含硫常壓儲罐腐蝕檢測與維修

周景宏，程藝兵，吳 濤，徐 瑩，李博文

(1.中國石油天然氣股份公司遼陽石化分公司，遼寧 遼陽 111003;2.遼寧建工集團(tuán)第六建設(shè)工程有限公司，遼寧 遼陽 111003;3.中國科學(xué)院金屬研究所，遼寧 沈陽 110016)

隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展和各國對能源需求的不斷增加，原油和成品油的儲備受到世界各國的普遍關(guān)注。各類油庫油品的儲備能力已經(jīng)不僅僅是關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會穩(wěn)定的問題，更是會涉及國家政治軍事安全的重大問題［1］。近年來，國內(nèi)儲罐大型化使油庫的存儲能力大大提高，但儲罐的設(shè)計壽命一般為20 a，隨著使用時間的延長，像其它設(shè)備一樣，儲罐不可避免地會出現(xiàn)各種腐蝕和老化現(xiàn)象，存在著很大的安全隱患，一旦出現(xiàn)泄露、爆炸等事故，會造成無法挽回的直接經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染等災(zāi)難性后果。例如，1974 年12 月，日本水島煉廠5 ×104m3儲罐發(fā)生罐底破裂事故，原油泄漏4.3 ×104m3，油從罐壁與罐底之間沖出，并沖開了防油堤，約9 ×103m3的原油流到海面，致使大面積海域受到污染;1988 年1 月，美國賓西法尼亞州Ashland 石油公司的容積為6 ×106m3的柴油儲罐解體并倒塌，造成2.84 ×103m3的柴油流入Monongahela 和Ohio 河，對河流的生態(tài)環(huán)境造成極大破壞。因此，為了儲罐的安全使用應(yīng)當(dāng)做好腐蝕防護(hù)、加強(qiáng)腐蝕監(jiān)測、合理安排腐蝕檢查。針對2014 年某煉油廠儲罐腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)的腐蝕問題，分析了儲罐腐蝕原因，并提出了維修措施。

1 儲罐腐蝕檢查

1.1 儲罐區(qū)介紹

煉油廠始建于1978 年7 月，于1982 年竣工投用。后來為適應(yīng)上游生產(chǎn)裝置的擴(kuò)建改造等需要，完成過多次改擴(kuò)建工程。東部罐區(qū)目前共有7 個罐組，均為拱頂立式常壓儲罐，罐底沒有安裝陰極保護(hù)裝置和涂刷防腐涂料。2000 年后期主要存儲由俄羅斯進(jìn)口原油煉制的產(chǎn)品油和中間產(chǎn)品，儲罐總?cè)萘?4.71 ×104m3。俄羅斯原油的特性是輕組分含量高，含硫量高，煉制過程中產(chǎn)生大量的H2S 氣體，這些氣體不可避免的進(jìn)入下游裝置的生產(chǎn)過程中，并且和部分產(chǎn)品共存，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕非常嚴(yán)重。2014 年對渣油罐組設(shè)備進(jìn)行腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)儲罐腐蝕損壞嚴(yán)重。

1.2 腐蝕檢查

采用直接觀察法、超聲波測厚儀和HTT-II 型儲罐底板漏磁檢測儀對儲罐整體腐蝕情況進(jìn)行了檢測，并數(shù)碼相機(jī)記錄宏觀腐蝕形貌。按照SY/T0087—1995《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕與防護(hù)調(diào)查方法標(biāo)準(zhǔn)》和中國石油化工集團(tuán)公司、中國石油化工股份有限公司修訂的《石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程》——常壓立式圓筒鋼制焊接儲罐維護(hù)檢修規(guī)程的規(guī)定，對儲罐進(jìn)行全面檢查。

2 結(jié)果與分析

2.1 儲罐頂板腐蝕

腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)渣油罐組8 個儲罐中有5 個儲罐罐頂內(nèi)壁有明顯的均勻腐蝕減薄，個別儲罐罐頂已經(jīng)大面積腐蝕穿孔，測厚數(shù)據(jù)見表1。其中C105 渣油罐罐頂(材質(zhì)為Q235 鋼)腐蝕最為嚴(yán)重，罐頂出現(xiàn)多處腐蝕穿孔，沒穿孔部位的壁厚也大多不足3 mm，如圖1 所示。

圖1 C105 罐頂腐蝕穿孔形貌

表1 儲罐頂板測厚數(shù)據(jù)

儲罐頂板H2S 腐蝕是造成儲罐頂板大面積腐蝕的主要原因。儲罐常壓操作，操作溫度60～85 ℃，儲罐存儲油品介質(zhì)中含有H2S。日常檢測儲罐H2S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高值曾經(jīng)超出100 μg ∕g。拱頂罐通過呼吸閥等設(shè)施和外界大氣相通，呼吸閥正開啟壓力0.000 92 MPa。當(dāng)油品被抽出時，罐內(nèi)液位降低，新鮮的空氣會通過呼吸閥涌入罐內(nèi)，以維持罐內(nèi)外氣壓平衡［2］。油品中蒸發(fā)出的水蒸氣會在儲罐內(nèi)壁凝結(jié)形成液膜，為腐蝕的發(fā)生提供了環(huán)境。另外，油品中揮發(fā)出的H2S 氣體溶入凝結(jié)液形成H2O-H2S-O2腐蝕體系腐蝕罐頂內(nèi)壁。由于儲罐不斷有油品進(jìn)出，儲罐呼吸作用頻繁，不停地補(bǔ)充氧氣，促進(jìn)了罐頂內(nèi)壁腐蝕的發(fā)展進(jìn)程［3］。

2.2 儲罐底板腐蝕

對儲罐底板腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)，儲罐底板腐蝕主要是發(fā)生在上表面(內(nèi)側(cè)腐蝕)，被檢罐底均有不同程度的局部腐蝕，以點腐蝕為主。圖2 所示為渣油罐C101 底板標(biāo)號，底板名義厚度6～8 mm，材質(zhì)為Q235 鋼，罐底總面積為405.50 m2。采用儲罐底板漏磁檢測儀對C101 的79 塊底板全部做了檢測。檢測發(fā)現(xiàn)，底板局部大面積點蝕減薄，35號、41 號、50 號、55 號、63 號和70 號底板存在腐蝕深度比為40%～60%不同層度的點蝕坑，圖2中陰影部分為腐蝕發(fā)生區(qū)域。

圖2 C101 儲罐底板標(biāo)記

圖3 標(biāo)出了各塊底板的具體腐蝕位置，35號、50 號和70 號底板點蝕坑直徑約60 mm，最大腐蝕深度比約為50%;41 號底板腐蝕出一條面積約400 mm×350 mm 的點蝕坑帶，最深的點蝕坑腐蝕深度比約為60%;55 號和63 號底板分別有面積約為1 300 mm × 400 mm 和700 mm ×1 300 mm的腐蝕坑帶，最大腐蝕深度比約為50%，圖4 為55 號罐底板腐蝕坑帶宏觀形貌。

圖3 C101 儲罐底板腐蝕部位示意

圖4 55 號底板腐蝕形貌

儲罐底部復(fù)雜的水雜腐蝕是造成儲罐底板大面積局部腐蝕的主要原因［4］。成品油儲罐底部水雜成分相當(dāng)復(fù)雜，燃料油罐水雜的pH 值為6.0～6.5。水雜的來源主要有2 個方面，(一)在加工過程中的添加劑，經(jīng)長期存儲油品膠質(zhì)指標(biāo)發(fā)生了變化，部分膠質(zhì)沉淀在罐底;(二)罐頂罐壁腐蝕產(chǎn)物脫落引入雜質(zhì)。油品中的腐蝕性離子，如S2-和Cl-等溶入水分后隨水分沉入罐底腐蝕儲罐底板。由于水雜并非均勻的沉積在罐底，雖然儲罐會定期脫水，還是在水雜沉淀處就形成了局部腐蝕區(qū)域，造成底板發(fā)生局部腐蝕。

3 維修措施

3.1 罐頂維修措施

依據(jù)SHS01012—2004《常壓立式圓筒形鋼制焊接儲罐維護(hù)檢修規(guī)程》規(guī)定要求，結(jié)合罐頂腐蝕檢查結(jié)果，提出以下修補(bǔ)措施:渣油罐C101、C103、C104、C105 和C108 等5 臺拱頂儲罐由于罐頂板腐蝕嚴(yán)重，將原罐頂板全部拆除，用Q235-B 的鋼板重新更換。罐頂板更換之后，罐頂板內(nèi)、外表面噴砂除銹，噴砂除銹等級為Sa2.5。噴砂除銹后，罐頂板外表面涂刷兩次環(huán)氧富鋅底漆、三次環(huán)氧云鐵中間漆和兩次丙烯酸聚氨脂面漆;罐頂板內(nèi)表面涂刷無機(jī)富鋅底漆兩道，每道干膜厚度40 μm、耐熱耐油導(dǎo)靜電涂料中間漆各兩道、面漆二道，干膜總厚度160 μm。

3.2 罐底板維修措施

將檢測發(fā)現(xiàn)有腐蝕破損的底板進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)后繼續(xù)使用。35 號、50 號和70 號底板的點狀腐蝕坑直接補(bǔ)焊填平;41 號、55 號和63 號底板采用面積大于點蝕坑帶面積且與底板同材質(zhì)的鋼板做貼片焊接。

由于底板附著較厚的腐蝕產(chǎn)物和油泥，且金屬在H2S 作用下，電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氫原子滲透到金屬內(nèi)部，當(dāng)金屬焊接高溫溶解后逸出氫氣，給焊縫成型帶來了困難。貼片焊接經(jīng)嘗試多種焊接工藝，最終摸索出一套可使焊縫成型良好的焊接工藝。焊接前先用電刷清除焊道表面及周圍區(qū)域至光亮，并采用氣焊加熱焊道，待表面火紅后進(jìn)行手工電弧焊接，此時焊縫可能會有少量氣孔，再次用氣焊加熱焊縫，手工鐵刷清理焊縫表面后再次進(jìn)行手工電弧焊接，如此反復(fù)進(jìn)行直至焊縫成型良好，焊縫經(jīng)無損檢測合格。表2 中列出了其他焊接工藝及焊縫表面現(xiàn)象。

表2 焊接工藝

4 結(jié)束語

儲罐的腐蝕是由多種因素引起的，為了防止其發(fā)生腐蝕，除了從選材、施工等方面都應(yīng)把好關(guān)外，科學(xué)合理的日常腐蝕管理同等重要。采用經(jīng)濟(jì)合理施工方法，在保證檢修安全工藝條件下，安排儲罐維護(hù)檢修，涂刷防腐涂料，安裝儲罐陰極保護(hù)裝置、罐底泄露監(jiān)測裝置和腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)，對儲罐剩余壽命作出評估，為避免腐蝕事故的發(fā)生是很有必要的。

［1］鄭敏，朱成果.我國油氣資源及對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響研究［J］.中國礦業(yè)，2006，15(11):9-11.

［2］史玉穎，楊劍鋒，劉文彬，等.煉油廠儲罐腐蝕檢查及防護(hù)措施［J］.安全與環(huán)境工程，2014，21(3):90-93.

［3］田立奎.拱頂儲罐腐蝕原因分析及防腐措施［J］.石油化工安全技術(shù)，2005，21(1):49-51.

［4］金利鋒.成品油儲罐底板腐蝕的因素分析［J］.儲運(yùn)技術(shù)，2011，20(2):3-6.

［5］胡建華.油品儲運(yùn)技術(shù)［M］.北京:中國石化出版社，2002:155-162.