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生产分离器底部腐蚀坑的形成原因及预防措施

发布时间:2018-11-28 13:37:44  来源:  评论:0 点击:
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生产分离器是一种体积大、质量较重的大型压力容器,是油田油气净化生产过程中油处理系统必备的设施,主要功能是对井口来液进行油气水的三相

生产分离器是一种体积大、质量较重的大型压力容器,是油田油气净化生产过程中油处理系统必备的设施,主要功能是对井口来液进行油气水的三相分离,其中分离合格的原油外输,污水进入污水处理系统,气进入气处理系统。某沙漠油田的2台生产分离器在上次检验合格使用5年后,2017年停产检修期间,容器开罐清淤及喷砂除锈后发现罐内底部存在大量腐蚀坑分布,腐蚀情况比较严重。


为了进一步控制油田油气净化生产过程中油处理系统相关容器的腐蚀,为今后的安全生产制定有针对性的预防措施,本文通过对这2台生产分离器的罐体结构、内涂层和牺牲阳极联合保护及使用环节方面进行综合全面分析,得出这2台生产分离器罐内底部腐蚀坑形成的主要原因及采取有效的预防措施,以期为沙漠油田油气生产过程中类似容器设备腐蚀坑问题的预防提供借鉴和参考。


生产分离器工作原理

生产分离器是一个密闭性较强的压力容器,其主要功能是对井口来液进行油气水的三相分离。这2台生产分离器是整个工艺生产流程上的首个容器,直接接收井场来液。它利用不同物质的密度差,进行物理分离和自然沉降。井口来液由生产分离器混合腔封头上部入口处进入,在入口处设置减速装置以降低来液流速,分离出少量气体,并使来液平稳地进入生产分离器,为下一步气液两相在重力作用下实现分离打下基础。


在容器内部水腔还设有带孔堰板、扰流板、波纹板、防涡器等,使得液相流速进一步平稳,形成层流,大大提高了重力分离的效果。在合理的静置时间以及波纹板的隔离分离作用下,油水、淤泥等机械杂质彻底分离。其中污水在自然沉降过程中,所含淤泥沉降在生产分离器底部,大部分通过污水外排进入污水池,部分淤泥附着在生产分离器的底部。淤泥中含有高浓度矿物盐,而且H2S 等酸性气体溶解于淤泥中将形成酸性物质。


分离后的油通过堰板溢流至油腔,经过油出口管线进入加热炉加热后再进入热化学脱水器,污水经过水出口管线进入污水系统的污水缓冲罐,气相流经捕雾网以脱除分散于气相中的油雾和液滴后从生产分离器上方气出口流出分离器,进入气处理系统。


腐蚀坑问题描述及水质分析

这2台生产分离器在上次检验合格使用5年后,2017年停产检修期间,容器开罐清淤后发现罐内底部有2个较小腐蚀坑,喷砂除锈后发现罐底液相以下部位水腔排污口附近存在13个腐蚀坑区域分布,不规则分布在罐底焊缝及母材上,直径范围在6~18mm,深度在3~12mm之间,腐蚀情况比较严重。具体情况如图1、图2所示。

生产分离器底部腐蚀坑的形成原因及预防措施 中国涂料在线,coatingol.com

图1 罐底清淤后发现较小腐蚀坑

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图2 罐底液相以下部位水腔排污口附近存在13个腐蚀坑区域分布


目前,这2台生产分离器所在沙漠油田已经进入开发中后期,井口来液中含水率较高,导致流程结垢较严重。根据目前的实际生产情况,分别取某典型单井出口和注水泵入口水样,进行了水质分析。


从分析结果可以看出:某沙漠油田单井出口污水与注水泵入口污水离子类型主要是阳离子Ca2+、Mg2+,阴离子HCO3-、SO42-,总体矿化度较高,结垢趋势主要以碳酸钙垢和硫酸钙垢为主,这些物质在容器底部聚集、结晶,最后形成堆积层。


腐蚀坑产生原因分析

从分离器的罐体结构、内涂层和牺牲阳极联合保护及使用环节3方面分析这2台生产分离器底部腐蚀坑形成的主要原因。


罐体结构的影响

生产分离器是一种大型压力容器,主要由筒体、椭圆形封头和内部构件(堰板、扰流板、波纹板、防涡器等)组成,辅以各种开口(油水入口、排污口、水出口、油出口、气出口、安全阀开口、压力表开口、人孔、液位计出口、取样出口等)。筒体是生产分离器的主要部分,是实现三相分离的载体。筒体下部设有排污口,排污口可以定期或不定期排放油污。


这2台生产分离器罐底排污口位于来液入口端和罐体中间部位。来液入口端排污口附近均无腐蚀坑,腐蚀坑主要集中在中间排污口附近的筒体底部,见图3。而中间排污口为水腔排污口,说明水腔底部的污水和淤泥对腐蚀坑的形成有促进作用。由前述生产分离器工作原理可知,水腔内设置有带孔堰板、扰流板、波纹板、防涡器等,


一方面使得液相流速减慢、平稳,形成层流,大大提高了依靠重力分离的效果,另一方面,也使得液相在水腔的静置时间相对延长,淤泥在水腔内的沉降量加大。而且,该沙漠油田采出液具有高含硫、高含水率(约80%)、高矿化度、溶解氧含量大(约2.0mg/l)的特点,并且伴随着高温的操作条件,更加加剧了腐蚀坑的形成。

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图3 水腔排污口附近存在腐蚀坑(腐蚀坑已经打磨补焊)


内涂层和牺牲阳极联合保护的影响

目前,油田压力容器内部多采用有机涂层与牺牲阳极相结合的保护方法,涂层是压力容器内部防止腐蚀的第一道屏障,内涂层起到绝缘隔离的作用,牺牲阳极对储罐等容器能够起到有效的防腐保护作用,能够使裸露的金属获得集中的电流保护,与内涂层结合使用,在内涂层出现破损或老化等现象形成缺陷后起到阴极保护作用。


这2台生产分离器罐内采用内涂层和牺牲阳极方法联合做了保护,但长达5年之久未进行全面检修检验,导致防腐层使用年限久远。2017年检修,打开容器后发现人孔盖板、人孔防腐层全部脱落,罐内罐底防腐层局部鼓泡、起皮和脱落,罐壁防腐漆局部起皮脱落,罐底5-7点钟方向布满淤泥。罐内牺牲阳极11支,23Kg规格,全部消耗完毕,已失去阴极保护作用,见图4、图5。


淤泥中的氯离子以及其他酸性介质在防腐层局部脱落、剥离部位,与生产分离器本体接触,在电化学腐蚀及氧化还原反应双重作用下,形成局部大面积的腐蚀坑。容器腐蚀部位集中在5-7点钟下部,也正是容器中污水、淤泥聚集的部位。而且容器下部被淤泥覆盖,并常年浸泡在含氯化物及硫化氢等腐蚀介质的酸性水中,在防腐层破损处形成了垢下腐蚀。

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图4 罐内防腐层鼓泡起皮脱落严重

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图5 罐内牺牲阳极全部消耗完毕


使用环节的影响

这2台生产分离器在投入使用后,操作流程符合规范,采用先进的自动化控制,实现了生产装置无人值守,在主控室可以对油田的生产过程进行监控,生产装置的主要生产参数(如压力和温度)和生产工艺阀组开关状态在操作站上都有显示。但是,自投入使用以来,罐底排污操作为每周进行一次,而且时常不能将沉积在底部的油污和淤泥排净,从而在容器底部形成一个相对静止的腐蚀环境,造成罐内腐蚀介质在罐底聚集,增加了介质的腐蚀时长,在积存的油污和淤泥下产生电化学腐蚀,导致腐蚀坑的产生。


主要预防措施

针对上述腐蚀坑产生可能的原因,建议防范处理措施如下:

(1)对深度小于2mm的腐蚀坑进行打磨圆滑处理,深度大于2mm的进行补焊、打磨平滑处理,补焊处高度不低于周边母材高度,打磨圆滑处理及补焊处理后进行无损检测;

(2)进一步做好容器排污作业,增加排污操作次数,缩短罐内排污周期;

(3)增设排泥冲砂工艺流程,利用联合站现有工艺和污水处理设施进行工艺技术改造,增设排泥冲砂工艺流程,定期进行切换冲洗,将附着在容器底部的淤泥清除,降低淤泥对容器的腐蚀;

(4)恢复罐内内涂层和牺牲阳极联合保护,罐内整体喷砂除锈重做防腐层,防腐涂料采用EP-05环氧柔性陶瓷重防腐涂料底漆、EP-67环氧玻璃鳞片防腐涂料面漆,更换全部11支牺牲阳极,底面刷防腐漆;

(5)定期检验,消除缺陷,压力容器的定期检验是发现缺陷最直接的方法,使用单位应按照相关规定,认真做好容器检验,对发现的缺陷,及时进行消缺处理,保证设备正常运行;

(6)关注容器使用工况的变化,尤其是介质物性的变化。


结语

经过以上3个方面原因的分析,这2台生产分离器由于水腔罐底污水静置时间长、淤泥沉降附着量大,内涂层和牺牲阳极联合保护失效,排污周期长且不彻底,最终导致产生局部腐蚀坑。为预防腐蚀的进一步扩展,有针对性地提出了几点预防措施。预防措施的效果待达到维修周期时予以跟踪检查和评价,并依据评价结果进行持续改进。

(参考文献略)


详细内容请见《涂层与防护》2018年第10期 

作者:江志强1,刘杨宇2,张庆春3,范赵斌1

(1.西安摩尔石油工程实验室股份有限公司,西安710065;2.中国石油集团工程技术研究有限公司,天津300451;3.塔里木油田公司,新疆库尔勒 841000)


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