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1、 1 三相分离器新型内壁专用防腐蚀涂料的研制三相分离器新型内壁专用防腐蚀涂料的研制 刘学勤,郑家淼,唐和清 (华中科技大学化学系,湖北武汉 430074) 摘 要摘 要 研制了一种三相分离器新型内壁专用防腐蚀涂料 , 其主要组分为开环环氧树脂颜填料助剂和溶剂室内性能测试和现场应用试验结果表明 , 该涂料具有抗冲刷高耐磨化学稳定性高等特点 , 具有很好的综合性能 , 能够满足三相分离器内壁防腐蚀的特殊需要 关键词关键词 涂料 ; 内防腐蚀 ; 冲蚀 ; 环氧树脂 0 前 言 前 言 油气水三相分离器是油田开发生产过程中最常用的设备之一其工作原理是 : 油气水混合物高速进入预脱气室 , 靠旋流分离
2、及重力作用脱出大量的原油伴生气 , 预脱气后的油水混合物经导流管高速进入分配器与水洗室 , 在含有破乳剂的活性水层内洗涤破乳 , 进行稳流 , 降低来液的雷诺系数 , 再经聚结整流后 , 流入沉降分离室进一步沉降分离 , 脱气原油翻过隔板进入油室 , 并经流量计计量 , 控制后流出分离器 , 水相靠压力平衡经导管进入水室 , 从而达到油气水三相分离的目的在整个分离过程中 , 由于来液流速高且掺杂着泥砂 , 对分离器进口处造成很强的冲蚀与磨蚀滞流在分离器下部的是具有很强腐蚀性的水相 , 这种分离出来的污水 , 不仅矿化高度 ,Cl2 含量高 ,pH 值低 , 而且还含有 CO2 H2S 以及硫酸
3、盐还原菌 (SRB) 这些因素使污水介质成为了腐蚀性极强的介质 , 并导致三相分离器内部受到强烈的电化学腐蚀 例如 , 中原油田采油三厂明一联有三台规格为直径 3 000 mm 9 600mm 的分离器因腐蚀严重而于 2002 年 4 月被迫停用经检查发现 , 这三台分离器进料管下方封头部位以及筒体内壁下三分之一部分 , 有许多腐蚀麻点和蚀坑 , 在腐蚀严重的部位 , 其筒体壁厚由原来的 16. 0 mm 减至 4. 3 mm , 其中腐蚀最严重的一台分离器在封头焊缝偏上有一个 4 mm 7 mm 的蚀孔 , 在封头与筒体第一道焊缝位于油水界面以下三分之二的部位 , 有两道宽 5 mm 深 2
4、 3mm 的沟槽 , 如此严重的腐蚀造成了很大的经济损失 传统的三相分离器在制造时 , 由于容积小 ( 规格大多数为 直径 3 000 mm 9 600 mm) 内构件多 , 很少考虑内防腐蚀问题于是 , 这样的三相分离器多数在使用 3 5 年后就腐蚀穿孔 , 严重影响原油的正常生产目前 , 针对三相分离器内壁防腐蚀而开发出来的防腐蚀涂料品种很少 , 综合性能难以满足现场要求为满足三相分离器内防腐蚀的迫2 切需要 , 延长其使用周期 , 在本工作中我们研制开发出了三相分离器新型内壁专用防腐蚀涂料 1 实验方法 实验方法 采用主要成膜物质颜填料助剂和溶剂等 , 按适当的配比调制成涂料 , 在试片
5、上涂刷成 20 25 m 厚的漆膜 , 然后按照有关的国家标准 , 在规定的实验条件下 , 测试各种配方涂料的基本物理性能和耐腐蚀性能 , 并在此基础上优化涂料各组分的配比 , 最终确定最佳涂料配方 将最佳配方涂料制备成合适的漆膜 , 以国家相关标准为基准 , 全面测试了所得漆膜的附着力柔韧性耐冲刷能力耐磨性以及耐各种化学物质腐蚀的能力 三相分离器 , 进行了现场试验经过二个月试验后 , 拆卸相关部件进行非破坏性检查 , 对试片则进行破坏性检查然后 , 恢复生产条件 , 继续进行现场试验 2 结果与讨论 结果与讨论 2. 1 涂料的配方 由于三相分离器的特殊运行状态以及内壁中介质的重腐蚀性 ,
6、 确定涂料配方时 , 首先要选择合适的成膜物质 , 使漆膜附着力好 , 有良好的柔韧性 ; 其次是优选颜填料和其他助剂 , 提高漆膜的耐冲刷耐磨及化学稳定性 , 满足三相分离器内壁的应用条件 2. 1. 1 主要成膜物质 具有成膜能力而能够应用于涂料的成膜物质种类较多 , 各具特点 考虑到三相分离器内的特殊流体状态和强腐蚀性的化学环境 , 我们主要对环氧 2 聚酰胺环氧 2 酚醛环氧改性单组分聚氨酯开环环氧树脂弹性聚氨酯等 5 种树脂的耐磨性耐冲击性和附着能力进行了试验研究 , 结果见表 1 表 1 几种树脂清漆的耐磨性与抗冲击性 3 表 1 几种树脂清漆的耐磨性与抗冲击性 Table 1 W
7、ear-resistance and impact-resistance of several resin vanishes 注 : 磨损失重按 GB 1769 进行 , 测定负荷为 5 N , 转数 500 r ; 耐抗冲击按 GB/ T 1732 进行 ; 附着力按 GB/ T 1720 进行 从表 1 结果可以看出 , 弹性聚氨酯虽然具有良好的耐磨性与抗冲击性 , 但附着力较差 , 不能直接用于涂料环氧树脂具有良好的附着力 , 固化后的环氧树脂有较高的硬度 , 但漆膜较脆如果在环氧树脂中引入较长的脂肪链 , 可以很好地改进环氧的弹性如果以多异氰酸酯为固化剂和以此法改性的环氧树脂进行交联反
8、应 , 可以得到同弹性聚氨酯相类似的化学结构 , 具有这种结构的环氧树脂称为开环环氧树脂在此结构中交联点和交联密度对改性后环氧树指的耐磨性和其他性能影响较大 据文献 报道 , 当结构中 NCO/ OH 为 1 :1 时 , 耐磨性最好因此 , 本涂料选用开环环氧树脂为主要成膜物质 2. 1. 2 颜填料 颜填料的组成与配比直接影响涂料的性能特点一般情况下 , 防锈颜料主要起阻蚀作用 , 但价格高 ; 体质颜料的适当加入可以提高漆膜的附着力抗沉降抗渗耐磨以及化学稳定性 , 改善涂料的起泡性和耐候性 , 颜填料的这种协同效应主要取决于它的表面活性润湿性和颗粒大小 , 颗粒越细 , 其协同效应越明显
9、 文献报道 , 一般颗粒在 0. 1 m 时效果最好 ,0. 1 0. 5 m 时具有相当的协同效应颗粒太大时则只能起填充作用 根据各种颜填料的遮盖力 分散性 耐磨性以及化学稳定性 , 我们进行了多次对比试验 , 结果表明 : 氧化铁红锌铬黄锐钛型二氧化钛灰色云母氧化铁云母粉石英粉钛白粉 玻璃鳞片等都具有良好的综合性能 , 结合各种颜填料的不同性质 , 我们选择氧化铁红锌铬黄石英粉滑石粉为底漆填料 ; 灰色云母氧化铁钛白粉滑石粉石英粉玻璃鳞片为面漆填料 4 2. 1. 3 助 剂 为了增强填料和基料间的结合作用 , 改善涂层与基材的附着力 , 我们在新开发的涂料中选择性地加入一些助剂 , 如偶
10、联剂消泡剂增稠剂等 除了上述的一般作用以外 , 偶联剂还能起到提高交联密度以增加热稳定性的作用偶联剂的最大特点是分子结构中包含两个性能不同的基团 , 一个是亲无机的 Si (OR )3 基团 , 另一个是亲有机的 R 基团偶联剂的加入增强了颜填料与成膜物质的结合力 , 相对减少了成膜物质中亲水基的数目 , 使渗透的水分子无法聚集 , 离子的交换也就难以发生 , 从而提高了防腐蚀效果 2. 1. 4 配方组成 通过测试 , 专用涂料配方被最终确定为 : 开环环氧聚氨酯 25 % 35 % , 颜填料 30 % 40 % , 助剂 5 % 10 % , 溶剂 15 % 25 % 2. 2 涂料的性
11、能 2. 2. 1 物理性能测试 ( 见表 2) 由表 2 可知 , 该涂料的各项物理性能均符合设计要求 , 能满足三相分离器内壁的特殊需要 表 2 涂料的综合物理性能测试结果 Table 2 Comprehensive physical performance of the paint 2. 2. 2 耐化学介质腐蚀性 试样涂刷二道底漆二道面漆 , 涂层干膜厚度达到 0. 4 0. 5mm , 按照相关标准 , 将试样放入不同化学介质中进行静态浸泡 , 结果见表 3 5 表 3 涂料耐化学介质腐蚀的能力 Table 3 Corrosion resistance of the painting
12、 different chemical medic 表 3 中 , 污水和含水原油 ( 污油 ) 均取自中原油田采油三厂明一联三相分离器相应的出口 从表 3 可以看出 , 该涂料具有优良的耐酸 耐碱 耐盐水和耐盐雾能力 特别应该指出 , 采用取自中原油田采油三厂明一联三相分离器相应出口的污水和污油作为腐蚀介质 , 该涂料也表现出优良的化学稳定性经化学分析 , 污水和污油的主要成分见表 4 , 其中污水总矿化度高达 1. 03 105 mg/ L , 并含有 100 个 / mL 的硫酸盐还原菌如前所述 , 这样的污水和污油具有很强的腐蚀性然而 , 试验结果表明 , 该涂料制成的漆膜在常温和 7
13、0 温度下的污水和含水原油中 , 其耐浸蚀性能优于同类环氧涂料 表 4 中原油田采油三厂明一联三相分离器污水和污油的主要化学成分 Table 4 Chemical compositions of the water and the oil phases produced in the three phase separator in the Ming21station on Zhong2Yuan Oilfield 综合该涂料的物理性能指标和耐化学腐蚀能力 , 我们可以得到下面的结论 : 本涂料是一种良好的防腐蚀涂料 , 它不仅能满足三相分离器内壁防腐蚀的需要 , 而且也适用于各种金属设备与管线
14、的内防腐蚀另外 , 该涂料属常温固化型 , 施工工艺简单 , 适用性强 , 因此 , 具有广阔的推广应用前景和显著的社会经济效益 2. 2. 3 现场试验 针对前述中原油田采油三厂明一联三台分离器因腐蚀严重而于 2002 年 4 月被迫停用的问题 , 我们在该厂进行了设备修复和新开发涂料的现场试验在改造修复时 , 我们采用了三相分离器专用涂料 , 施工工序是 : 首先清除三相分离器内油污 , 再按 GB/ T 8923 的要6 求对筒体内壁进行喷砂除锈 , 达到标准中规定的 Sa 2. 5 级 第二在清洁的金属表面上涂装三相分离器专用涂料 , 涂层结构为二道底漆二道面漆 , 每道涂层涂刷的时间
15、间隔为 8 h , 涂层干膜总厚度在 0. 4 0. 5 mm 之间全部施工完毕自然固化 7 天后投入使用运用两个月后停产检测 , 发现涂层完好 , 无裂纹分层起泡现象用刀刃破坏性检查涂层与金属基材的粘结力 , 发现结合力保持为 1 级标准 , 防腐效果好整体评价为 : 该涂料表现出了抗冲击耐磨防腐蚀的良好特性 , 达到了预期的防腐蚀目的检测完毕后 , 迅速恢复生产和现场试验现场试验至今仍在进行之中 , 没有发现任何不良情况的出现 基于很好的室内性能测试结果和工业现场试验结果 , 自 2002 年 7 月始 , 该涂料已在中原油田所有三相分离器上推广应用 3 结 论 研制和开发了一种三相分离器
16、内壁专用的新型防腐蚀涂料 , 该涂料的主要成分有开环环氧树脂 ( 成膜物质 ) , 颜填料 , 助剂和溶剂 该涂料属常温固化型 , 施工工艺简单 , 适用性强在标准试验条件下 , 与一般环氧类涂料相比 , 其磨损量只有环氧树脂涂层的 46. 4 % , 耐冲击性能达到了 800 N cm , 是一般环氧类涂料的 160 % , 能较好地满足三相分离器内壁的特殊涂敷需要 综合性能测试表明 , 由该涂料所得的漆膜不仅表现出良好的结合力柔韧性抗冲刷能力和耐磨性能 , 还具有优良的耐酸碱盐水溶液的腐蚀能力 , 以及很好的耐污水污油腐蚀性现场试验结果进一步表明 , 该涂料是一种综合性能良好的防腐蚀涂料 , 能满足三相分离器内壁防腐蚀的需要除此之外 , 由于该涂料良好的综合物理和化学性能 , 该涂料不仅适用于三相分离器内壁防腐蚀 , 还可以使用于各种管道内壁各种储罐底内壁以及有高冲蚀条件下的金属设施 , 其
