江蘇LNG項(xiàng)目16萬(wàn)m3儲(chǔ)罐海水試壓方法探究及實(shí)踐

洪 寧，劉洪亮，胡本源

（1.中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇南通 226001；2.中國(guó)石油管道學(xué)院，河北廊坊 065000）

1 工程概況

江蘇LNG項(xiàng)目一期工程16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐T-1203的內(nèi)罐材質(zhì)為9%Ni鋼，于2012年8-9月對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)罐進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)采用海水作為試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)過(guò)程從進(jìn)水、試壓、排水至內(nèi)罐壁板、底板清理結(jié)束共歷時(shí)29 d。試驗(yàn)過(guò)程中未對(duì)內(nèi)罐采取任何陰極保護(hù)措施，試驗(yàn)過(guò)程中置于儲(chǔ)罐內(nèi)的試板與水壓試驗(yàn)前進(jìn)行的海水試驗(yàn)同條件試板的腐蝕數(shù)據(jù)一致。該儲(chǔ)罐于2012年12月1日投產(chǎn)，運(yùn)行至今未發(fā)現(xiàn)異常，基本證明該試驗(yàn)方案獲得成功。

2 9%Ni鋼在海水中的腐蝕機(jī)理分析

LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐壁板和底板材料為9%Ni鋼，相對(duì)于普通碳素鋼其含鎳量較高，碳和硫的含量相對(duì)較低，因而一般認(rèn)為9%Ni鋼的耐腐蝕性要優(yōu)于普通碳素鋼。當(dāng)儲(chǔ)罐的水壓試驗(yàn)采用海水作為試驗(yàn)介質(zhì)時(shí)，由于海水成分較為復(fù)雜，溶于海水的鹽類(lèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為3.2%～3.6%，其中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1.9，溶解氧量為3～8 mg/L，pH值約為8，具有較好的導(dǎo)電性能，對(duì)于浸泡于海水中的內(nèi)罐9%Ni鋼材容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

有資料說(shuō)明由于儲(chǔ)罐內(nèi)罐壁板及底板母材的電勢(shì)高于焊縫，則在焊縫區(qū)域與母材之間形成原電池，且腐蝕速率受焊縫表面積與母材表面積比值的影響，見(jiàn)表1。

表1 腐蝕速率與焊縫面積、母材面積的關(guān)系

T-1203儲(chǔ)罐內(nèi)罐壁板及底板在安裝前已經(jīng)對(duì)鋼材表面進(jìn)行了涂刷低鋅硅酸鹽底漆的防腐處理，僅預(yù)留板材邊緣40 mm范圍未涂刷底漆，以便于對(duì)接及搭接焊縫的焊接。因此認(rèn)為該狀態(tài)下的焊縫表面積與母材表面積的比值屬于上表中的第3類(lèi)或第4類(lèi)。因而在儲(chǔ)罐海水水壓試驗(yàn)中不考慮焊縫與母材之間因電勢(shì)差而產(chǎn)生腐蝕的影響因素，而只考慮內(nèi)罐壁板及底板作為整體在海水中腐蝕的情況。

3 兩種常用的陰極保護(hù)措施介紹

3.1 外加電流陰極保護(hù)法

外加電流陰極保護(hù)法是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，強(qiáng)制海水中的電子流向被保護(hù)的儲(chǔ)罐內(nèi)罐壁板及底板，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周?chē)h(huán)境而處于電子過(guò)剩狀態(tài)，從而使內(nèi)罐9%Ni鋼板得到保護(hù)。該方法在多種文獻(xiàn)中已有詳細(xì)論述，且在國(guó)內(nèi)外LNG儲(chǔ)罐海水水壓試驗(yàn)中普遍采用[1-2]。

3.2 犧牲陽(yáng)極保護(hù)法

犧牲陽(yáng)極保護(hù)法是利用還原性較強(qiáng)的金屬作為保護(hù)極，與被保護(hù)金屬即內(nèi)罐壁板及底板相連構(gòu)成原電池，還原性較強(qiáng)的金屬將作為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而消耗，內(nèi)罐壁板及底板作為正極而得到保護(hù)。

T-1203儲(chǔ)罐采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）有效保護(hù)周期t設(shè)計(jì)為0.1 a，即一個(gè)月左右的周期，T-1203儲(chǔ)罐水壓試驗(yàn)的計(jì)劃工期為30d。

（2）在有效保護(hù)期內(nèi)，被保護(hù)內(nèi)罐壁板保護(hù)電位需達(dá)到-0.85～-1.00 V（相對(duì)銅—飽和硫酸銅參比電極）。

（3）保護(hù)面積。T-1203 LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐直徑為80 m，海水充液高度為21 m，算得充液后內(nèi)罐壁板底板被海水覆蓋面積S1約為10 299.2 m2。由于內(nèi)罐壁板在安裝前已經(jīng)進(jìn)行了底漆防腐處理，僅預(yù)留板材邊緣40 mm，因而內(nèi)罐壁板未作防腐處理的面積只占總面積的3.4%左右，即保護(hù)面積S約為350.2 m2。

（4）保護(hù)電流。保護(hù)電流密度取i=80 mA/m2，則保護(hù)電流I=S×i=28（A）。

（5）犧牲陽(yáng)極材料選型及用量計(jì)算。擬選擇鋅帶作為犧牲陽(yáng)極材料，規(guī)格為12.7 mm×14.28 mm，其用量用下式計(jì)算：

式中W——犧牲陽(yáng)極用量/kg；

T——年小時(shí)數(shù)/h，為8 760 h；

Im——平均維持電流值/A，Im=0.9 I；

Q——犧牲陽(yáng)極的實(shí)際電容量/（Ah/kg），鋅陽(yáng)極取780 Ah/kg；

4 T-1203儲(chǔ)罐海水腐蝕試驗(yàn)及陰極保護(hù)措施的選擇

T-1203儲(chǔ)罐海水水壓試驗(yàn)前，制作了9塊相同尺寸9%Ni鋼母材試板，分為三組，分別浸泡于三組海水中，三組海水分別取樣于漲潮、平潮、落潮三個(gè)時(shí)間段。試板海水浸泡腐蝕試驗(yàn)?zāi)M內(nèi)罐的近似恒溫恒壓環(huán)境。試驗(yàn)周期為30 d，然后對(duì)試板的腐蝕情況進(jìn)行測(cè)量、分析，試驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，全部9%Ni鋼試板在海水中浸泡30 d的腐蝕厚度值為0.001～0.004 mm。

另外還制作了帶有焊縫的9%Ni鋼焊接試板一塊，同樣模擬上述環(huán)境浸泡于海水中30 d，通過(guò)觀察，母材、焊縫及焊縫邊緣出現(xiàn)輕微腐蝕現(xiàn)象。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為如果儲(chǔ)罐的海水試驗(yàn)控制在30 d內(nèi)完成，罐壁、罐底的腐蝕程度是可以接受的。且通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法的計(jì)算獲得犧牲陽(yáng)極所需材料僅為40 kg左右，因此認(rèn)為沒(méi)有必要采取該項(xiàng)措施。

在經(jīng)過(guò)幾方的細(xì)致討論后，作出了T-1203LNG儲(chǔ)罐海水水壓試驗(yàn)不采取陰極保護(hù)措施的決定。

5 水壓試驗(yàn)驗(yàn)證效果及結(jié)論

T-1203儲(chǔ)罐于2012年8-9月間對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)罐進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，采用海水作為試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)過(guò)程從進(jìn)水、試壓、排水至內(nèi)罐清理結(jié)束共歷時(shí)29 d。試驗(yàn)過(guò)程中在內(nèi)罐高度5 m處放置9%Ni鋼母材試板及焊接試板，儲(chǔ)罐水壓試驗(yàn)結(jié)束后將試板取出送試驗(yàn)室再次進(jìn)行測(cè)量，試板腐蝕厚度同樣維持在0.001～0.004 mm，試板母材、焊縫及焊縫邊緣呈現(xiàn)輕微腐蝕，未見(jiàn)不可接受的腐蝕狀況。儲(chǔ)罐海水試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)內(nèi)罐罐壁及罐底焊縫進(jìn)行著色 （PT）探傷檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)腐蝕裂紋。經(jīng)過(guò)4個(gè)月運(yùn)行未發(fā)現(xiàn)罐體異常，基本證明該試驗(yàn)方案可行。

由此我們提出以下觀點(diǎn)：

（1）LNG儲(chǔ)罐采用海水作為試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，在較短時(shí)間內(nèi)，海水對(duì)內(nèi)罐9%Ni鋼材的腐蝕影響很小。

（2）9%Ni鋼在海水中30 d內(nèi)的腐蝕厚度約為0.001～0.004 mm，該腐蝕量在海水水壓試驗(yàn)階段認(rèn)為是可以接受的。

（3）如果LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐壁板在安裝前預(yù)先進(jìn)行了涂刷低鋅硅酸鹽底漆防腐處理，則水壓試驗(yàn)中無(wú)論采用海水或淡水作為試驗(yàn)介質(zhì)，可考慮不采取陰極保護(hù)措施方案。

（4）LNG儲(chǔ)罐試壓試驗(yàn)如采用海水作為試驗(yàn)介質(zhì)，且不采取陰極保護(hù)措施，則試驗(yàn)周期應(yīng)控制在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成，且不宜超過(guò)30 d。

[1]劉吉飛，程久歡，祝曉丹，等.LNG儲(chǔ)罐水壓試驗(yàn)時(shí)內(nèi)罐防腐控制探討[J].石油工程建設(shè)，2009，35（6）：36-38.

[2]劉學(xué)發(fā)，彭國(guó)華.大型儲(chǔ)罐海水試壓防腐技術(shù)[J].石油工程建設(shè)，2012，（2）：103-105.