摘要：為了延緩油氣田壓力容器長期在復雜工況下服役發生的設備腐蝕失效，提出了一種新型釬涂內防腐工藝技術。該技術通過釬涂工藝在壓力容器內壁制備鎳基耐蝕合金內涂層，形成的涂層結合強度高，均勻致密，可以避免因有機涂料防腐層脫落出現的腐蝕加速現象以及焊縫處材料成分不均勻導致的點蝕現象。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分離器的應用結果表明，涂層防腐效果良好，設備運行的安全可靠性提高，且減少了現場操作人員的維修工作量，具有良好的經濟效益和社會效益。

　　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，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境下，油氣田壓力容器等設備常發生全面腐蝕、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油氣田中與三高介質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，國內外三高油氣田的壓力容器材質主要有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的協同作用、Cl-與H2S和CO2的協同作用、溫度對腐蝕的影響、pH值對腐蝕的影響、介質流速對腐蝕的影響、成膜和結垢對腐蝕的影響[3]。針對目前的腐蝕現狀，國內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的管線防腐，對于氣相介質的環境則防護效果較差。②陽極保護+防腐涂料。常用環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

　　熱噴涂技術在近年來得到了廣泛應用[5]，其具備以下優點：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涂層結合強度高，可達70MPa以上;③生產效率高，大多已經實現自動化、機械化;④節約貴金屬，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。根據熱噴涂工藝技術的特點，結合三高油氣田壓力容器的使用工況，研究開發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，它結合了熱噴涂和焊接的優點[7-9]。釬涂工藝設備主要包括：高頻釬涂設備、能量轉換器、工業機器人。釬涂工藝具備以下優點：①結合強度高。涂層與基體材料是冶金結合，結合強度可達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。整個作業過程依靠工業機器人機械化操作，保證涂層質量均勻穩定可靠。2.2新型金屬涂層材料經過試驗、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配，匹配釬涂工藝，研發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分離器內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見表2，2015—2019年現場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域進行金屬涂層厚度檢測，檢測結果見表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，表現在以下幾點：(1)涂層結合強度高。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的腐蝕加速現象的發生。(2)涂層均勻致密。避免了設備由于焊縫處材料成分不均勻導致的點蝕現象。(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、減少了現場操作人員的維修工作量，具有良好的經濟效益和社會效益。

　　4釬涂制備鎳基耐蝕合金涂層經濟性分析

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

　　5結論

　　(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壁防腐，其結合強度、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勢，提高了設備的使用壽命，減少了停產檢修時間，保障了油氣生產的安全穩定運行。(3)現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。

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　　《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