三相分离器内壁阴极保护技术研究与应用

1、三相分离器内壁阴极保护技术研究与应用陈秀玲 刘 强 郭学辉 (中原油田分公司采油工程技术研究院 李凤春 陈普信 (中原油田分公司采油一厂 李 力 (中原油田分公司销售公司 摘要 主要阐述了在三相分离器内 ,如何应用外加电流阴极保护技术进行防腐 保护 。此项技术在三相分离器上应用是可 行的 , 也是安全可靠 、 简单易行的 ; 能够 达到理想的保护效果 , 保护面为 100%, 保护度可达 95%以上 ; 可降低成本 66%, 具有较高的推广价值 。 主题词 中原油田 防 腐 11三相分离器腐蚀与防腐现状三相分离器传统的防腐方法是采用防腐涂层与 牺牲阳极保护相结合的方法 , 但这种方式在结构复

2、杂的罐内存在保护死角 , 在使用一段时间底层处理 不好的焊接等处涂层会出现脱落现象 ; 同时牺牲阳 极块在这种强腐蚀性环境中保护周期短 , 不能随时 更换 , 更不能随时监测其保护状态 , 造成本体及焊 缝处腐蚀穿孔渗漏 , 严重影响油田正常生产 , 甚至 造成大面积油井减产 。而外加电流阴极保护方法 , 能克服这些弊端 。三相分离器内壁腐蚀严重部位是油水分离界面 线以下与水质接触的部位 , 因此首先对其底部水介 质进 行 分 析 。分 离 器 产 出 水 具 有 矿 化 度 高 , HCO 3 、 Cl 含量高 , 多价金属离子含量高 , 电阻率低 , 硫酸盐还原菌含量高和 p H 值低的特

3、点 。为 了降低原油的粘度 , 三相分离器内温度需保持在 5060 , 其温度有利于腐蚀介质的运动 , 从而加 快了腐蚀速率 。水介质中 SRB 、 TG B 含量高 , 细 菌腐蚀也较严重 ; 同时 H 2S 等腐蚀性因素的存在 也会加重腐蚀 。 碳钢在该水介质中的腐蚀为强电解 质中的电化学腐蚀 , 是造成腐蚀速率高的主要原 因 。外加电流阴极保护技术 , 即是对钢体施加阴极 电流 , 使其电极电位从平衡电位向负移动至免蚀区 , 强行抑制阴极表面的腐蚀化学反应 , 来实现对阴极的保护 。 采用一恒电位仪与罐内辅助阳极连接 形成电回路 , 给大罐罐体加上阴极电流 , 使其阴极 极化 , 以达到

4、保护的目的 。21, 目前在很多领域都 , , 国内 :(1 电极的选择 、 阳极板设计与测试 。 因油田 水介质腐蚀性强 , 三相分离器长年运行 , 停产更换 会严重影响生产 , 再加上保护区域与电极之间面积 比要大等特点 , 对电极有较高的要求 。根据现场介质及工艺条件 , 通过对锌 、 Ag/AgCl 电极 、 Cu/CuSO 4进行对比实验 , 参比电极选 用性能稳定易于安装的 Ag/AgCl 参比电极 。辅助阳极材料有多种 , 常用的为石墨 、 铂 、 稀 贵金属合金 。 为确定最佳阳极材料 , 对这三种材料 的阳极进行了优选 。通过稀贵金属阳极 、 微铂阳极 、 石墨阳极的阳 极极

5、化曲线分析 ,可以看出 :施加很小的阳极极化 电流即可使稀贵金属阳极很快极化至稳定的电位 ; 微铂阳极也可以很快极化并达到稳定的电位 , 但所 需的极化电流较大 ; 石墨阳极的极化稳定性较差 。 选用了适合介质条件的稀贵金属辅助阳极 。 稀贵金属阳极质轻体积小 , 耐强腐蚀性介质的 腐蚀 , 耐电流密度高 , 能在 1kA/m 2的电流密度下 长期工作 , 耐击穿电压可达 160V , 在海水介质中 的腐蚀率小 。根据三相分离器的形状及结构特点 , 设计时为 保证电流的均匀分布 , 辅助阳极应为与罐底形状相 似的有一定弧度的板状结构 , 阳极外面是为保证电 流均匀分布而包覆的环氧树脂胶合板做成

6、的绝缘屏 蔽层 , 板中间引出一个电缆接头 。 接头与电缆连接 处要密封绝缘 , 防止水介质渗入而造成的电缆芯电82油气田地面工程第 21卷第 4期 (200217 333防腐化工 解 , 所以阳极板电缆接头是最大的技术难点 , 而且 辅助阳极要有一定的强度与刚度 , 避免因被保护体 的振动或介质的冲击造成的影响 , 其结构设计与安 装必须保证与被保护体绝缘 、 密封无渗漏 。 综合以 上考虑 , 对阳极板进行如图 1所示的设计。 图 1(2 。 因三相分 , 不能从大罐本体上打 孔 。 所以从人孔盲板上设计引线器 , 将电缆引出 , 在设计要求的压力下 , 室内和现场应用均达到不漏 不渗 ,

7、 密封性能达到生产要求 。(3 安全措施 。整个阴极保护的电路系统均采 用护管封闭 ; 电缆接头及护管接头用环氧树脂浇 铸 , 成为与介质隔离的密闭系统 ; 整个系统的罐内 部分均在水位线以下 , 直流电供电系统设置了电路 异常时的自动保护功能 ; 罐外电缆用 PVC 管保护 后埋地引入操作间 。 这些措施确保了该系统的安全 运行 。31保护参数的确定 由于介质的不同及被保护体的接触表面积大小 等因素的影响 , 保护电位和保护电流要根据现场实 际情况确定 , 必须对现场的介质进行分析 。 提取现 场三相分离器产出水介质作为实验介质 , 并将温度 保持在 50 ; 因罐内流速很低 , 接近静态

8、, 可以 采用静态模拟现场 ; 大罐内为密闭无氧 , 则对溶液 介质除氧充氮 , 采用恒电位法进行阴极极化 。(1 极化曲线分析 。测得阴极极化曲线后发 现 , 碳钢在现场水质中亦呈现出典型的阴极极化曲 线 。 极化值达 390mV 时出现析氢现象 , 为防止析 氢对钢体的伤害 , 极化值要保持在 <390mV 。(2 最小保护电位的确定 。 对不同保护电位下 的挂片进行实验 , 结果表明 , 保护电位越负 , 保护效果越好 , 保护电位达到 -0195V (相对于 Cu/CuSO 4参比电极 时 , 保护度达到 98114%, 已接 近最高保护能力 ; 从经济的角度出发 , 最小保护电

9、 位定为 -0195V (即极化值保持在 >230mV 。41现场实验情况及保护度分析(1 电位控制情况 。 现场分离器因其涂层好坏 程度 , 以及介质的温度 、 油品含水 、 流速等存在一 些差别 , 其自腐蚀电位及保护参数自然就有一些差 别 , 并且会随着这些影响因素的变化产生一些波 动 , 但总的来说是比较稳定的 。极化值 (负移量 都在 250380mV 之间 。 说明保护不存在过保护或 欠保护 。(2 保护电流及电量消耗 。对于旧的分离器 (或防腐涂层不完好的 , 3000×9600时 (40V /, 。 对于有完好涂层 。(3 现场保护度挂片分析 。 为验证现场保护

10、的实际保护度 , 在罐内头部 (、 中部 ( 、 尾部 ( 水位线以下安装挂片 。保护片与罐体处于电 导通 , 未保护片与罐体绝缘 , 通过对比计算其实际 保护度 , 结果表明 , 保护度均达到 93%以上 , 平 均保护度达到 95%以上 , 结果较理想 。该技术目前已在中原油田分公司文一联合站 6#分离器和文三联合站 7#分离器上得到应用 , 运 行效果比较理想 , 受到用户好评 , 2002年可望在 全局油田推广 。实施这项技术前每一台分离器的成 本消耗为 20万元 , 实施后每一台分离器成本消耗 为 618万元 , 节约成本的幅度为 66%, 其经济效 益相当可观 。 这是一套阴极保护系统管一台分离器 时的经济效益分析 , 实际上一套阴极保护系统管多 台分