海洋石油机械设备防腐蚀技术分析.pdf

113现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 1 期2024 年 1 月Vol.3 No.1Jan.2024海洋石油机械设备防腐蚀技术分析田国栋1，陆 瑶2，苗 剑1，韩 鹏11.中海油能源发展装备技术有限公司，天津300452；2.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司海洋物探分公司，天津300280摘要：海洋石油开采工作由于环境特殊，需要长期在海水中进行开采作业，石油机械设备受海水腐蚀影响，整体使用寿命会缩短，工作效率会持续降低。为此，文章重点关注海洋石油机械设备腐蚀，针对海洋石油机械设备防腐蚀存在的问题着重分析，通过选择优质防腐材料、加强设备表面处理、增加防腐涂层保护、采取基因保护措施、加强防腐工程设计以及建立健全防腐监控系统的方式，来有效保护海洋石油机械设备，切实降低出现腐蚀的可能性，继而有效控制机械腐蚀发展速度，助推海洋石油机械防腐蚀技术提升，满足海洋油田作业要求。关键词：海洋石油；机械设备；防腐蚀技术；分析研究中图分类号：TE985 文献标识码：AAnalysis and research on anti-corrosion technology for offshore oil machinery and equipmentTian Guodong 1,Lu Yao 2,Miao Jian 1,Han Peng 11.CNOOC Energy Development Equipment Technology Co.,Ltd.,Tianjin 300452;2.China National Petroleum Corporation Dongfang Geophysical Exploration Co.,Ltd.Marine Geophysical Exploration Branch,Tianjin 300280Abstract:Due to the special environment,ocean stone mining requires long-term mining operations in seawater,petroleum machinery and equipment are affected by seawater corrosion,resulting in a shortened overall service life and a continuous decrease in work efficiency.To this end,we will focus on the corrosion of offshore oil machinery and equipment,and analyze the existing problems in anti-corrosion of offshore oil machinery and equipment.By selecting high-quality anti-corrosion materials,strengthening equipment surface treatment,increasing anti-corrosion coating protection,adopting genetic protection measures,strengthening anti-corrosion engineering design,and establishing a sound anti-corrosion monitoring system,we can effectively protect offshore oil machinery and equipment and effectively reduce the possibility of corrosion,Subsequently,it effectively controls the development speed of mechanical corrosion.Keywords:offshore oil;Mechanical equipment;Anti corrosion technology;Analysis and research作者简介：田国栋（1983），男，中海油能源发展装备技术有限公司高级工程师，研究方向为海洋工程建造改造项目管理和技术研发管理。1海洋石油机械设备防腐蚀问题分析1.1防腐油漆表皮开裂，海洋寄生生物附着由于海洋石油开采主要的作业环境是海水之下，周围有大量高盐度海水以及海底生物。而海水对机械表面的侵害也会随着盐度的增加而增强，这就给海洋石油机械防腐蚀技术增加了技术障碍。其中较为显著的是石油机械设备的防腐蚀漆开裂及失效等问题。涂布防腐蚀漆能够有效隔绝海水与金属之间的接触，从而达到防腐蚀效果，降低海水对机械表面的侵害。但若这种涂层工艺在涂装过程中技术不达标，或是选择的涂层材料性质不符，则无法起到理想的保护作用。在海洋高盐高湿环境中，涂层暴露于空气中后会因化学侵蚀作用而出现起皮和脱落的情况，继而失去对金属以及海洋机械设备本体的保护效用。同时，海洋中存在大量的藻类以及微生物，这些微生物对金属的腐蚀也存在一定影响。其中藤壶附着在水下石油机械设备上，也会使涂布在机械设备表层的防腐蚀材料失去效用，再加之大片藤壶对石油机械表层进行覆盖，导致微生物入侵到机械表层内部，甚至进入到石油机械主体中，造成发动机的损害以及管道破裂，给海洋石油开发工作埋下未知隐患，不利于保护石油机械设备1。同时含水盐类物质对金属产生点蚀、应力腐蚀，以及细菌、真菌对金属表面的附着，都会使海洋石油机械性能退化，对海水压力的抵抗也相应降低，使海洋石油1142024 年 1 月第 3 卷第 1 期现 代 工 程 科 技114机械设备的使用寿命大打折扣，无法满足高强度石油开采需求。1.2海水进入机械内部，机械使用寿命缩短海洋石油机械腐蚀的主体机械，主要包含以下几个方面，如船舶管道、海上钻井平台以及海底输油管道等。这些机械设备长时间在海底，受到海底微生物和其他影响因素的腐蚀时间较长，尤其是船舶管道在海水中运行之时，会受到海水盐雾以及多种影响物质的腐蚀，而一旦发生腐蚀，海水就会进入石油运输管道中，造成油气混输。这不仅会破坏整体石油质量，还会给后续的分离工艺造成难题，进而影响整体石油品质。同时海底输油管道也是频繁发生腐蚀的重要机械设备之一，一旦发生腐蚀，则会造成石油运输管道破裂或出现细小裂纹，导致海底输油管道面临一定压强，承受能力下降而出现爆破，容易引发生产事故。此外，海上钻井平台是完成石油开采工作的重要设备，机械需要在运行状态下完成相关工作。而在这种情况中，由于机械设备的运转，会给部分海水侵入机械设备内部留下一定空隙和契机，需要依赖于高强度防腐蚀技术，方能杜绝这种空隙和契机。由于存在防腐蚀工艺技术方面的问题，在海上钻井平台石油开采的过程中，海水中的部分电解质溶液会侵蚀金属表层，从而造成腐蚀。再加之微生物在腐蚀表面生长繁殖，会使这种破裂点不断扩大，直至无法承受海底压力引发海水入侵，从而使海洋石油机械受到腐蚀影响，降低石油产出效率以及缩短机械设备在海洋石油开采中的使用寿命，致使生产品质下降。2海洋石油机械防腐蚀技术解析与作用海洋石油机械防腐蚀技术按照性质，可分为物理保护和化学保护。物理保护是通过隔绝的方式将机械设备表层与海水进行隔离，从而延缓或降低海水微生物以及电解质对金属表层的侵害。电化学防腐蚀是利用化学手段，通过施加直流电流的方式，在金属表面形成一种极为特殊的阴极保护膜，以此减缓海水对金属的腐蚀速度。按照设备腐蚀的区别，可分为设备内介质防腐蚀以及设备外环境防腐蚀，将海洋石油机械设备设立一个从内到外的安全屏障。这既能有效避免设备内部出现腐蚀，又能有效杜绝外部环境腐蚀物的入侵，预防设备表层发生腐蚀，大幅度提高海洋石油机械设备使用效率2。无论是物理防腐蚀技术、化学防腐蚀技术，还是设备内介质防腐蚀、设备外环境防腐蚀，都能够有效规避来自各种物质对石油机械设备的侵蚀。尤其是面对盐度及微生物丰富的海水，可以降低电解质游离物质在机械设备金属表层引发的化学反应，降低机械设备损坏程度，有效保障海洋石油机械设备的金属硬度与强度，使其能够更好地抵抗来自海水的压力，避免出现弯曲和破裂，以维持高效使用寿命。同时也能更好地维护海洋机械设备在海洋环境中的稳定运行，妥善完成海洋石油开采工作任务，最大程度保障石油产量，以满足社会对石油能源的需求，推动石油在各个领域的应用，为实现社会经济增长贡献力量。3海洋石油机械防腐蚀技术的优化应用策略3.1选择优质防腐材料，提高综合防腐性能在石油机械设备制造的过程中就需要考虑到如何有效降低海水对海洋石油机械设备的腐蚀，选择一些能够有效抵抗海洋侵蚀的原材料。如此不仅能够有效减小后续对海洋石油机械设备的防腐蚀压力，还能够大幅度提高石油机械设备在石油开采工作中的使用寿命3。例如，在制造海洋石油机械设备中较为常用的硬质材料有铁质材料以及不锈钢材料等，而铁质材料在面对盐度较高的海水中，其腐蚀时间会不断缩短。所以在满足经济性的前提下选材上可多考虑不锈钢材料，利用不锈钢材料的天然特性，有效弱化海水及空气对设备主体的腐蚀效应。尤其是对于海上钻井平台的防腐蚀工作而言，在海上钻井平台运行初期便选用耐腐蚀材料，不仅有利于后期的清洗和维护，还能提高平台整体硬度和强度，更加有利于对抗腐蚀。而一些海洋设备需要在低温环境下工作，例如深海油井，而钢材在低温环境下会变得脆弱，这会导致机械设备的失效。在这些海域可以选择使用低温合金钢，这种钢材在低温环境下也能保持其优异的机械性能。铝合金是一种比钢材更轻、更耐腐蚀的材料，因此在制造海洋石油机械设备时，也可充分考虑用铝合金替代钢材。例如，在海上工程中，许多可旋转的设备由铝合金制造，以提高设备的稳定性和安全性。因此，在开展海洋石油机械防腐蚀工作的过程中，需要选择防腐蚀性能强的材料作为元件，完成石油机械设备组装以提高综合防腐蚀性能。3.2加强金属表面处理，减少腐蚀发生概率针对海洋石油机械设备表层进行强化处理，能够115田国栋，陆 瑶，苗 剑，等：海洋石油机械设备防腐蚀技术分析装备科技有效去除附着在金属表层上的附着物，降低出现腐蚀现象的概率，其在海洋石油机械防腐技术中的应用较为广泛，也是成效较为显著的技术手段之一。为落实这一防腐蚀技术手段，可进行如下操作步骤：利用高压水枪对海洋石油机械设备表层进行喷射，去除掉附着在表面的灰尘与氧化物杂质，降低附着物在金属表面上的附着能力，为后续的防腐蚀工作做好铺垫。使用喷砂技术，应用高速喷射砂粒大面积冲击设备表面，完成去氧化皮锈蚀，以便于完成接下来的防腐蚀涂料喷涂，提高二者之间的结合力和黏合力，以达到最佳养护效果。针对已经出现氧化的海洋石油机械设备表层，以酸洗的方法去除已出现氧化的表皮，及时中断海洋石油机械设备氧化进程，做好及时补救和优化准备，提高海洋石油机械设备的利用效率。除了这种强化手段之外，电镀锌也是一种常用的表面处理方法，可以提高材料的防腐能力。在海洋石油机械制造中，一些金属零件经过电镀锌处理后，可以防止钢材被海水和潮气侵蚀。电镀锌的工艺是将零件浸泡在酸性溶液中，然后通过电流使锌离子沉积在零件的表面，以提高防腐蚀能力，防止设备被海水和潮气侵蚀。3.3增加防腐涂层保护，隔绝可能性腐蚀物增加防腐蚀涂层保护是海洋石油机械防腐蚀技术中应用较为普遍的防腐蚀技术手段，能够利用涂层的防水功能，将海水与海洋石油机械设备金属表层进行有效隔绝，从根源上杜绝海洋石油机械出现腐蚀的可能性，是效果最为显著的防腐蚀技术4。这就要求所使用的防腐蚀涂层材料既要有一定防腐蚀功能，又要有良好的防水性能。为此，在使用防腐蚀涂层保护技术的过程中，需要合理选择，切实隔绝可能产生腐蚀的腐蚀物，为海洋石油机械设备营造较为安全的工作环境，以保障石油开采的正常运行。例如，在所采用的石油海洋机械设备防腐蚀涂层中，应用较为普遍的保护涂层包括涂料、油漆以及陶瓷表面等，上述涂料基于良好的附着力和所具有的耐磨性与抗腐蚀性能，在众多防腐蚀涂层中脱颖而出。在种类丰富的防腐蚀涂料中，环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸涂料以及氯化橡胶涂料使用较多，上述涂料与海洋石油机械设备在附着力方面较强的同时也具备一定柔韧性与耐磨性，适用于海洋石油机械设备的弹性部件防腐蚀工作，能够更好地隔绝腐蚀物与金属表面，充分发挥出对海洋石油机械设备的防腐蚀作用。3.4利用阴极保护措施，实现阴极保护功效海洋是一个盐度较高的水下环境，会存在大量氧离子以及游离电解质，附着在水下海洋石油机械表层而发生化学反应，使金属表面腐蚀和破损情况严重，影响海洋石油机械设备的使用寿命和工作效率，并给人员的安全带来未知隐患。为有效应对相关情况，需要充分应用阴极保护措施，利用化学方法为金属表面附上一层保护膜，以实现阴极保护功效，降低电解质以及游离电子对金属表面的侵蚀影响5。阴极保护法是通过添加直流电的方式，在金属表层形成阴极保护膜，从而达到降低海水游离电子对金属的腐蚀和侵害。其中，在阴极保护法中应用较为普遍的是外加电流法以及牺牲阳极法。外加电流，顾名思义，通过在外部环境中增加电位的形式来使海洋石油机械设备一直处于低于周围环境电位的状态，从而形成一个阴极生存环境，无法与阳离子发生化学反应，从而有效降低因流失电子而产生的腐蚀。牺牲阳极法亦是通过此种手段，避免负极发生氧化，从而降低金属腐蚀的风险。因此，在开展海洋石油机械防腐技术工作的过程中，需善于利用阴极保护法完成对机械金属表层的保护，从而杜绝与海洋游离电子的化学反应，提高金属保护作用。3.5借助防腐工程设计，落实机械设备防腐工作除了上述针对海洋石油机械防腐技术进行分析，在海洋石油机械防腐蚀工程方面也需要结合石油机械结构、部件、设计等问题进行全面优化设计，以切实提高海洋石油机械设备的整体抗腐蚀性能。不应局限于对海洋石油机械设备材质的选择，还要对整体结构进行改良和优化设计，减少应力集中，充分提高表面处理质量，利用有效的海洋石油机械设备防腐蚀工程设计，提高石油机械在使用过程中的整体抗腐蚀能力，从而对抗来自海洋的电解质侵蚀以及微生物侵蚀等。为此需要相关设计人员在设计阶段，针对石油机械设备的结构和部件进行优化升级，从防腐蚀角度进行结构调整，从而提高其抗腐蚀能力。例如，在海底输油管道设计过程中，需要考虑海底石油管道的整体性，减少弯道以及支管的设置，避免因工艺问题而造成技术缺陷，在面对海水微生物以及电解质侵蚀时，产生化学腐蚀而影响整体使用寿命。而对于船舶管道的防腐蚀结构设计，则需要增加管道清理端口1162024 年 1 月第 3 卷第 1 期现 代 工 程 科 技116和维护端口，更加利于后期工作人员对管道的清洁，利用人工操作清除掉附着于管道表层的附着物以及黏合物，清除可能存在的腐蚀隐患以及安全问题。以此类推，需要从设计角度对海洋石油机械设备进行规划和结构布局，增加后续清洁工作的便捷性，并避免设计可能存在腐蚀隐患的结构组织，从而增加整体海洋石油机械设备对抗腐蚀的强度6。3.6建立健全防腐系统，有效管控腐蚀问题虽然海洋石油机械设备防腐蚀技术能够在一定程度上避免海洋物质对石油机械表层的腐蚀，但也需要重视后续的维护和防腐蚀工作管控，方能有效把控石油机械设备在海洋中的工作情况以及腐蚀程度，从而完成修补和替换工作，避免因腐蚀程度过高，而影响石油机械设备在海底的石油开采以及运输进度。为此，需要相关人员制定防腐蚀管理策略和日常维护工作计划，针对石油机械设备的腐蚀检查和维修进行分析，以确保机械正常运行。相关部门需要组建海洋石油机械设备防腐蚀管理小组，抽调相关技术人员，跟随小组成员定时检查海洋石油机械设备表层金属状况，在发现初期腐蚀时应与技术人员进行沟通，利用相应技术清除附着在石油机械金属表层的附着物，以阻止腐蚀的发生。例如，海洋石油设备上的防腐涂层是防止腐蚀的重要保护层。定期检查涂层的质量和完整性非常重要。检查时需要注意涂层是否有剥落、龟裂和起泡等现象，这些问题可能会加速腐蚀的发生。如果发现问题，需要及时修补涂层，确保其保护功能。像海洋石油平台的钢质结构在每年的例行检查中，会检查外观和涂层，并根据需要进行修补。除了定期检查，定期进行防腐性能测试对于评估设备的防腐蚀状况也至关重要。常用的测试方法包括盐雾试验、腐蚀电位测试和阻抗测试等。这些测试可以评估防腐涂层的耐腐蚀性能，及时发现潜在的问题，并采取措施修复。例如，对于海洋油田的海水过滤器，定期进行盐雾试验可以评估其抗腐蚀性能，从而保证其正常运行。因此，需针对防腐蚀工作建立健全的海洋石油机械防腐蚀系统，规范工作人员的日常工作内容，以有效管控海洋石油机械设备的腐蚀问题。4结语综上所述，鉴于海洋石油机械防腐蚀技术对石油开采及保障石油产出效率的重要作用，需要重点关注海洋石油机械防腐蚀技术研究。加强防腐蚀技术升级迭代，降低机械腐蚀发生概率，并利用电化学手段以及物理手段，减少海洋微生物对机械表层的腐蚀以及侵害。评估设备耐腐蚀性能，做好机械腐蚀防护工作，积极建立健全防腐蚀监控系统，将机械腐蚀问题控制在可控范围之内，从而助推海洋石油机械防腐蚀技术提升，以满足海洋油田作业要求。参考文献1 孙红霞，李树波.石油管道防腐中的问题及解决对策探讨J.全面腐蚀控制,2022,36(6):131-132.2 孙金铭.海洋石油机械防腐蚀技术分析及应用J.科技创新与应用,2017(15):121.3 张国磊.海洋石油钻井机械设备腐蚀因素及防治技术J.化工管理,2021(11):148-149.4 刘文昆,陈钢.石油机械设备管理与维护的工作分析J.化工管理,2022(17):161-162.5 马顺国.关于石油机械防腐技术的科学探析J.通讯世界,2019(4):226.6 赵勇,吕文刚,陈忠进.石油机械防腐技术研究与探析J.中国石油和化工标准与质量,2019,32(1):99.