海上油田仪器仪表的防腐蚀措施和选型原则

摘要：在目前工业仪器仪表类型的基础上，对海上油田仪表设备的腐蚀特点进行分析，总结了仪器仪表在海上油田油气处理中应考虑的防腐因素和选用原则，并根据实际情况提出适合的防腐措施和建议。

关键词：仪器仪表；防腐蚀；海上油田

引言

海上油田生产的一个重要特点是，海上平台生产装置集成度高，自动化水平高，生产效率高。生产装置的安全操作，平稳且高效率的运行，都是以相关的仪器仪表正常运行为基本条件和重要保证。仪表的腐蚀主要指对于构成工业仪表零部件的金属或非金属材料，由于物理作用、机械作用、化学或电化学作用引起的侵蚀。海上油田仪表设备的主要腐蚀类型是电化学腐蚀及物理、机械作用造成的对仪表材料的侵蚀。

1.海上油田仪表设备腐蚀的类型

1.1电化学腐蚀：电化学腐蚀是仪表在腐蚀环境中最主要的失效原因，是指金属材料与介质发生电化学作用而引起的腐蚀，其特点是腐蚀过程中伴随有电流产生，金属的腐蚀大多由电化学腐蚀所致。

1.2化学腐蚀：指仪表材料与干燥高温气体或非电解质溶液（苯、乙醇等）发生化学作用所引起的腐蚀。比较典型的如：仪表材料在生产裂解装置和再沸器或沸腾炉中的腐蚀。

1.3由于物理、机械作用造成对仪表材料的侵蚀。如：在原油处理过程中，高压阀芯受到汽蚀而产生的破坏。

1.4仪表用非金属材料（如塑料）受大气或介质作用引起的溶解、溶胀。

2.关于海上油田常见工艺环境下仪器仪表的选用

就金属材料而言，常见的腐蚀形态有均匀腐蚀、晶间腐蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂、氢脆、腐蚀疲劳、电偶腐蚀、磨损腐蚀等。因此，根据腐蚀环境的腐蚀性质来选用耐蚀金属材料，是保证仪表具有所期望的使用寿命的关键。

2.1根据仪表元件的功能作用和制造工艺要求，选择具有相应物理、机械和工艺性能的材料。

例如：制作弹性敏感元件时，要选用具有高弹性模量及弹性极限的材料，制作阀芯、阀座时要选用高硬度、高耐磨性，并能耐一定程度冲击的韧性材料，制作焊接部件时，要选用晶间腐蚀倾向小，并具有良好焊接性能的材料。

2.2根据腐蚀环境选择耐蚀材料

对于材料耐蚀性能的评价，必须指明其所处的腐蚀环境。腐蚀学中把包含有腐蚀性物质的环境称为腐蚀环境。实际的腐蚀环境是非常复杂的，往往包含着多种腐蚀性能各异的物质，并且环境的温度、压力、运动状态等千差万别，因此其腐蚀性能有着极大的差别。同一种材料，在不同的腐蚀环境中，会表现出截然不同的耐蚀性能来。例如在弱腐蚀性环境中能耐蚀的材料，一遇到强腐蚀环境，可能很快就会被腐蚀损坏，在氧化性腐蚀环境中能耐蚀的材料，用于还原性腐蚀环境中时，却往往有完全不能适应的情况，某些耐均匀腐蚀性能很好的材料，用于易发生应力腐蚀开裂的腐蚀环境中时.很可能会发生严重的腐蚀损坏事故。

对于与腐蚀介质直接接触的仪表而言，根本性的措施是正确的选用耐蚀仪表材料，主要应考虑材料的性能、仪表工作环境的腐蚀性质，材料成本及要求使用的年限等因素。在典型介质腐蚀环境下的仪表材料的选用可参考相关的工业仪表手册，但应根据温度压力等条件的不同而加以分析，这样才能有效的防止仪表失效。

3.海上油田仪器仪表的一般防腐措施和推荐做法

在特定的工况下，仪表材料的正确选取是仪表防腐蚀最重要的手段，但有时也可采用使仪表与腐蚀介质隔离的方式，尤其是需要考虑仪表材料的成本时，可考虑此法。

3.1海上油田仪器仪表的一般防腐措施

应用隔离液：采用隔离液是防止腐蚀介质和仪表直接接触的有效办法。这个办法，当无法选择合适的耐腐蚀仪表时，在压力、流量、液面测量中可以采用。采用隔离液的目的是将被测的腐蚀性介质与仪表测量部分分隔开来，因此，隔离液必须既不能与被测介质互溶或起化学作用，也不能对仪表测量部件有腐蚀性。隔离通常用隔离膜片或隔离液将被测介质与仪表传感部件或测量管线隔离，达到防腐作用。膜片隔离常用在膜片压力表也称隔膜压力表上。隔离液隔离常用于流量、压力、液位测量系统的测量管线上，采用管内隔离和容器隔离两种形式。

吹气：采用吹气法就是用吹入的空气（或氮气、惰性气体等）来隔离介质对仪表测量部件的腐蚀作用。显然，空气与被腐蚀介质应该不能互相作用。吹气法一般用在低压的液位、流量或压力测量系统之中。在液位，流量测量系统中，为了隔离介质对仪表测量部分的腐蚀作用和堵塞作用，还常常采用吹液法。

应用保护管：保护管常用于测量温度的一次元件中。当被测介质会腐蚀热电偶、热电阻或其他温度计的套管时，可以在其外装一保护管。保护管的材料应适当选择，以便抵抗腐蚀介质的侵蚀。常用的由金属，合金，非金属做成。其长度按一次元件的插入深度而定，而形状、壁厚则与工作压力有关。

应用保护膜：在零件或部件表面上制成保护层，是机械工业和化学工业中十分普遍的防腐蚀方法，这种方法对仪表设备的防腐蚀有相当好的效果。按照保护层的材料和制成原理的不同，可分为如下几种：金属保护层如电镀，非金属保护层如油漆，电镀是使用最方便、应用最广泛的一种金属保护层方法，它有良好的防腐蚀性能。

3.2使用带隔离装置的仪表

海上油田产出的油气，介质粘度较大且多为腐蚀性介质，因此在测量其压力或使用差压式流量计测量其流量时，除可选用耐腐蚀的材料制造检测仪表外，还可使用隔离装置保护检测仪表和部份连接管道（导压管）以免受腐蚀性介质的腐蚀或粘黏有害物质。这种隔离装置就是在检测仪表与被测介质之间安装一个隔离器，如隔膜式压力表的隔膜，其将仪表的检测元件与被测介质隔绝开来。

4.总结

随着我国对能源的需求与日俱增，海上油田的规模将越来越大，其工艺设备自动化水平也将提高，仪器仪表将大量应用在海上生产设施中，因此相关仪表设备的防腐要求是仪表设备选型中必须考虑的问题。海上仪器仪表的腐蚀成因主要是由物理作用、机械作用、电化学作用引起的侵蚀，可通过结合工艺条件，选择合适材质的仪表或采取一定的措施，如选择合理的检测手段，来满足仪表的防腐蚀要求。

参考文献：

[1]陆德民主编.石油化工自动控制设计手册.第三版.化工出版社，2000

[2]中国海洋石油公司.海洋石油工程設计指南.石油工业出版社，2007

作者简介：王煜（1983—），从事海洋石油钻采设施仪表控制方面的设计工作，工程师。