劉楊宇 ，崔廣偉 ，任峻冬 ，梁 鎬 ，劉本華

1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司，天津 300451

2.石油管工程涂層材料與保溫結(jié)構(gòu)研究室，天津300451

3.天津煉達(dá)集團(tuán)有限公司，天津300280

4.中國(guó)石油大港石化公司，天津300280

壓力容器是油田生產(chǎn)過(guò)程中廣泛使用的特種設(shè)備，用于油、氣、水分離，原油處理穩(wěn)定，氣體脫水、脫酸氣以及污水處理等。由于操作條件（介質(zhì)、溫度和壓力）的不同，壓力容器會(huì)產(chǎn)生全面腐蝕、應(yīng)力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕和疲勞腐蝕等[1]，嚴(yán)重影響生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行，甚至引發(fā)泄漏、爆炸等安全生產(chǎn)事故。

目前油田壓力容器內(nèi)部多采用有機(jī)涂層與犧牲陽(yáng)極相結(jié)合的保護(hù)方法，涂層是壓力容器內(nèi)部防止腐蝕的第一道屏障。由于壓力容器腐蝕工況非常復(fù)雜惡劣，內(nèi)部長(zhǎng)期處于油、氣、水三相共存的狀態(tài)，部分采出液往往具有高含水、高含H2S、高含CO2、高礦化度的特點(diǎn)，并且伴隨著高溫、高壓、高流速的操作條件。內(nèi)部防腐涂層常出現(xiàn)起泡、開(kāi)裂、剝離、脫落的情況。為了保證容器的正常運(yùn)行，對(duì)容器內(nèi)壁進(jìn)行防腐施工成為檢修的一項(xiàng)重要工作。目前國(guó)內(nèi)尚未制定關(guān)于壓力容器內(nèi)防腐層的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道也較少。本文針對(duì)油田壓力容器檢修內(nèi)涂層施工，結(jié)合容器檢修的工作特點(diǎn)，分別從壓力容器檢修中內(nèi)涂層施工特點(diǎn)、涂料選材、施工控制要點(diǎn)、質(zhì)量檢測(cè)以及人員因素對(duì)防腐施工注意要點(diǎn)進(jìn)行闡述，并提出相應(yīng)的措施建議。

1 壓力容器檢修內(nèi)涂層施工特點(diǎn)

1.1 容器種類多

油田生產(chǎn)涉及到的壓力容器種類較多，需按照特種設(shè)備進(jìn)行管理。根據(jù)生產(chǎn)工藝中的作用原理壓力容器可分為：反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲(chǔ)存壓力容器等四類。油田壓力容器主要用于換熱、分離、儲(chǔ)存。每類壓力容器根據(jù)具體生產(chǎn)工藝要求，又可細(xì)分為十多種。壓力容器多為臥式和立式的圓柱體，部分為球體。容積一般不大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)差別較大，部分容器內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，附件較多。

1.2 檢修工期短

油田生產(chǎn)過(guò)程中，由多套壓力容器組成了一個(gè)完整的油氣處理系統(tǒng)，進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。某臺(tái)容器進(jìn)行檢修時(shí)，為了保證檢修質(zhì)量，需要對(duì)原有的工藝流程進(jìn)行調(diào)整，有時(shí)甚至需要進(jìn)行停產(chǎn)檢修，影響裝置的正常運(yùn)行。所以壓力容器的檢修工期一般非常短，任務(wù)緊，而內(nèi)涂層的施工質(zhì)量達(dá)到要求需要一定的時(shí)間。在實(shí)際檢修過(guò)程中，由于防腐施工是整個(gè)檢修環(huán)節(jié)的最后一道工序，前面工序經(jīng)常占用防腐工期，施工質(zhì)量與工期的矛盾突出。

1.3 交叉作業(yè)多

由于壓力容器檢修涉及到檢測(cè)、清罐、安裝、焊接、試壓、拆卸與搭設(shè)腳手架等多種作業(yè)，交叉作業(yè)多，人員流動(dòng)大。由于涂層施工后，每道涂層的干燥固化需要一定的時(shí)間，其他施工作業(yè)容易對(duì)涂層造成機(jī)械損傷和二次污染，給內(nèi)涂層施工和養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了很大的困難。

1.4 施工環(huán)境差

油田集輸系統(tǒng)壓力容器容積多為20～200 m3，容器可供人員進(jìn)出的通道非常少，進(jìn)出口直徑很小，一般為0.5 m左右，人員進(jìn)出困難。容器狀態(tài)為封閉形式，內(nèi)部作業(yè)空間非常狹小，通風(fēng)采光條件差，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部有許多導(dǎo)管、隔板、附件。較大的容器在施工時(shí)需要在內(nèi)部搭設(shè)腳手架，限制了施工機(jī)具的大規(guī)模作業(yè)，目前涂層施工主要依靠人工涂敷。

2 涂料選材及涂層結(jié)構(gòu)

2.1 涂料選材

油田壓力容器處理的介質(zhì)主要是油、水、氣、固體雜質(zhì)等多相流體混合物，成分復(fù)雜，運(yùn)行溫度主要集中在30℃～80℃的范圍內(nèi)，最高溫度100℃；運(yùn)行壓力主要集中在0.3～10 MPa，部分容器的運(yùn)行壓力最高可達(dá)11.4 MPa；一些容器的來(lái)液流速較高，尤其是在進(jìn)料口等變徑部位，容易形成局部湍流，造成沖刷腐蝕。用于壓力容器內(nèi)部的涂層應(yīng)該具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、附著力，以及耐磨、耐油和耐化學(xué)浸泡性能。根據(jù)壓力容器腐蝕工況特點(diǎn)，選擇合適的防腐蝕涂料是涂層能否起到防護(hù)作用的前提，選材不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致涂層脫落、鼓泡等失效情況的提前發(fā)生。由于壓力容器運(yùn)行工況復(fù)雜，涉及高溫高壓以及腐蝕介質(zhì)多樣等，給選材帶來(lái)了很大的難度。表1給出了目前油田壓力容器常用內(nèi)防腐涂料的品種及厚度要求。

表1 油田壓力容器常用內(nèi)防腐涂料的品種及厚度要求

目前主要使用的是環(huán)氧-胺體系的涂料，這類涂料屬于化學(xué)轉(zhuǎn)化干燥類型，在涂敷時(shí)成膜物分子量不大，在干燥前能夠較好地展布、潤(rùn)濕金屬表面，容易定向排列，被金屬吸附。成膜物分子為剛性結(jié)構(gòu)，并帶有較多的氨基和羥基，能與鋼鐵表面形成極強(qiáng)的氫鍵，附著力優(yōu)良。國(guó)內(nèi)目前壓力容器內(nèi)防腐涂層的評(píng)價(jià)和選用主要根據(jù)設(shè)計(jì)單位的推薦方案。但由于市場(chǎng)上的環(huán)氧類涂料質(zhì)量參差不齊，再加上壓力容器運(yùn)行工況復(fù)雜惡劣，沒(méi)有統(tǒng)一的內(nèi)防腐規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，常出現(xiàn)選用不合理的情況。

根據(jù)以往的使用工況，可以將性能指標(biāo)分為基本性能指標(biāo)和特性指標(biāo)兩部分。一般的壓力容器可以參考SY/T0319-2012《鋼制儲(chǔ)罐液體涂料內(nèi)防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，表2給出了液體環(huán)氧涂料及涂層應(yīng)滿足的基本性能指標(biāo)[2]。

除了以上基本性能，由于部分壓力容器的運(yùn)行環(huán)境非常特殊，還需要有針對(duì)性地增加特性指標(biāo)要求。溫度超過(guò)80℃，壓力大于10 MPa時(shí)，涂料應(yīng)具有良好的耐高溫高壓性能。表3給出了涂層的耐高溫高壓性能指標(biāo)要求。

當(dāng)來(lái)液中含有H2S和/或CO2時(shí)，還應(yīng)模擬現(xiàn)場(chǎng)工況，測(cè)試涂層的抗硫化氫性能。表4所列涂層抗硫化氫性能的試驗(yàn)參數(shù)是模擬某工況環(huán)境下得到的涂層抗硫化氫性能的試驗(yàn)參數(shù)。

表2 液體環(huán)氧涂料及涂層基本性能指標(biāo)

表3 涂層的耐高溫高壓性能指標(biāo)

表4 涂層抗硫化氫性能的試驗(yàn)參數(shù)

除了涂料的防腐性能，還應(yīng)重視涂料的施工性能和現(xiàn)場(chǎng)情況。如壓力容器涂敷施工時(shí)，多采用人工輥涂、刷涂的方式，涂料的消耗速度較慢，且處于受限空間內(nèi)作業(yè)。應(yīng)盡量選擇固體含量高、VOC含量低、固化劑毒性低、固化快、適用期長(zhǎng)的涂料品種。

2.2 涂料結(jié)構(gòu)

涂層結(jié)構(gòu)的選擇盡量遵循多道涂敷的原則，涂層都有一定的透水性，透水的原因主要是因?yàn)橥繉由洗嬖卺樋缀徒Y(jié)構(gòu)氣孔，水分子會(huì)通過(guò)涂層的宏觀缺陷和微觀缺陷擴(kuò)散到涂層/金屬基材界面，形成非連續(xù)或連續(xù)的水相。透過(guò)涂層的水分子能與鋼鐵表面上的基團(tuán)及涂層高分子上的官能團(tuán)形成氫鍵，取代涂層與鋼鐵表面的作用，導(dǎo)致涂層濕附著力的持續(xù)降低[3]。對(duì)于完整、無(wú)缺陷/小孔的涂層，水是通過(guò)涂層的自由體積空穴在膜內(nèi)穿行，這種微觀的缺陷比自由體積空穴大，使水、氧、離子容易滲透[4]。單層涂布很難百分之百地得到均勻無(wú)孔的涂層，采用多道涂層可以有效地將前一道涂層留下的針孔、漏點(diǎn)及其他弊病予以彌補(bǔ)。

實(shí)踐證明，選擇多道涂敷的結(jié)構(gòu)能夠延長(zhǎng)涂層使用壽命，但多道涂敷會(huì)增加施工費(fèi)用。因此，涂層結(jié)構(gòu)應(yīng)合理，涂裝道數(shù)、每道涂層的厚度、涂層總厚度應(yīng)根據(jù)具體工況和涂料使用說(shuō)明書制訂。

3 施工控制要點(diǎn)

3.1 施工環(huán)境

對(duì)涂層施工影響較大的環(huán)境因素主要是溫度。環(huán)氧-胺體系涂料在施工和固化時(shí)，受溫度的影響非常大?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度超過(guò)40℃時(shí)，涂料中的固化劑會(huì)使環(huán)氧樹脂分子聚合，黏度上升，甚至膠化，涂料和固化劑反應(yīng)加速，適用期減短，甚至出現(xiàn)暴聚的情況；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，樹脂和固化劑的反應(yīng)活性降低，涂料的干燥固化緩慢，低于5℃時(shí)，固化反應(yīng)幾乎不再進(jìn)行；內(nèi)涂層施工宜在10℃～30℃，基材表面溫度高于露點(diǎn)3℃，相對(duì)濕度小于80%的環(huán)境下進(jìn)行[5]。

對(duì)涂層施工質(zhì)量影響較大的另一環(huán)境因素主要是現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件。由于涂層固化需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，涂層的機(jī)械強(qiáng)度較低，容易受到其他作業(yè)環(huán)節(jié)的污染、劃傷或破壞。施工過(guò)程中應(yīng)合理安排作業(yè)工序，采取防護(hù)措施對(duì)涂層進(jìn)行保護(hù)。

3.2 表面處理質(zhì)量

表面處理質(zhì)量包括除銹等級(jí)、粗糙度、灰塵清潔度三個(gè)方面，直接影響著涂層的附著力及防腐效果。有關(guān)資料表明，很多防腐涂層的提前鼓泡、剝落、失效都是由于表面處理質(zhì)量不合格造成的。油田壓力容器內(nèi)壁表面由于長(zhǎng)期浸泡在油水混合物中，對(duì)表面處理等級(jí)要求較高，噴砂除銹應(yīng)達(dá)到Sa2.5級(jí)以上，錨紋深度達(dá)到40～80μm，但在實(shí)際操作中，為了保證將內(nèi)壁的附著物清理干凈，可以允許錨紋深度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的80μm。

與新建項(xiàng)目不同，由于壓力容器一直處于運(yùn)行狀態(tài)，容器罐壁和底部沉積了大量的雜質(zhì)和污垢。這些雜質(zhì)和污垢主要由兩部分組成，一部分是金屬本身的腐蝕產(chǎn)物，它們是在金屬的使用、貯存、熱處理和機(jī)械加工過(guò)程中形成的，如鐵銹、氧化皮、焊渣等；另一部分是外來(lái)的附加物和污染物[6]，如容器運(yùn)行過(guò)程來(lái)料中的油泥、污水、注入的藥劑以及舊涂層等。在容器內(nèi)的異構(gòu)件部位、焊縫周圍、腐蝕坑部位，噴砂除銹很難將表面徹底處理干凈，會(huì)殘留一些油膜。這些油膜肉眼很難發(fā)現(xiàn)，在施工完畢容器投入使用后，油膜隨溫度壓力升高而汽化揮發(fā)，涂層出現(xiàn)鼓泡，甚至脫落。

空壓機(jī)壓力大小的調(diào)整和磨料顆粒的選擇成為表面處理質(zhì)量控制的關(guān)鍵，壓力過(guò)小，表面附著物和涂層難以除去；壓力過(guò)大，錨紋深度過(guò)深，易造成涂料浪費(fèi)。單一粒徑大小的磨料有時(shí)不能保證能夠?qū)⑷萜鞅砻鎻氐壮齼?，可以采用不同粒徑的磨料搭配使用。施工時(shí)，操作人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)空壓機(jī)壓力和磨料粒徑進(jìn)行匹配，跟蹤檢查表面處理效果，對(duì)壓力和磨料大小及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.3 涂裝間隔時(shí)間

由多道漆膜組成的涂層，層間附著力在很大程度上取決于兩層漆膜成膜物的分子或鏈節(jié)的相互滲透和纏繞交聯(lián)。涂裝多采用“濕碰濕”工藝，即在底層漆膜表干后，未完全固化前，涂覆下一道漆膜。這樣保證底層漆膜分子的交聯(lián)密度不會(huì)太高，其分子和鏈節(jié)的熱運(yùn)動(dòng)仍有較大自由空間，當(dāng)下一道漆膜施工后，溶劑對(duì)底層漆膜的潤(rùn)濕和“稀釋”作用，其成膜物質(zhì)的分子容易向底層擴(kuò)散，膠粘在一起[7]。涂裝間隔時(shí)間太短，底層漆膜未表干，直接噴下一道漆膜，底層漆膜的溶劑未及時(shí)揮發(fā)，容易導(dǎo)致底漆發(fā)軟。表層漆膜與環(huán)境溫度更接近，比底層漆膜干燥迅速，底、表層固化過(guò)程收縮不一致導(dǎo)致涂層起皺。涂裝間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，環(huán)氧樹脂與胺類固化劑充分反應(yīng)，底層漆膜分子交聯(lián)密度增大，縫隙減少，表層漆膜的成膜物分子難以向底層滲透，非常容易形成“兩張皮”的現(xiàn)象，表層漆膜容易剝落。如果重涂時(shí)間間隔超過(guò)固化時(shí)間，漆膜表面要拉毛粗化，以保證復(fù)涂后的附著力。

壓力容器檢修過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)因不注意控制涂裝間隔時(shí)間，導(dǎo)致涂層出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的情況。一是容器檢修時(shí)交叉作業(yè)多，經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)槠渌鳂I(yè)工種導(dǎo)致間隔時(shí)間延長(zhǎng)的情況；二是為了趕工期，壓縮涂裝間隔時(shí)間。只有做好施工組織設(shè)計(jì)，合理安排作業(yè)工序，才能更好地控制涂裝間隔時(shí)間。

3.4 涂料配置

對(duì)于環(huán)氧-胺體系的雙組份涂料，主要依靠環(huán)氧基與氨基發(fā)生反應(yīng)，涂料與固化劑的配比非常重要。固化劑加入量太少，會(huì)造成涂層不能充分固化，理化性能差，固化劑加入量過(guò)多，會(huì)造成涂層發(fā)硬發(fā)脆，易開(kāi)裂。固化劑加入后應(yīng)攪拌均勻，攪拌不均會(huì)導(dǎo)致涂料與固化劑不能充分接觸，局部反應(yīng)過(guò)快，影響涂層固化后的性能。采用聚酰胺作為固化劑的涂料還需要放置15～30 min進(jìn)行熟化，采用酚醛胺作為固化劑的涂料攪勻即可使用。

現(xiàn)場(chǎng)配置時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)由于固化劑加量不準(zhǔn)、攪拌不均勻、熟化時(shí)間不夠?qū)е峦繉映霈F(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的情況。環(huán)氧-胺體系涂料應(yīng)嚴(yán)格按照說(shuō)明書要求對(duì)涂料和固化劑進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，并攪拌均勻。

3.5 稀釋劑用量

涂料稀釋劑多為甲苯、醇類等有機(jī)溶劑，一般不參與涂料固化反應(yīng)，主要是用來(lái)調(diào)整涂料黏度，改善涂料施工性能，清洗施工工具。許多施工人員對(duì)稀釋劑的作用不了解，習(xí)慣性地對(duì)涂料進(jìn)行稀釋，甚至存在一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為稀釋劑最終都會(huì)揮發(fā)走，對(duì)涂層質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生影響。為了便于涂刷施工，加入過(guò)量稀釋劑以降低涂料黏度，但稀釋劑過(guò)量會(huì)導(dǎo)致涂料固體分含量降低，成膜效果不佳，達(dá)不到規(guī)定膜厚，減緩干燥固化時(shí)間，引起針孔、流掛等涂層弊病。

由于壓力容器多為立式或臥式圓柱體結(jié)構(gòu)，在容器內(nèi)壁涂刷時(shí)特別容易出現(xiàn)流掛、流痕等弊病。應(yīng)按照產(chǎn)品說(shuō)明書正確使用稀釋劑，控制涂料黏度。出現(xiàn)假稠現(xiàn)象的涂料在泵內(nèi)加壓或攪拌時(shí)黏度變低，不要過(guò)分稀釋，每次稀釋后都需等徹底攪拌均勻后再試刷涂。

4 涂層的檢驗(yàn)及修復(fù)

涂層的檢驗(yàn)一般包括涂料施工過(guò)程的檢驗(yàn)和涂層最終檢驗(yàn)。由于壓力容器內(nèi)壁涂層施工屬于隱蔽工程，涂料施工過(guò)程檢驗(yàn)尤為重要。過(guò)程檢驗(yàn)主要對(duì)表面處理質(zhì)量和涂層的外觀進(jìn)行檢測(cè)。每道涂層完工后，涂層外觀應(yīng)平整，無(wú)漏涂、流掛、裹灰、氣泡等缺陷[8]。

涂層的最終檢驗(yàn)包括外觀、干膜厚度、漏點(diǎn)和附著力的檢驗(yàn)，重點(diǎn)是漏點(diǎn)及附著力的檢驗(yàn)。涂層施工完成后，外觀應(yīng)光滑平整，顏色一致，無(wú)針孔、漏涂、皺紋、裂紋、流掛及剝落等缺陷。干膜厚度采用磁性測(cè)厚儀測(cè)量，可將容器分為底部、中部、頂部三個(gè)部位進(jìn)行測(cè)量。絕緣型涂料采用電火花檢漏儀進(jìn)行全面的漏點(diǎn)檢查，重點(diǎn)是容器內(nèi)罐壁的油水分界面、人孔附近、焊縫附近部位。

對(duì)漏點(diǎn)檢測(cè)不合格部位和損傷部位的涂層應(yīng)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)層和原防腐層有一定的搭接過(guò)渡，寬度一般不小于50 cm。厚度不足部位應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)涂，補(bǔ)涂時(shí)將原有涂層打毛，使表面粗糙。

5 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

在內(nèi)涂層施工過(guò)程中，由于交叉作業(yè)多、檢修時(shí)間短、施工環(huán)境差，給施工帶來(lái)了很大的困難。管理人員對(duì)施工人員的培訓(xùn)和技術(shù)交底應(yīng)具有針對(duì)性。

6 結(jié)語(yǔ)

防腐涂層隔離了腐蝕介質(zhì)和壓力容器罐壁的接觸，是第一道保護(hù)屏障，涂層施工質(zhì)量是保證腐蝕控制效果的關(guān)鍵因素。壓力容器檢修內(nèi)防腐涂層施工有其自身的特點(diǎn)，涂層質(zhì)量控制應(yīng)結(jié)合施工特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，進(jìn)行整體控制，保證防腐質(zhì)量。

[1]叢日升.淺談壓力容器的腐蝕[J].皮革工藝，2003，21（3）：43-44.

[2]SY/T0319-2012，鋼制儲(chǔ)罐液體涂料內(nèi)防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]潘肈基.有機(jī)涂層濕附著力的研究[J].材料保護(hù)，1994，27（ 2）：9-11.

[4]吳躍煥.鋼鐵腐蝕與涂料濕附著力的關(guān)系[J].合成材料老化與應(yīng)用，2002（5）：28-31.

[5]劉楊宇.沿海煉化裝置檢修中鋼結(jié)構(gòu)外防腐層施工質(zhì)量[J].石油工程建設(shè)，2016，42（5）：68-71.

[6]郭靜.油田壓力容器內(nèi)涂層適用性評(píng)價(jià)研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2015.

[7]王受謙.防腐蝕涂料與涂裝技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：203.

[8]徐翠竹.原油儲(chǔ)罐涂層防腐的注意要點(diǎn)[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2009，12（10）：37-39.