大連長興島原油儲(chǔ)罐防腐涂裝設(shè)計(jì)及導(dǎo)靜電涂料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)解析

楊振波 *，師華，單明正

（1.北京科技大學(xué)，北京 100083；2.中航百慕新材料技術(shù)工程股份有限公司，北京 100095）

大連長興島原油儲(chǔ)罐防腐涂裝設(shè)計(jì)及導(dǎo)靜電涂料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)解析

楊振波1,*，師華2，單明正2

（1.北京科技大學(xué)，北京 100083；2.中航百慕新材料技術(shù)工程股份有限公司，北京 100095）

根據(jù)大連長興島一期120萬m3原油儲(chǔ)罐所處的腐蝕環(huán)境及其要求，對(duì)其進(jìn)行了防腐涂裝體系設(shè)計(jì)，介紹了相關(guān)材料的主要技術(shù)指標(biāo)和要求，并對(duì)GB 50393-2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的導(dǎo)靜電涂料的面電阻率為108～1011Ω提出了質(zhì)疑。以國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，認(rèn)為導(dǎo)靜電涂料的面電阻率為105～109Ω更符合油品安全要求。

原油儲(chǔ)罐；防腐涂裝；導(dǎo)靜電涂料；表面電阻率；國家標(biāo)準(zhǔn)

作為繼美國之后的全球第二大石油消費(fèi)國，中國超過 50%的原油需依賴進(jìn)口，而建立原油儲(chǔ)備體系已成為支撐中國未來發(fā)展的重中之重。在這樣的大背景下，一座座石油儲(chǔ)備庫建設(shè)工程相繼啟動(dòng)，國家級(jí)開發(fā)區(qū)——大連長興島港口原油庫區(qū)一期工程120萬m3原油儲(chǔ)罐建設(shè)工程正是其中之一。

長興島油庫原油是以委內(nèi)瑞拉Merey 16原油為代表的低凝、高黏原油，含硫量超過2.5%，是一種高腐蝕性的油類，這些原油導(dǎo)電性能差，所含有的沉積物組成如硫化氫、溶解氧、氯鹽等具有很強(qiáng)的腐蝕性，所以原油罐內(nèi)壁防止靜電積聚、預(yù)防各類化學(xué)介質(zhì)腐蝕等性能要求已成為原油儲(chǔ)罐涂裝體系必須解決的首要問題。原油儲(chǔ)罐積聚的靜電能產(chǎn)生火花，使原油儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸；儲(chǔ)罐腐蝕穿孔會(huì)引起原油泄漏，造成重大的財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染事故。所以需要根據(jù)原油儲(chǔ)罐內(nèi)部各部位所接觸介質(zhì)的不同，設(shè)計(jì)內(nèi)壁涂料類型與厚度，此外，還應(yīng)針對(duì)原油罐所處的大氣腐蝕環(huán)境進(jìn)行儲(chǔ)罐外壁配套涂層體系的設(shè)計(jì)。

1 防腐涂層配套體系設(shè)計(jì)

1.1 長興島大氣腐蝕環(huán)境

長興島為海洋性氣候，四季分明，氣候溫和，空氣濕潤，季風(fēng)明顯，港區(qū)海域不淤不凍，自然條件優(yōu)越，但受當(dāng)?shù)睾Ｑ笮詺夂虻挠绊?，空氣濕潤且含有一定鹽分，大氣及土壤具有腐蝕性。根據(jù)ISO 12944-2:1998《色漆和清漆 防護(hù)涂料體系對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護(hù)第2部分：環(huán)境分類》(見表1)，確定長興島的腐蝕環(huán)境為C4。

1.2 防腐涂層配套體系設(shè)計(jì)

(1)油罐底板內(nèi)表面及罐內(nèi)壁下部沉積水部位(罐底以上2 m范圍內(nèi))所接觸環(huán)境為原油中的油水混合物，其中含有大量的腐蝕性介質(zhì)[1]，如水、氯化物、硫酸鹽乃至酸類等混合物，所以該區(qū)域的腐蝕最為嚴(yán)重。根據(jù) GB 50393-2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》，該部位設(shè)計(jì)體系應(yīng)采用絕緣型防腐涂料，表面電阻率不低于1013Ω，總厚度不應(yīng)低于300 μm。

表1 大氣腐蝕等級(jí)和典型環(huán)境示例Table 1 Atmosphere corrosion grades and demonstration of typical environments

(2)罐內(nèi)壁下部沉積水部位以上到距罐頂2 m以下范圍內(nèi)的罐內(nèi)壁、浮頂?shù)装逑卤砻婕案№斖膺吘壈逋獗砻妫佑|環(huán)境為原油部分。原油含有很強(qiáng)的腐蝕性成分，特別是油品在流動(dòng)、飛濺、沖刷等過程中易產(chǎn)生靜電荷，攜帶靜電荷的油品進(jìn)入儲(chǔ)罐后發(fā)生靜電積聚，引起電位升高放電，從而引燃油品，發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故，所以要求涂層除具有很強(qiáng)的耐腐蝕性、耐油性、耐濕熱性外，還應(yīng)具有導(dǎo)電性。GB 50393-2008規(guī)定該部位涂層的表面電阻率應(yīng)為108～1011Ω(該指標(biāo)在業(yè)界存在爭議)，其總厚度不應(yīng)低于200 μm。

(3)非保溫部位和金屬結(jié)構(gòu)外表面：包括罐外壁非保溫部分、加強(qiáng)圈和抗風(fēng)圈、浮頂?shù)装迳媳砻婕吧喜繕?gòu)件等。由于該部位除了接觸原油中揮發(fā)性的酸性氣體外，直接受戶外紫外線照射，所以需要采用耐候性好、耐介質(zhì)性能好的涂層體系。GB 50393-2008規(guī)定，需采用氟碳面漆或聚氨酯面漆，且涂層體系厚度不應(yīng)低于200 μm。

(4)油罐底部外表面長期處于土壤腐蝕環(huán)境，環(huán)境相對(duì)潮濕，除會(huì)產(chǎn)生原電池腐蝕(即電化學(xué)腐蝕)外，還會(huì)產(chǎn)生由硫酸鹽還原菌及其他細(xì)菌微生物所引起的腐蝕，因此一般設(shè)計(jì)采用環(huán)氧煤瀝青漆作為防腐涂層。

根據(jù)上述腐蝕要求，依據(jù) GB 50393-2008，大連長興島原油儲(chǔ)罐防腐涂層配套體系設(shè)計(jì)見表2。

表2 原油儲(chǔ)罐防腐涂層配套體系設(shè)計(jì)Table 2 Design of corrosion protective coating system for crude oil tanks

1.3 材料技術(shù)指標(biāo)要求

方案中部分材料的詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見表3～6。

表3 中間漆除外的儲(chǔ)罐防腐涂料的主要物理機(jī)械性能指標(biāo)Table 3 Main physicomechanical performance indexes of corrosion protective coatings except mid-coating for oil tanks

表4 絕緣型和有機(jī)硅類防腐涂料的主要技術(shù)指標(biāo)Table 4 Main technical indexes for insulation-type and organic silicon corrosion protective coatings

表5 導(dǎo)靜電型防腐涂料的主要技術(shù)指標(biāo)Table 5 Main technical indexes for antistatic conductive anti-corrosive coatings

表6 富鋅類防腐涂料的主要技術(shù)指標(biāo)Table 6 Main technical indexes for zinc-rich corrosion protective coatings

(1)儲(chǔ)罐防腐涂料(中間漆除外)的主要物理機(jī)械性能指標(biāo)應(yīng)符合表3要求。

(2)絕緣型和有機(jī)硅類防腐涂料的主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表4要求。

(3)導(dǎo)靜電型防腐涂料的主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表5要求。

(4)富鋅類防腐涂料的主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表 6要求。

(5)有機(jī)硅耐熱防腐涂料應(yīng)能滿足185 ℃的使用溫度要求。

2 導(dǎo)靜電涂料標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)解析

目前，石油儲(chǔ)罐導(dǎo)靜電涂料的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)在業(yè)界存在著爭議，大連長興島原油儲(chǔ)罐項(xiàng)目在該技術(shù)指標(biāo)上還是嚴(yán)格執(zhí)行了國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn) GB 50393-2008。在該標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定該部位涂層的表面電阻率應(yīng)為108～1011Ω。而對(duì)此技術(shù)指標(biāo)，宋廣成[2]等專家有不同的意見，他們認(rèn)為導(dǎo)靜電涂料的面電阻率為105～109Ω更加符合油品安全要求。

原GB 13348-1992《液體石油產(chǎn)品靜電安全規(guī)程》規(guī)定“導(dǎo)靜電涂料的面電阻率應(yīng)小于 109Ω”，DOD-HDBK-263B、MIL-STD-883B等國外標(biāo)準(zhǔn)則均規(guī)定導(dǎo)靜電涂料的面電阻率為105～109Ω。這些都低于GB 50393-2008規(guī)定面電阻率為108～1011Ω的要求。

目前，對(duì)于導(dǎo)靜電涂料的面電阻率國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)通常有一個(gè)規(guī)定的范圍，即有一個(gè)下限值與一個(gè)上限值，對(duì)上限值的規(guī)定(如109Ω或1011Ω)是導(dǎo)靜電涂料的命名原則所在，低于該值，可以防止由于靜電的累積而造成的爆炸危險(xiǎn)。但之所以規(guī)定一個(gè)下限值(如 105Ω或108Ω)，是因?yàn)槌叵落撹F的最終腐蝕為電化學(xué)腐蝕，也就是Fe失去2個(gè)電子，成為Fe2+，當(dāng)腐蝕性介質(zhì)逐漸滲透到涂層下表面，接觸到鋼基材時(shí)，該部位的電化學(xué)電位較負(fù)，為受腐蝕的陽極點(diǎn)蝕坑；而沒有腐蝕性介質(zhì)滲入的基材部位電位較正，為大陰極區(qū)域。若保護(hù)涂層的面電阻率較低，會(huì)形成一個(gè)大陰極小陽極的導(dǎo)通電化學(xué)腐蝕回路(見圖 1)。在由大陰極與小陽極組成的腐蝕電池對(duì)體系中，電子會(huì)從陽極點(diǎn)蝕坑處基材流向陰極區(qū)，陽極點(diǎn)蝕坑的腐蝕會(huì)大大加速。而若涂層的面電阻率維持在一定值(如105Ω)以上，則不容易形成電化學(xué)導(dǎo)通回路，也就是加速點(diǎn)蝕坑的電化學(xué)腐蝕不易產(chǎn)生。

圖1 涂層面電阻率過低時(shí)大陰極小陽極腐蝕電池示意圖Figure 1 Schematic diagram for the corrosion cell composed of large cathode and small anode at low surface resistivity of coating

此外，在上述規(guī)范中還規(guī)定罐內(nèi)壁下部沉積水部位必須采用絕緣涂料，除了降低電化學(xué)腐蝕的可能性以外，還可降低在油罐下部陰極保護(hù)用陽極塊的消耗。但GB 50393-1992中認(rèn)為，絕緣型防腐涂料表面電阻率應(yīng)不低于 1013Ω；而在 CNCIA-HG/T 0001-2006《石油貯罐導(dǎo)靜電防腐涂料涂裝與驗(yàn)收規(guī)范》中則規(guī)定絕緣涂料的絕緣性不低于109Ω，這也間接造成了導(dǎo)靜電涂料的面電阻率的差異。通常石油儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壽命為10～15 a，而有歷史數(shù)據(jù)表明，在原油介質(zhì)的長期浸泡下，導(dǎo)靜電涂料經(jīng)5～10 a的使用后，雖涂層完好有效，但其面電阻率會(huì)不同程度上升，一般會(huì)上升 2個(gè)數(shù)量級(jí)。也就是說，原來面電阻率為1010Ω的導(dǎo)靜電涂層，使用 5～10 a后，面電阻率上升到1012Ω，造成導(dǎo)靜電效用的喪失，在剩下的服役期可能會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，導(dǎo)靜電涂料的面電阻率規(guī)定為105～109Ω更為合理、可靠。

由于 GB 50393-2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)質(zhì)為一個(gè)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)施工質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容涉及陰極保護(hù)、防腐涂料、磨料與表面處理設(shè)備、施工方法等，起草單位主要為中石化相關(guān)單位，起草人員中從事涂料研究的專家較少，這可能是導(dǎo)致導(dǎo)靜電涂料的表面電阻率偏高的原因之一。然而由于GB 50393-2008為強(qiáng)制性國標(biāo)，因此雖然該項(xiàng)數(shù)據(jù)與國內(nèi)外其他標(biāo)準(zhǔn)有沖突，但大連長興島等近年來許多國家重點(diǎn)工程仍采用了該項(xiàng)指標(biāo)。

特別是在新起草的化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備用抗靜電涂料》的編制過程中，專家對(duì)如何制定導(dǎo)靜電涂料的該項(xiàng)指標(biāo)也產(chǎn)生了分歧。因此，建議國內(nèi)相關(guān)部門集合行業(yè)內(nèi)專家，盡早對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。

3 結(jié)論

(1)大連長興島一期120萬m3原油儲(chǔ)罐防腐涂裝設(shè)計(jì)主要參照了 GB 50393-2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行防腐涂層體系的設(shè)計(jì)，能有效保障原油儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。

(2)雖然GB 50393-2008在導(dǎo)靜電涂料的面電阻率技術(shù)指標(biāo)上與國內(nèi)外的一些標(biāo)準(zhǔn)有明顯的差異，但涂裝行業(yè)仍然需要遵循強(qiáng)制性的國家標(biāo)準(zhǔn)。

(3)GB 50393-2008標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)靜電涂料的面電阻率技術(shù)指標(biāo)存在一定的安全隱患，希望業(yè)內(nèi)能盡快達(dá)成共識(shí)，形成影響，對(duì)GB 50393相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行修訂，避免該隱患對(duì)國家財(cái)產(chǎn)造成損失。

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[1]鄭時(shí)鐵, 賈旭峰, 曲剛.新建原油儲(chǔ)罐防腐蝕涂料體系選擇及涂裝要求[J].現(xiàn)代涂料與涂裝, 2010, 13 (5): 16-18.

[2]宋廣成.執(zhí)行《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)注意的問題[J].電鍍與涂飾, 2010, 29 (8): 72-73.

Design of corrosion protective coating for Dalian Changxing Island oil storage tanks and discussion on correlative standards of antistatic conductive coatings

YANG Zhen-bo*, SHI Hua, SHAN Ming-zheng

The design of corrosion protective coating system for the first phase of 1.2 million m3oil storage tanks in Changxing Island, Dalian, was carried out based on the corrosion environment and the coating requirement.The main technical parameters and requirements of correlative materials were introduced.The value of surface resistivity in range of 108-1011Ω for an antistatic coating which was stipulated by GB 50393-2008Technical Code for Anticorrosive Engineering of the SteelPetroleum Tankwas oppugned.It is considered based on the correlative standards of foreign countries that the surface resistivity of antistatic conductive coatings in range of 105-109Ω may be more desirable to meet the requirement of oil products safety.

oil storage tank; corrosion protective coating;antistatic coating; surface resistivity; national standard

University of Science and Technology Beijing, Beijing 100095, China

TQ630.71

A

1004-227X (2013)12-0077-04

2013-06-10

楊振波（1978-），四川廣元人，高級(jí)工程師、一級(jí)建造師和注冊(cè)造價(jià)師，環(huán)保型防護(hù)技術(shù)功能涂料北京市工程實(shí)驗(yàn)室主任，研究方向?yàn)榉栏苛吓c涂裝。

(E-mail)yangzhenbo@sina.com。

韋鳳仙]