摘要：為了延緩油氣田壓力容器長期在復(fù)雜工況下服役發(fā)生的設(shè)備腐蝕失效，提出了一種新型釬涂內(nèi)防腐工藝技術(shù)。該技術(shù)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(qiáng)度高，均勻致密，可以避免因有機(jī)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(diǎn)蝕現(xiàn)象。同時(shí)，釬涂工藝對基體材料損傷小，有效克服了設(shè)備因熱處理而降低耐蝕性的缺點(diǎn)。該工藝技術(shù)在塔里木油氣田高壓生產(chǎn)分離器的應(yīng)用結(jié)果表明，涂層防腐效果良好，設(shè)備運(yùn)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(jì)效益和社會(huì)效益。

　　關(guān)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(yùn)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(jìn)腐蝕的問題越來越突出。在這種復(fù)雜的腐蝕性環(huán)境下，油氣田壓力容器等設(shè)備常發(fā)生全面腐蝕、應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)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(chǔ)存容器及塔器等，其中三類壓力容器超過20%，這些設(shè)備設(shè)計(jì)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(shè)備腐蝕情況非常復(fù)雜，國內(nèi)外專家也進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，腐蝕機(jī)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(hù)效果較差。②陽極保護(hù)+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(jià)成本昂貴，采購困難，難以大量推廣。④采用耐蝕合金復(fù)合板。耐蝕合金復(fù)合板具有較好的耐蝕性，成本具有一定的優(yōu)勢，但厚壁復(fù)合板的熱處理存在技術(shù)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(yīng)用較少。

　　2金屬防腐涂層的開發(fā)

　　熱噴涂技術(shù)在近年來得到了廣泛應(yīng)用[5]，其具備以下優(yōu)點(diǎn)：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(qiáng)度高，可達(dá)70MPa以上;③生產(chǎn)效率高，大多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、機(jī)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(dá)到耐磨防腐的功能。根據(jù)熱噴涂工藝技術(shù)的特點(diǎn)，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(yù)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(bǔ)→涂層厚度檢測→著色探傷→局部修補(bǔ)→退火處理→水壓試驗(yàn)→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(diǎn)[7-9]。釬涂工藝設(shè)備主要包括：高頻釬涂設(shè)備、能量轉(zhuǎn)換器、工業(yè)機(jī)器人。釬涂工藝具備以下優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)合強(qiáng)度高。涂層與基體材料是冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)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(dá)到加熱溫度，對基體的熱影響小。⑤自動(dòng)化程度高。整個(gè)作業(yè)過程依靠工業(yè)機(jī)器人機(jī)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(yàn)、檢測、篩選、驗(yàn)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(chǔ)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(yīng)用

　　2014年4月，利用釬涂技術(shù)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(shè)備的運(yùn)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(jìn)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(shè)備自2014年7月運(yùn)行至今，運(yùn)行使用情況良好，達(dá)到了預(yù)期的效果，表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：(1)涂層結(jié)合強(qiáng)度高。具有很好的韌性，不易脫落，避免了因有機(jī)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(shè)備由于焊縫處材料成分不均勻?qū)е碌狞c(diǎn)蝕現(xiàn)象。(3)施工工藝對基體材料損傷很小。有效克服了設(shè)備因熱處理而降低耐蝕性的缺點(diǎn)。(4)涂層防腐效果良好。提高了設(shè)備運(yùn)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(jì)效益和社會(huì)效益。

　　4釬涂制備鎳基耐蝕合金涂層經(jīng)濟(jì)性分析

　　釬涂制備鎳基耐蝕合金涂層技術(shù)采用機(jī)械化、自動(dòng)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(dá)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(fèi)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(jì)優(yōu)勢、很大的發(fā)展和推廣前景，能夠給油氣田設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)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(yīng)用于某油氣田壓力容器設(shè)備內(nèi)壁防腐，其結(jié)合強(qiáng)度、孔隙率、耐腐性等性能得到驗(yàn)證。(2)釬涂耐蝕合金涂層具有較好的成本優(yōu)勢，提高了設(shè)備的使用壽命，減少了停產(chǎn)檢修時(shí)間，保障了油氣生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。(3)現(xiàn)場應(yīng)用效果跟蹤表明，釬涂鎳基耐蝕合金涂層可達(dá)到預(yù)期的防腐效果。

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　　《鎳基耐蝕合金在油氣田壓力容器的應(yīng)用》來源：《焊管》，作者：常澤亮 毛學(xué)強(qiáng) 馬天兵 漆亞全 侯應(yīng)黎