原油儲罐的腐蝕與防護

趙懷玉

(天津煉達集團有限公司，天津 300280)

大型煉廠的原油儲罐裝置單體罐容多為10萬m3，單體成本接近1億元。原油儲罐的損傷失效多由腐蝕等因素造成，對原油儲罐進行腐蝕與防護的研究工作十分重要。

一、腐蝕因素分析

1.油罐外表面主要發(fā)生大氣腐蝕

大氣腐蝕是由大氣中的水、氧、酸性污染物等物質(zhì)的作用而引起的腐蝕。影響大氣腐蝕的如下。

(1)水。在大氣環(huán)境下對鋼材起腐蝕作用的物質(zhì)中，水是主要因素，其腐蝕原理包括：

①水能溶解大量的離子，引起金屬腐蝕；

②水可以離解成H+、OH-，而對金屬、氧化物的溶解腐蝕有明顯的影響。

(2)SO2。以石油、天然氣、煤為燃料的廢氣中含有大量的SO2，鋼板的腐蝕速度隨大氣中SO2含量的增加而增加。

(3)海洋大氣。海洋附近的大氣中含有較多的鹽分，其主要成分是NaCI。C1-有很強的侵蝕性，可加劇腐蝕。離海洋越遠，大氣中的鹽分越少，腐蝕作用越小。

(4)其他因素。石油生產(chǎn)的大氣環(huán)境中可能含有大量的C1-、NH3、S固體塵粒等有害物質(zhì)，它們對鋼鐵的腐蝕隨著含量的上升而增加。幾種物質(zhì)的協(xié)同效應將加劇鋼材腐蝕。

2.儲罐內(nèi)部支柱對底板的腐蝕

(1)氣相空間部分。在浮頂起浮前(外浮頂?shù)钠鸶^(qū)間一般在1.5~1.8m)，外界的空氣會吸入罐中，當溫度降低時，空氣中的水蒸氣會凝結(jié)成水滴，從油中析出的硫化氫溶于水滴中，再加上氧化作用，將生成硫化鐵、硫化亞鐵、硫酸加深電化學腐蝕。當空氣中相對濕度≥80%時，這種腐蝕現(xiàn)象更為嚴重。此外，油罐氣體空間內(nèi)壁含有氧和水，也會造成化學腐蝕和電化學腐蝕。

Fe(OH)2、FeO、Fe3O4、Fe2O3等呈陰極性，能促使鋼板進一步腐蝕，導致氣相部位出現(xiàn)點蝕或全面腐蝕。

(2)與油交接部分。在氧氣交界處由于氧氣濃度不均，易形成氧濃差電池，其中與油接觸的一側(cè)成為陽極被腐蝕。外浮頂原油罐形成氧濃差電池的情況主要是罐壁頂部2m、底部2m及浮頂內(nèi)表面，而其他部位形成氧濃差電池的機會很少，腐蝕較輕。

(3)底部與沉積水接觸部分。這是油罐中通常腐蝕最嚴重的部位。主要原因有：罐底沉降水中含有礦物質(zhì)及一些鹽類，能形成較強的電解質(zhì)溶液；罐底內(nèi)壁因焊接、不均勻沉降等引起鋼鐵的化學成分、組織結(jié)構(gòu)或應力不均；油罐氣體空間部分的腐蝕產(chǎn)物掉落到罐底，其電極電位較鋼鐵為正，會引起鋼鐵的腐蝕。另外，罐底水中含有厭氧細菌有機物、硫酸鹽、H2S和CO2，罐底水處于缺氧狀態(tài)，適于作為厭氧性細菌的硫酸鹽還原菌的生存。

支柱對應處底板的腐蝕比罐底板其他部位的腐蝕嚴重得多，主要由兩個原因引起：

①沒有涂層保護，造成該部位在油罐進油投用時就開始遭受腐蝕；

②注油時支柱對底板的沖擊。由于支柱的沖擊該部位經(jīng)常是裸露的金屬，加速了腐蝕。

3.罐底板外側(cè)的腐蝕

罐底通常鋪有瀝青砂墊層，但含鹽的地下水因毛細管作用而上升與罐底外壁接觸而產(chǎn)生電化學腐蝕。底板不易檢查修理，焊縫附近的防腐涂料又往往被燒掉，增加了腐蝕的嚴重性。大直徑油罐不均勻沉降時，也會因罐底土壤的充氣不均而形成氧濃差電池，成為腐蝕的部位。

二、目前原油儲罐防腐現(xiàn)狀

中國石油在對內(nèi)部企業(yè)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，原油儲罐腐蝕嚴重的是罐底內(nèi)壁、罐底外壁、罐底腳外壁、拱頂及浮頂內(nèi)壁等部位，主要是由于防腐層缺陷、存在沉積水發(fā)生電化學腐蝕等引起。統(tǒng)計13家煉化企業(yè)，2009年至今有4家發(fā)生罐底腐蝕穿孔事故。在對大港石化、大港油田的原油儲罐維護檢修中發(fā)現(xiàn)，腐蝕多發(fā)生在罐底板、浮倉與密封結(jié)合面、罐底板外表面。一般使用6年左右，犧牲陽極塊大部已消耗殆盡，罐底涂層50%以上脫落，局部腐蝕坑深度達6mm以上(圖1)，罐底板邊緣有明顯腐蝕(圖2)。

圖1

圖2

三、腐蝕與防護技術(shù)探討

儲罐底部采用犧牲陽極+涂層聯(lián)合保護，儲罐底部外側(cè)采用外加電流陰極+涂層聯(lián)合保護。結(jié)合近幾年的工作經(jīng)驗，認為應注意如下幾個方面的工作。

1.加強邊緣板防水管理

原有罐底邊緣板多采用瀝青灌縫、敷瀝青砂或橡膠瀝青等，耐老化性能差，粘結(jié)強度不夠，彈性差易開裂、拉脫。目前多采用彈性膠泥+礦質(zhì)帶或彈性防水、防腐覆蓋涂層，應用較廣的如CTPU彈性防水涂料，在使用過程中應加強維護，發(fā)現(xiàn)局部邊緣板防水損壞應及時修理。

2.對各類鋼材料進行防腐預處理

目前施工大部分先進行安裝，在投用前進行防腐施工。在進行罐內(nèi)、浮倉等處防腐時，現(xiàn)場噴砂造成的粉塵污染涂層，表面處理的質(zhì)量好壞影響涂層最后質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要做到表面清潔度符合GB8923-88 A-B Sa2.5級、表面粗糙度符合GB1031-83 Rz30~85μm，只有通過機械化的拋丸處理。對鋼結(jié)構(gòu)、鋼板、管線進行拋丸處理后涂刷可焊無機富鋅底漆，涂層厚度滿足75μm。安裝后不需要噴砂，最后防腐前可進行電動工具表面處理，而后刷漆。無機富鋅底漆可作為多道涂層體系中的第一道底漆，附著力強、可以耐溫到400℃，當涂層大于70μm時有很好的陰極保護功能。

3.防腐涂層配套(表1)

4.加強犧牲陽極、外加電流陰極保護系統(tǒng)維護

每月應對各測量點保護電位進行測試，對保護效果進行評價。

5.定期檢驗每6年1次全面檢查與檢驗包括罐體內(nèi)外宏觀檢查、內(nèi)外防腐涂層檢查、壁厚檢測、罐底板與壁板焊縫磁粉檢測、罐底板的漏磁掃描檢測、附件及安全設(shè)施檢查等內(nèi)容。

表1

四、應用案例

2010年中石油大港石化原油儲備庫10具10萬m3原油儲罐采用上述措施施工，略有不同是罐底板內(nèi)表面、罐內(nèi)壁1.5m以下(積水)部分采用350μm無溶劑環(huán)氧玻璃鱗片涂料，應用3年效果良好。

因此，儲罐的腐蝕和原始施工質(zhì)量有密切關(guān)系，施工過程應結(jié)合科學、合理、細致的防腐設(shè)計。同時，定期對儲蓄進行全面檢驗是非常合理的。