鋼質(zhì)原油儲罐的腐蝕與防護

李軍龍 徐星 金劉偉 鞏毅超 陳挺

摘 要：隨著石油石化行業(yè)的快速發(fā)展，對原油的儲存提出了更高的要求，這就需要新建大量的原油儲罐?；谠偷睦砘再|(zhì)相對復雜又具有極強的腐蝕性，因此，研究原油儲罐防腐蝕的舉措和方法受到高度的重視。針對原油儲罐的腐蝕現(xiàn)狀，為確保大型儲罐安全長周期運行，解決儲罐防腐技術應用中的腐蝕泄露問題，降低儲罐的事故風險，分析了針對儲罐各個部位的腐蝕機理所采取的防腐蝕措施。最后闡述了影響儲罐防腐蝕效果的原因。

關 鍵 詞：原油儲罐；腐蝕機理；涂層保護；陰極保護

中圖分類號：TE 980 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）04-0770-03

Abstract： With the continuous development of petroleum and petrochemical industry， and increasing of oil storage capacity， more and more storage tanks are being applied. Because the physical and chemical properties of crude oil are relatively complex and crude oil has strong corrosive， research on oil tank anti-corrosion measures and methods is very important. In this paper， based on the status of the corrosion of crude oil tank， in order to improve the service life of the tank and reduce the incidence of the tank， the corrosion mechanism of each part of the tank was researched. At the same time， the concrete corrosion protection measures were put forward. Finally， key causes to affect the tank anti-corrosion effect were analyzed.

Key words： Crude oil tanks； Corrosion mechanism； Coating protection； Cathodic protection

隨著石油石化行業(yè)的飛速發(fā)展，原油儲罐作為油氣儲運中不可缺少的重要設備，在油田、中轉站、煉油廠及油庫等廣泛應用。儲罐在使用過程中，不同的部位，接觸的腐蝕環(huán)境是不同的。內(nèi)壁的腐蝕主要受介質(zhì)的性質(zhì)影響，其中所含有的水分，氯化物、硫化物以及鈣鎂鐵鹽等，是造成儲罐發(fā)生電化學腐蝕的主要因素；外腐蝕則為大氣腐蝕、土壤腐蝕及保溫結構吸水后的腐蝕影響等。

儲罐腐蝕造成的后果嚴重，主要有：①原油的損失；②污染環(huán)境；③維修費用高；④土壤凈化費高；⑤環(huán)保處罰。因此，對儲罐的腐蝕類型、不同部位的腐蝕機理進行分析，找出適用、經(jīng)濟的防護方法是很有必要的。

1 鋼質(zhì)原油儲罐的腐蝕分析

1.1 儲罐內(nèi)腐蝕

1.1.1 罐頂及罐壁上部腐蝕

該部位的腐蝕主要是原油中的揮發(fā)性硫化物、空氣中的氧及水蒸氣造成的氣相腐蝕。根據(jù)電化學腐蝕特點，儲罐氣相部位腐蝕激化的主要原因是原油揮發(fā)分離出的輕質(zhì)組分，如SO2、H2S、CO2、O2等，溶解在頂部內(nèi)表面的水膜中，凝結成酸性溶液，形成了腐蝕原電池的條件[1]。由于凝結水膜較薄，達到幾十到幾百個水分子層厚，10 nm～1μm，氧易于擴散進入界面，因而氣相腐蝕的陰極過程主要發(fā)生氧的去極化反應，使腐蝕速率急劇增大。該區(qū)腐蝕表現(xiàn)為非均勻全面腐蝕，且多以坑點狀分布，腐蝕程度比罐壁區(qū)嚴重，但相對于罐底積水部位腐蝕較輕。

1.1.2 罐壁中部液相腐蝕

原油黏度較大，可流掛于儲罐的罐壁中部，起一定的保護作用，短期內(nèi)一般不會造成罐壁的腐蝕穿孔。腐蝕形態(tài)是油品中雜質(zhì)對儲罐的腐蝕，其雜質(zhì)多為油罐倒灌、循環(huán)攪拌過程攜帶的。

對于液位經(jīng)常變化的儲罐，由于氧氣濃度不均，在與油水和油氣的交界面相接觸的儲油部位，易形成氧濃差電池而造成腐蝕，氧濃度差越大，腐蝕速率越大。

1.1.3 底板和壁板1.5 m以下部位的腐蝕

儲罐的主要腐蝕部位為它的底板內(nèi)表面和壁板內(nèi)表面1.5 m以下部位，其主要表現(xiàn)為電化學腐蝕。腐蝕介質(zhì)是原油處理后所攜帶的少量水分沉降形成的油析水層；有時罐頂穿孔漏進雨水，在罐基礎變形后，沉積水不能通過積液槽及時有效的排出，也會在罐的底部積蓄一層水，少則200～300 mm，多則可達800 mm；有時在長距離密閉輸送過程中，原油中正常含有的水分，也因怕輸送環(huán)節(jié)中造成損失，不愿排出，這就使水層永久保存在儲罐底部[2]。

油析水中含大量無機鹽分，有些會水解生成腐蝕性很強的酸，同時，罐底是一個厭氧環(huán)境，且含油污水礦化度高、含Cl-高、含有大量的SO42-，為硫酸鹽還原菌（SRB）提供了生存環(huán)境。這些腐蝕性介質(zhì)與罐底板防腐層破損處發(fā)生電化學反應，造成了嚴重的局部腐蝕，如點蝕、坑蝕，加大了儲罐腐蝕穿孔的風險。

1.2 儲罐外腐蝕

儲罐的外表面主要處于以下四種腐蝕環(huán)境：①大氣腐蝕環(huán)境下的儲罐外表面；②罐底板下表面；③罐底外邊緣板與基礎連接處；④保溫罐外壁。

1.2.1 罐頂腐蝕

罐頂外表面處于大氣環(huán)境（鄉(xiāng)村大氣、城鎮(zhèn)大氣、工業(yè)大氣、海洋大氣），腐蝕性受儲罐建設地區(qū)所含污染物的影響較大。SO2是工業(yè)大氣中對金屬腐蝕最嚴重的氣體，在金屬表面的催化作用下，被氧化成SO3，并在表面的水膜中形成硫酸而腐蝕金屬。當儲罐處于海洋大氣環(huán)境下時，大氣中彌漫著無機鹽，如：氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣，均為很強的吸潮劑，在空氣達到露點時極易在金屬表面形成水膜，產(chǎn)生電化學腐蝕[3]。

1.2.2 罐壁腐蝕

為滿足工藝要求，原油儲罐通常要進行保溫，保溫材料多為巖棉、聚氨酯泡沫塑料、復合硅酸鹽等，一般情況下處于非常干燥的環(huán)境中，在防銹涂料的保護下，不易發(fā)生腐蝕。由于保溫材料中含有大量的無機鹽、氯化物、氟化物、硫化物等有害成分，在有水存在環(huán)境下，保溫材料吸收水分形成強電解質(zhì)溶液，為金屬的電化學腐蝕創(chuàng)造了條件。罐壁腐蝕水分的來源主要有三種：①保溫層外保護層多采用鍍鋅鐵皮，自攻螺釘或抽芯鉚釘固定，這種結構遭受雨淋之后可能造成保溫釘處的電偶腐蝕，穿孔進水；②基礎中的水分因毛細作用而進入保溫層[4]；③保溫層上部防雨檐缺失或者防雨檐防水效果較差的情況下，雨水也會滲進保溫層。一旦保溫層中有了水，就形成了保溫層下腐蝕（Corrosion Under Insulation， CUI），CUI 的隱蔽性和高危害性會帶來嚴重的經(jīng)濟問題和安全問題。

1.2.3 罐底板外壁腐蝕

罐底通常鋪有瀝青砂墊層，底板不直接與基礎接觸，腐蝕主要是基礎沒有有效的防滲水措施，其中罐底邊緣板防腐一直是儲罐防腐的薄弱環(huán)節(jié)。其主要和邊緣板與基礎連接處的特殊性有關：①罐基礎與罐底板結合部位隨著環(huán)境（主要是溫度）的變化使底板發(fā)生徑向伸縮；②儲罐儲油量的載荷變化引起罐底板的變形。雨水和水汽沿邊緣板與罐基礎中心部位之間縫隙侵入罐底，形成了“大陰極-小陽極”式氧濃差電池腐蝕，腐蝕形態(tài)呈潰瘍狀[5，6]。儲罐投產(chǎn)后底板受其位置限制，不易檢查修理，腐蝕情況不易控制和掌握，又是容易發(fā)生點蝕的部位，這就更增加了腐蝕的可能性。

2 鋼質(zhì)原油儲罐腐蝕的防護措施

2.1 儲罐內(nèi)防腐

為避免腐蝕性介質(zhì)與儲罐的直接接觸，罐底板上表面及油水分界線以下的罐內(nèi)壁應采用具有良好的耐酸堿、耐鹽水、耐硫化物、耐油性能和良好的物理機械性能的環(huán)氧樹脂類涂料?？紤]到消除靜電積累，避免電壓過高造成意外災害事故的發(fā)生，此部位防腐所選涂層應具有防靜電功能。底漆宜采用環(huán)氧類涂料，中間漆可采用厚漿型玻璃鱗片等防腐蝕涂料，面漆應采用耐酸堿、耐硫化物、耐油和耐溫的防腐蝕涂料，其余罐內(nèi)壁應采用本征型或非碳系的淺色添加型導靜電防腐蝕涂料，涂層的表面電阻率應為108～1011Ω[7]。

儲罐罐底及罐壁油水分界線以下部位應采用犧牲陽極和防靜電涂層相結合的保護方法。工程中常用的犧牲陽極材料有鎂和鎂合金、鋅和鋅合金和鋁合金三大類，考慮到鋅陽極在溫度高于49 ℃時，發(fā)生晶間腐蝕，高于54 ℃時，極性發(fā)生逆轉，變成陰極受到保護，故不選用；鎂陽極有產(chǎn)生電火花的危險，故不選用；鋁陽極不存在過保護和安全原因，并且使用壽命長，適宜含Cl-的電解質(zhì)環(huán)境，故儲罐內(nèi)壁陰極保護多選用鋁合金犧牲陽極。

2.2 儲罐外防腐

2.2.1 罐頂

一般罐頂外表面采用復合型防腐涂料，其組成與結構為：環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+氟碳面漆（丙烯酸聚氨酯面漆）。這種防腐層具有與金屬表面良好的粘結力、耐紫外線老化、耐候性好、防水防大氣腐蝕，同時還具有良好的裝飾性。

2.2.2 罐壁

對有外保溫結構的罐壁采用“上遮、下斷、中防滲”的防護方法，即油罐的上部鋼板表面涂刷防銹涂料，并將保溫層外鍍鋅鐵皮密封，防止雨水進入保溫層[8]?？紤]最下部壁板可能長期接觸罐底明水，對罐壁底部保溫時，最下部200 mm高的這圈罐壁不保溫，但需進行外防腐。這樣避免了保溫材料吸水造成的腐蝕，使罐壁始終處于一個干燥的環(huán)境中。

2.2.3 罐底板

涂層+陰極保護是罐底板外表面行之有效的防蝕方法。防腐層底漆優(yōu)先選用以環(huán)氧樹脂為基礎的高濃度鋅粉涂料，如無機富鋅底漆、環(huán)氧富鋅底漆，這種涂料最大的優(yōu)點是能對鋼材起到陰極保護作用，可焊性好；面漆可采用厚漿型環(huán)氧煤瀝青漆或環(huán)氧瀝青玻璃鱗片防腐涂料。輔助陽極是外加電流法陰極保護的重要組元，其作用是將保護電流經(jīng)過介質(zhì)傳遞到被保護結構物表面上。罐底網(wǎng)狀陽極是常用的輔助陽極埋設方式，由混合金屬氧化物帶狀陽極與鈦金屬連接片垂直鋪設，在交叉處焊接而成的陽極網(wǎng)，預埋在儲罐基礎的砂層中。與傳統(tǒng)的深井陽極、分散式淺埋陽極相比使用壽命長，輸出電流分布均勻，保護電位分布均勻，避免了過保護和保護不足的問題，施工安裝較為方便，不易受今后工程施工的損壞，質(zhì)量容易保證。

儲罐的邊緣板防腐可采用涂敷彈性聚氨酯密封膠+貼附無蠟中堿玻璃布方式或三元乙丙防腐橡膠帶的防腐蝕措施。

3 影響儲罐防腐效果的原因分析

近年來儲罐的防腐蝕方法和保護措施不斷增多和進步，陰極保護技術也越來越成熟，但儲罐的防蝕效果卻并不是十分理想。造成這種現(xiàn)象的原因，不僅與儲罐設計的防腐蝕措施有關，而且在很大程度上取決于以下幾個方面。

3.1 表面處理過程

基材的表面處理對于保證涂層質(zhì)量很重要，各種因素對涂膜壽命的影響列于表1[9]。

金屬表面處理的質(zhì)量直接影響涂層對被涂基材表面的附著力及材料的耐腐蝕性能。表面處理要注意清潔度和粗糙度兩方面的質(zhì)量標準[10]。粗糙度直接影響漆膜的附著力，當粗糙度達到30～75μm時，漆膜與基體的粘合力最好[11]。

施工前對被涂表面必須嚴格進行處理，做到表面無銹蝕，油污，達到我國GB/T 8923.1-2011《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級》中的Sa2 1/2級或采用手工機械除銹達到St3級。

3.2 涂料及涂敷質(zhì)量

在防腐蝕設計方案確定之后，現(xiàn)場施工中的質(zhì)量控制就顯得尤為重要，涂層厚度應達到設計要求。這個過程比較普遍的問題是：未按照涂料產(chǎn)品說明書要求進行多道涂裝；對凹凸不平、焊接波紋和非圓弧拐角處，沒有及時修補即開始涂層施工；在未處理好的基材表面上直接涂敷；由于工程延期滯后，對涂敷的施工作業(yè)環(huán)境把關不嚴，冒險施工。防腐工程施工完畢涂層表面實干后，必須進行防腐層質(zhì)量檢驗，包括外觀目測法檢查、磁性測厚儀厚度檢驗、電火花檢漏儀漏點檢查和粘結力抽查。

3.3 陰極保護方面

從儲罐的安全運營考慮，要求內(nèi)涂層選用導靜電涂料；從陰極保護角度出發(fā)，罐底板及罐壁下部在配合犧牲陽極保護時，要采用防靜電涂層。導靜電意味著保護電流的流失，會導致犧牲陽極消耗過快且底板達不到陰極保護準則要求的保護電位。所以有必要綜合考慮這兩方面的要求。

根據(jù)儲罐防雷接地要求，儲罐周圍應安裝接地極。由于接地極的安裝，大部分電流將通過接地極，而不是土壤流入儲罐底板，使陰極保護失去作用。

4 結 論

原油儲罐采用防腐涂層和陰極保護的聯(lián)合保護措施，不但有效降低了儲罐腐蝕泄漏的事故發(fā)生率，保證了生產(chǎn)部門正常的運營活動，而且減少了對站場周邊的環(huán)境污染。儲罐的腐蝕防護工作是一項系統(tǒng)性的的工作，需要不斷地研究和總結現(xiàn)場應用中暴露出來的問題，及時調(diào)整腐蝕控制措施，積極推進新技術，從設計、施工等各個環(huán)節(jié)嚴格控制防腐蝕工程質(zhì)量，盡可能地把原油儲罐的腐蝕損失降到最低。

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