油罐車壁厚腐蝕減薄研究

蔣 艷

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油罐車壁厚腐蝕減薄研究

蔣 艷

福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院

油罐車被廣泛用于原油、汽油、柴油等石油衍生品的運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，保證其安全使用至關(guān)重要。在實(shí)際檢驗(yàn)工作中，檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)一輛油罐車局部壁厚減薄嚴(yán)重，該文對(duì)其壁厚異常減薄的原因進(jìn)行了分析，為油罐車的安全使用提供參考依據(jù)。

油罐車 腐蝕 壁厚減薄 安全使用

油罐車被廣泛運(yùn)用于原油、汽油、柴油等石油衍生品的公路短途運(yùn)輸，在油氣儲(chǔ)運(yùn)方面起著重要作用。由于油氣介質(zhì)的易燃、易爆、易揮發(fā)性質(zhì)，使得油罐車的安全使用問題備受關(guān)注。油罐車的材質(zhì)主要為碳素結(jié)構(gòu)鋼，常用的Q235B鋼元素含量主要為：含C 0.12%～0.20%，含Mn 0.30%～0.670%，含Si≤0.30%，含S≤0.045%，含P≤0.04%。一般條件下，Q235B等碳素鋼的耐蝕性滿足油罐車使用，但是受一些不良油品的腐蝕，或者使用環(huán)境的影響，會(huì)導(dǎo)致油罐車罐體受到嚴(yán)重腐蝕，進(jìn)而影響油罐車的安全使用[1,2]。

1 油罐車檢驗(yàn)結(jié)果分析

供檢驗(yàn)的為常壓油罐，罐體材質(zhì)為Q235B，罐體尺寸9100×2500×2000 mm，容積30.4 m3，封頭和罐體公稱壁厚分別為6.0 mm和5.0 mm，盛裝介質(zhì)為柴油。罐車外觀檢驗(yàn)未合格，氣密性試驗(yàn)（試驗(yàn)壓力0.036 MPa）也未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。依據(jù)《GB/T 11344-2008接觸式超聲脈沖回波法測(cè)厚方法》對(duì)罐車的罐體進(jìn)行了超聲波測(cè)厚[3]，測(cè)厚點(diǎn)的位置分布見圖1，測(cè)試結(jié)果見表1。

圖1 油罐車測(cè)厚點(diǎn)位置分布示意圖

表1 油罐車各測(cè)厚點(diǎn)壁厚數(shù)據(jù) (mm)

從表1可以看出，罐體封頭壁厚的腐蝕量在0.4～0.6 mm，筒體壁厚的腐蝕量在0.6～0.9 mm。該油罐車于2011年投入使用，至2016年，在不到5年的運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)發(fā)生了較嚴(yán)重的腐蝕，特別是壁厚較薄的筒體，有些部位的壁厚從5 mm減薄到4.1 mm，減薄量達(dá)到0.9 mm，相當(dāng)于減薄了18%，壁厚減薄較嚴(yán)重，依據(jù)GB 18564.1-2006附錄D關(guān)于壁厚的要求，當(dāng)截面積大于3.9 m2時(shí)，壁厚不能小于5mm[4]。此罐體截面積按近似橢圓面積計(jì)算為3.925 m2。故此罐最小壁厚不滿足要求。

2 壁厚減薄原因分析

2.1 硫化氫腐蝕

該油罐車在日常使用過程中，經(jīng)常運(yùn)輸不合格柴油，導(dǎo)致腐蝕較嚴(yán)重。不合格柴油的硫化氫含量偏高，在液相中會(huì)導(dǎo)致H2S-H2O的腐蝕，其腐蝕形態(tài)為均勻腐蝕、內(nèi)壁氫鼓泡及焊縫處的硫化物應(yīng)力開裂[5-7]。

在H2S+H2O腐蝕環(huán)境中，硫化氫在水中發(fā)生離解，反應(yīng)方程式如下：

H2S → H++ HS-→ 2H++ S2-

硫化氫離解導(dǎo)致碳鋼發(fā)生析氫腐蝕，形成局部腐蝕或均勻腐蝕，特別是對(duì)一些裂紋等缺陷部位，更易發(fā)生局部的嚴(yán)重腐蝕。而且在腐蝕過程中，吸附在電極表面的H2S分子和HS-在很大程度上能抑制還原生成的氫原子形成氫氣，從而使氫原子滲透入金屬內(nèi)部的量增大，進(jìn)而導(dǎo)致金屬發(fā)生氫損傷、氫鼓泡和氫致開裂等缺陷，將進(jìn)一步加大罐體后期開裂失效的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 縫隙腐蝕

此油罐車長(zhǎng)期?？吭诤＿?，海邊空氣中的氯離子含量偏高，而且大氣潮濕，再加上罐車罐體外表面有多處保護(hù)層剝落，這些裸露的部位在潮濕的氯離子大氣中極易導(dǎo)致局部氯離子腐蝕。當(dāng)表面形成FeO、Fe2O3等腐蝕產(chǎn)物后，在這些腐蝕產(chǎn)物與罐體之間存在很小縫隙（0.025～0.1 mm），縫內(nèi)介質(zhì)不易流動(dòng)形成滯留狀態(tài)，促使縫內(nèi)金屬加速腐蝕，容易導(dǎo)致縫隙腐蝕。

在縫隙腐蝕初期，縫隙內(nèi)外發(fā)生氧去極化的均勻腐蝕，但是隨著腐蝕的進(jìn)行，形成的Fe(OH)2等物質(zhì)易在縫隙口部堆積，導(dǎo)致氧分子的擴(kuò)散和離子交換變困難，最終構(gòu)成宏觀氧濃差電池（圖2）。但是縫隙口部的堆積物不能阻止Cl－通過，因此Cl-可以向縫內(nèi)遷入，而形成的金屬氯化物極易水解，形成H+，導(dǎo)致縫內(nèi)溶液酸化，pH值降低，形成閉塞電池自催化腐蝕，從而加速了縫隙內(nèi)腐蝕。

圖2 縫隙腐蝕機(jī)理

另一方面，一旦形成縫隙腐蝕，相對(duì)于其它區(qū)域，由于縫內(nèi)氧分子含量低，pH值低，因此在反應(yīng)過程中是作為陽極而被腐蝕，與縫隙外的大面積區(qū)域相比，易形成“大陰極小陽極”的腐蝕結(jié)構(gòu)，將會(huì)進(jìn)一步加大縫內(nèi)的腐蝕電流密度，使得縫內(nèi)腐蝕進(jìn)一步加劇，很容易導(dǎo)致局部腐蝕壁厚減薄。

3 結(jié)論

供檢驗(yàn)的油罐車罐體發(fā)生了較嚴(yán)重的局部腐蝕，導(dǎo)致罐體壁厚減薄嚴(yán)重，這一方面是由于油罐車在日常使用過程中運(yùn)輸不合格柴油導(dǎo)致硫化氫腐蝕，另一方面是因?yàn)楣捃囬L(zhǎng)期停靠在海邊，引發(fā)了氯離子腐蝕，特別是保護(hù)層脫落的裸露部位，發(fā)生了嚴(yán)重的局部腐蝕減薄。為此，建議罐車在今后使用過程中，要運(yùn)輸合格的油品，并做好罐體的日常維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)于罐體外層保護(hù)漆剝落的部位應(yīng)該及時(shí)修復(fù)。罐車在較長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，應(yīng)盡量避免?？吭诟g氣氛較強(qiáng)的海邊，避免引起嚴(yán)重的局部腐蝕。

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