、成膜和結(jié)垢對腐蝕的影響[3]。針對目前的腐蝕現(xiàn)狀，國內(nèi)外油氣田研究使用了一些防腐措施[4]，起到了一定的防腐作用，但仍有部分問題難以解決。常見的油氣田防腐措施包括：①加注緩蝕劑。成本較低，適用于輸送液相介質(zhì)的管線防腐，對于氣相介質(zhì)的環(huán)境則防護效果較差。②陽極保護+防腐涂料。常用環(huán)氧類防腐涂料在常溫下就有較好的耐蝕性，但易老化、脫落，一般用于低壓容器。③基材采用耐蝕合金。耐蝕合金具有良好的耐蝕性，適用于多種腐蝕工況，但造價成本昂貴，采購困難，難以大量推廣。④采用耐蝕合金復合板。耐蝕合金復合板具有較好的耐蝕性，成本具有一定的優(yōu)勢，但厚壁復合板的熱處理存在技術難題。⑤非金屬防腐涂層。國外公司有在常壓容器內(nèi)壁采用涂覆非金屬防腐涂層，但在高壓容器的應用較少。

　　2金屬防腐涂層的開發(fā)

　　熱噴涂技術在近年來得到了廣泛應用[5]，其具備以下優(yōu)點：①涂層材料種類不限，純金屬及其合金、陶瓷材料、其他非金屬材料都可用來熱噴涂制備涂層[6];②涂層結(jié)合強度高，可達70MPa以上;③生產(chǎn)效率高，大多已經(jīng)實現(xiàn)自動化、機械化;④節(jié)約貴金屬，降低使用成本，在基體表面制備不到1mm的涂層，都能達到耐磨防腐的功能。根據(jù)熱噴涂工藝技術的特點，結(jié)合三高油氣田壓力容器的使用工況，研究開發(fā)了新型釬涂涂層工藝及新型鎳基耐蝕合金。2.1新型釬涂工藝釬涂主要工藝為：基體檢測→表面預處理→表面噴砂處理→檢測表面處理質(zhì)量(粗糙度等)→噴涂施工→檢測涂料厚度→涂料重熔→局部修補→涂層厚度檢測→著色探傷→局部修補→退火處理→水壓試驗→封孔處理。該工藝是介于熱噴涂和焊接工藝之間的特殊涂層成型工藝，它結(jié)合了熱噴涂和焊接的優(yōu)點[7-9]。釬涂工藝設備主要包括：高頻釬涂設備、能量轉(zhuǎn)換器、工業(yè)機器人。釬涂工藝具備以下優(yōu)點：①結(jié)合強度高。涂層與基體材料是冶金結(jié)合，結(jié)合強度可達200MPa以上。②涂層孔隙率低。涂層的孔隙率接近為0。③涂層均勻致密。在磁場的作用下，得到穩(wěn)定均勻致密的涂層組織。④對基體的熱影響小。涂層可在1~3s內(nèi)迅速達到加熱溫度，對基體的熱影響小。⑤自動化程度高。整個作業(yè)過程依靠工業(yè)機器人機械化操作，保證涂層質(zhì)量均勻穩(wěn)定可靠。2.2新型金屬涂層材料經(jīng)過試驗、檢測、篩選、驗證，選配出一種新型金屬涂層材料，涂層材料是在Ni-Mo-Cr-Fe-W系列鎳基耐蝕合金的基礎上通過成分添加調(diào)配，匹配釬涂工藝，研發(fā)成功的一種耐蝕合金。釬涂鎳基耐蝕合金的涂層性能檢測結(jié)果見表1。

　　3釬涂鎳基耐蝕合金涂層的應用

　　2014年4月，利用釬涂技術在某油氣田高壓生產(chǎn)分離器內(nèi)壁表面制備了鎳基耐蝕合金涂層，如圖1所示，設備的運行工況參數(shù)見表2，2015—2019年現(xiàn)場PT滲透探傷檢測涂層使用情況如圖2所示。采用PosiTector6000FNS3測厚儀對罐壁某一固定區(qū)域進行金屬涂層厚度檢測，檢測結(jié)果見表3。由表3可以看出，2015—2019年金屬涂層厚度基本沒有變化。設備自2014年7月運行至今，運行使用情況良好，達到了預期的效果，表現(xiàn)在以下幾點：(1)涂層結(jié)合強度高。具有很好的韌性，不易脫落，避免了因有機涂料防腐層脫落出現(xiàn)的腐蝕加速現(xiàn)象的發(fā)生。(2)涂層均勻致密。避免了設備由于焊縫處材料成分不均勻?qū)е碌狞c蝕現(xiàn)象。(3)施工工藝對基體材料損傷很小。有效克服了設備因熱處理而降低耐蝕性的缺點。(4)涂層防腐效果良好。提高了設備運行的安全可靠性、減少了現(xiàn)場操作人員的維修工作量，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　4釬涂制備鎳基耐蝕合金涂層經(jīng)濟性分析

　　釬涂制備鎳基耐蝕合金涂層技術采用機械化、自動化工裝，生產(chǎn)效率高，涂層質(zhì)量均勻穩(wěn)定，涂層厚度在1mm內(nèi)就能達到很好的耐腐蝕效果，節(jié)省了貴重金屬的使用量，具有很好成本優(yōu)勢。壓力容器內(nèi)壁采取不同防腐措施費用對比結(jié)果見表4。由表4可以看出，釬涂鎳基耐蝕合金涂層具有較大的經(jīng)濟優(yōu)勢、很大的發(fā)展和推廣前景，能夠給油氣田設備的安全經(jīng)濟可靠運行帶來有力的保障。

　　5結(jié)論

　　(1)釬涂鎳基耐蝕合金涂層已成功應用于某油氣田壓力容器設備內(nèi)壁防腐，其結(jié)合強度、孔隙率、耐腐性等性能得到驗證。(2)釬涂耐蝕合金涂層具有較好的成本優(yōu)勢，提高了設備的使用壽命，減少了停產(chǎn)檢修時間，保障了油氣生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行。(3)現(xiàn)場應用效果跟蹤表明，釬涂鎳基耐蝕合金涂層可達到預期的防腐效果。

　　參考文獻：

　　[1]李文國，楊曉威，萬昌財，等.壓力容器的腐蝕與防護探討[J].清洗世界，2019(10)：65-66.

　　[2]郭志軍，周建軍，王克棟.300系列奧氏體不銹鋼在油田H2S-CO2-Cl-環(huán)境下耐蝕性研究[J].石油化工設備，2010，39(6)：14-19.

　　[3]嚴焱誠，陳大鈞.油氣井中CO2的腐蝕防護與綜合利用[J].全面腐蝕控制，2003，17(6)：22-24.

　　[4]雒定名，張玉明，劉輝.高含鹽含硫工況下高壓容器金屬涂層防腐研究[J].天然氣與石油，2018，36(6)：77-84.

　　[5]PAWLOWSKIL.熱噴涂科學與工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

　　[6]張平.熱噴涂材料[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

　　[7]鄒旭晨，趙興科，陳建勛，等.真空釬涂制備金屬基陶瓷復合涂層研究[J].焊接，2014(5)：48-51.

　　[8]裴新軍，黃繼華，張建綱，等.反應釬涂TiC/Fe基自熔合金復合涂層研究[C]∥第十一次全國焊接會議論文集(上冊).哈爾濱：中國焊接協(xié)會，2005：87-90.

　　[9]逯允龍，谷豐，戴洪斌，等.感應熔涂工藝的研究[J].哈爾濱：哈爾濱理工大學學報，2003(1)：82-84.

　　《鎳基耐蝕合金在油氣田壓力容器的應用》來源：《焊管》，作者：常澤亮 毛學強 馬天兵 漆亞全 侯應黎