鋼制油罐腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施的改進(jìn)

辛艷萍

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院化學(xué)化工系,山東東營(yíng)257000)

鋼制油罐腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施的改進(jìn)

辛艷萍

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院化學(xué)化工系,山東東營(yíng)257000)

針對(duì)鋼制油罐在油氣儲(chǔ)存中腐蝕問(wèn)題比較復(fù)雜的現(xiàn)象,在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,深入研究油罐罐底板內(nèi)側(cè)、外側(cè)、罐壁板、罐底邊緣板等部位的腐蝕情況和腐蝕機(jī)理。結(jié)果表明,油罐底部是腐蝕最嚴(yán)重的部位,主要發(fā)生油析水腐蝕,而油罐頂部以電化學(xué)腐蝕為主,罐壁腐蝕則是化學(xué)和電化學(xué)雙重作用的結(jié)果。從罐表面處理、外敷涂料選擇及陰極保護(hù)等方面提出了合理建議,大大提高了油罐的防護(hù)效果。

油罐;腐蝕;機(jī)理;防護(hù)

在油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中,儲(chǔ)存是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。目前大多采用鋼質(zhì)油罐,而鋼質(zhì)油罐在運(yùn)行當(dāng)中,經(jīng)常遭受內(nèi)、外界介質(zhì)的腐蝕。所以腐蝕已經(jīng)成為鋼質(zhì)油罐最嚴(yán)重的破壞形式之一,是油罐長(zhǎng)期安全運(yùn)行的潛在危險(xiǎn)因素。由于管材、環(huán)境、儲(chǔ)存介質(zhì)等諸多因素的影響,油罐的腐蝕問(wèn)題比較復(fù)雜,而油罐各個(gè)部位的腐蝕機(jī)理也不盡相同。所以,深入了解油罐各個(gè)部位的腐蝕狀況對(duì)防腐措施的合理制定尤為重要。

1 油罐各個(gè)部位的腐蝕

1.1 金屬油罐罐底板內(nèi)側(cè)腐蝕

金屬油罐罐底內(nèi)的腐蝕主要以點(diǎn)蝕為主,發(fā)生點(diǎn)蝕的部位都在罐底的凹陷處,因?yàn)檫@些部位最容易被罐內(nèi)原油沉降水所浸泡,而油罐的放水口又離罐底有一定距離。因此,這些長(zhǎng)期被水浸泡且防腐層有缺陷的部位就容易形成小陽(yáng)極,從而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

造成罐底板內(nèi)側(cè)腐蝕的原因主要有兩方面。其一,海水、雜物引起的腐蝕:罐內(nèi)儲(chǔ)存的原油、石油產(chǎn)品、LNG、LPG等都含有污水、微生物,這些雜質(zhì)通常因?yàn)橄鄬?duì)密度大都成為沉淀物滯留在罐的下面,這些沉淀物腐蝕性很高。其二,加熱引起的腐蝕:儲(chǔ)存在罐中的流體,在常溫下流動(dòng)性能差,有時(shí)不能輸送到其他的煉制設(shè)備里,為了提高它們的流動(dòng)性必須加熱。所以,罐底板會(huì)因加熱、保溫引起溫度上升,從而加速腐蝕的發(fā)生[1]。

1.2 金屬油罐罐底板外側(cè)腐蝕

油罐底板外側(cè)的腐蝕主要由3個(gè)因素引起:

(1)罐外圍因雨水等的侵蝕造成的腐蝕。一般地說(shuō),罐側(cè)板與底板的T型連接處,會(huì)受到反復(fù)彎曲應(yīng)力的作用,使該處的負(fù)荷大大增加。為了提高強(qiáng)度,罐的外圍以對(duì)焊接的方式鋪設(shè)了環(huán)狀板。這樣也可以防止雨水外部侵入,引起腐蝕的發(fā)生。但是,置放罐的環(huán)境是室外,置身于惡劣環(huán)境中的罐,日積月累就會(huì)劣化。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)木S修、點(diǎn)檢,如圖1所示,在罐周圍防止雨水侵入處發(fā)生龜裂,就連罐底板下面也侵入了雨水。由于罐周圍有充足的氧氣,于是就發(fā)生如下的化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而使腐蝕擴(kuò)展。

(2)瀝青砂等地基材料引起的腐蝕。罐底板下面通常采用瀝青砂來(lái)鋪設(shè),瀝青砂的高隔水性能對(duì)罐底板的防腐起到了很大的作用。但是,從以往的實(shí)例上看,如果位于瀝青層之上的防水層發(fā)生了裂紋,造成雨水侵入現(xiàn)象,或者瀝青層的隔水性能劣化,會(huì)使地基里的水分上升達(dá)到底板部,進(jìn)而使罐底板發(fā)生腐蝕。

圖1 底板外側(cè)的腐蝕

(3)由不均勻沉降引起的腐蝕。罐底板通常是以對(duì)中心構(gòu)成上升坡度的結(jié)構(gòu)建成的,這樣可以防止雨水的侵入。但是如果地基的強(qiáng)度不夠或是罐中心部下沉,就會(huì)形成反斜坡。罐底板和瀝青砂之間侵入雨水,瀝青砂碳?xì)浠衔锉谎趸?生成有機(jī)酸,進(jìn)而產(chǎn)生劇烈的腐蝕。這種由有機(jī)酸引起的腐蝕事例雖然少,但是腐蝕范圍的擴(kuò)展快,使罐底板的厚度迅速削弱甚至開(kāi)孔[2]。

1.3 金屬油罐罐壁板的腐蝕

金屬油罐罐壁板的腐蝕一般發(fā)生在罐的陰面,在最上層壁板與罐頂聯(lián)接的一圈腐蝕最為明顯。根據(jù)油罐的腐蝕狀態(tài)判斷,主要是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。油罐腐蝕部位的保溫層嚴(yán)密性差,雨水、空氣能夠進(jìn)入,導(dǎo)致這些部位的壁板大多處在潮濕狀態(tài)中。而空氣中的酸性氣體SO2、SO3、NO2等會(huì)乘機(jī)而入,形成酸性物質(zhì),產(chǎn)生化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕生成的鐵離子以及空氣中的無(wú)機(jī)鹽處在潮濕環(huán)境中,便會(huì)形成電解液。而鋼板中的雜質(zhì)及金相組織的缺陷,在電解液存在的情況下,易形成局部腐蝕電池,從而導(dǎo)致罐壁形成集坑式的電化學(xué)腐蝕并以此惡性循環(huán)。其腐蝕過(guò)程的機(jī)理為:

空氣中的氧溶于水中,而水在罐壁形成水膜時(shí),鋼板會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕,其反應(yīng)過(guò)程如下:

生成的Fe3O4被滲入銹層的氧氣重新氧化,生成鐵銹,這樣,罐壁有銹部位的腐蝕越來(lái)越嚴(yán)重。所以說(shuō),罐壁的腐蝕主要是因雨水進(jìn)入加上空氣的侵蝕,形成了化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕所致[3]。

1.4 金屬油罐罐底邊緣板的腐蝕

油罐底部邊緣板的腐蝕多為層狀均勻腐蝕,沿底板半徑方向向中心逐步發(fā)展成局部腐蝕,再向里呈點(diǎn)蝕。邊緣板下的銹蝕深度,從外周邊向里大多為300～500 mm。加熱油罐的銹蝕比常溫油罐明顯,前者的銹蝕率大約比后者高一倍。

為了分析油罐底部邊緣板的腐蝕原因,首先應(yīng)考慮油罐的變形。引起油罐變形的因素主要有兩個(gè):其一是由于儲(chǔ)油量的載荷變化引起的罐體變形。當(dāng)油罐受液后,罐底和罐壁均受液柱壓力的作用,罐底板的中間部分產(chǎn)生很大的不均勻沉降,最終導(dǎo)致底部邊緣板的塑性變形(圖2)。當(dāng)空罐時(shí),罐體恢復(fù)原狀,邊緣板卻由于塑性變形而向上翹曲(圖3)。

圖2 罐底邊緣板的塑性變形

圖3 放空后罐底邊緣板的變形情況

其二是由于環(huán)境溫度的變化使底板發(fā)生膨脹和收縮,導(dǎo)致罐體底板與基礎(chǔ)之間的相對(duì)水平位移,該變位量可用下式計(jì)算:

式中,ΔR為水平變位量,m;Δt為溫度差變化量,對(duì)常溫罐考慮所在地冬季和夏季的溫差,對(duì)加熱罐應(yīng)考慮加熱溫度與冬季空罐時(shí)的溫差,℃;D為油罐的直徑,m。

上述變形的持續(xù)會(huì)使油罐底板邊緣板處與基座形成一條裂縫,該裂縫還會(huì)隨著油罐的運(yùn)行不斷地膨脹與收縮,給外界的一些腐蝕介質(zhì)如雨水、露水等的入侵提供一條通道,進(jìn)一步加速電化學(xué)腐蝕,也會(huì)導(dǎo)致銹蝕穿孔[4]。

由于上述腐蝕發(fā)生在罐底與基礎(chǔ)之間,容易被忽視,也是最危險(xiǎn)的。所以,罐底板下防腐的關(guān)鍵是切斷腐蝕介質(zhì)的入侵通道,有效防止水、大氣等介質(zhì)從底板四周的入侵,以達(dá)到保護(hù)油罐底板的目的。

2 鋼制油罐腐蝕防護(hù)中應(yīng)注意的問(wèn)題

鑒于油罐的腐蝕問(wèn)題給生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、安全等各個(gè)方面帶來(lái)嚴(yán)重的危害,國(guó)內(nèi)外各油庫(kù)都非常重視油罐防腐技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用?，F(xiàn)今為止,國(guó)內(nèi)外的油罐防腐工藝主要有以下幾種:噴淋除銹、涂敷工藝、有機(jī)防腐、電極保護(hù)以及對(duì)油罐進(jìn)行定期清理維護(hù)。針對(duì)油罐各部位的腐蝕情況和腐蝕機(jī)理,在進(jìn)行防腐作業(yè)中應(yīng)注意以下問(wèn)題。

(1)對(duì)不同介質(zhì)的油罐進(jìn)行腐蝕機(jī)理分析,針對(duì)油罐各個(gè)部位不同的腐蝕情況和腐蝕機(jī)理,因地制宜,采取相應(yīng)的防護(hù)措施,以保證油罐防護(hù)的合理性和高效性。

(2)金屬油罐的表面處理問(wèn)題。施工中必須使油罐外敷涂料前的表面處理質(zhì)量達(dá)標(biāo)。因?yàn)榻饘儆凸薇砻嫣幚淼暮脡闹苯佑绊懲繉釉诒砻娴酿じ搅褪褂脡勖?。表面處理要注意清潔度和粗糙度兩方面的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)粗糙度達(dá)到30～75μm時(shí),漆膜與鋼鐵的咬合作用最好。

(3)金屬油罐的外敷涂料的涂裝質(zhì)量問(wèn)題。涂料的選用和涂刷工藝與金屬油罐覆蓋層的壽命也有很大關(guān)系?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明,選用厚漿型重防腐涂料,可使金屬油罐覆蓋層的壽命達(dá)到5 a以上。另外,涂布環(huán)境對(duì)質(zhì)量也有一定影響。當(dāng)濕度大于85%時(shí)涂層會(huì)大面積脫落、分層;氣溫低于5℃時(shí)不能施工,鋼鐵表面溫度大于60℃時(shí)不能施工;涂料用稀釋劑不能超過(guò)5%,否則易造成漆膜不勻。

(4)金屬油罐的外加電流陰極保護(hù)問(wèn)題。外加電流陰極保護(hù)可有效地延緩金屬油罐的腐蝕,是對(duì)金屬油罐外涂覆蓋層的有效補(bǔ)充。對(duì)金屬油罐的陰極保護(hù)一般采用犧牲陽(yáng)極法和外加電流法。當(dāng)采用犧牲陽(yáng)極法時(shí),要保證罐底板內(nèi)防腐不能使用導(dǎo)靜電涂料。因?yàn)閷?dǎo)靜電涂料與犧牲陽(yáng)極并用會(huì)加速陽(yáng)極溶解,失去應(yīng)有的陰極保護(hù)作用。當(dāng)采用外加電流法時(shí),深井陽(yáng)極對(duì)罐中心的保護(hù)電位與周邊能趨于一致,在罐周圍布設(shè)陽(yáng)極,適用于罐底板周邊腐蝕較嚴(yán)重的情況;在罐底板下布設(shè)陽(yáng)極,可以使罐底板的保護(hù)電流較為均勻。

3 結(jié)束語(yǔ)

油罐各部位的腐蝕情況各不相同。頂部腐蝕主要以電化學(xué)腐蝕為主;而罐壁腐蝕主要是由化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕引起的;罐底腐蝕主要是由油析水造成的腐蝕,這也是油罐腐蝕最嚴(yán)重的部位?？偟膩?lái)說(shuō),腐蝕現(xiàn)象是一個(gè)自發(fā)的不可避免的漸變過(guò)程。施工過(guò)程中,必須根據(jù)各個(gè)部位不同的腐蝕程度和腐蝕機(jī)理制定相應(yīng)的防護(hù)措施,選用最經(jīng)濟(jì)的方案,以保證防腐措施的合理性和高效性。

[1] 劉世湘,劉立超.油罐腐蝕的防護(hù)與再生[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2000, 19(10):35-38.

[2] 高琳萍.油罐底部邊緣板的腐蝕與防護(hù)[J].石油工程建設(shè), 1998,7(4):8.

[3] 肖紀(jì)美.應(yīng)力作用下金屬的腐蝕[M].北京:石油工業(yè)出版社, 1998:8.

[4] 劉永輝.電化學(xué)測(cè)試技術(shù)[M].北京:北京航空航天出版社, 1987:47-48.

[責(zé)任編輯] 王艷麗

TE988

A

1673-5935(2011)01-0021-03

2011-01-05

辛艷萍(1982—),女,山東蓬萊人,中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院化學(xué)化工系講師,碩士,主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工程安全技術(shù)研究。