鋼質(zhì)儲(chǔ)罐海水充水試驗(yàn)中防腐蝕措施的應(yīng)用

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(1.天津臨港鐵路建設(shè)發(fā)展有限公司，天津 300300;2.中化石油福建有限公司，福建 廈門 361000)

自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，利用港口區(qū)域得天獨(dú)厚的物流優(yōu)勢(shì)，石油化工倉(cāng)儲(chǔ)商業(yè)罐區(qū)陸續(xù)在中國(guó)沿海各港口區(qū)域建設(shè)。

在儲(chǔ)罐全部焊接完成，進(jìn)行充水試驗(yàn)時(shí)，需要使用大量的淡水，而港口區(qū)域無(wú)疑是淡水緊缺的區(qū)域，淡水來(lái)源僅為自來(lái)水。對(duì)于罐容為3×104m3，甚至為10×104m3的大型鋼質(zhì)儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，淡水充水試驗(yàn)存在巨大困難:自來(lái)水流量小，積蓄時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致充水試驗(yàn)周期長(zhǎng);充水試驗(yàn)作為項(xiàng)目施工和驗(yàn)收的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)項(xiàng)目工期產(chǎn)生很大影響，尤其在北方港口區(qū)域，一年中實(shí)際可利用時(shí)間需扣除漫長(zhǎng)的冬季，因此合理壓縮充水試驗(yàn)周期顯得尤為重要。另一方面，商業(yè)自來(lái)水費(fèi)用高，資金投入大，且由于大量使用自來(lái)水，會(huì)對(duì)該區(qū)域居民用水產(chǎn)生影響，需向當(dāng)?shù)刈詠?lái)水公司申報(bào)，用水批復(fù)存在難度。就近取用海水進(jìn)行大型儲(chǔ)罐充水試驗(yàn)可充分規(guī)避淡水充水試驗(yàn)存在的困難，既利于保證工期，又利于節(jié)約成本。目前，在建設(shè)過(guò)程中考慮用海水進(jìn)行大型儲(chǔ)罐充水試驗(yàn)已成為建設(shè)單位積極采納的方式。但是海水在充水試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)罐的腐蝕是必須面對(duì)的不利因素，需要采取積極措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

1 海水充水試驗(yàn)的規(guī)范依據(jù)

根據(jù)GB 50128—2014《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工規(guī)范》7.4.1條規(guī)定，儲(chǔ)罐建造完畢后的充水試驗(yàn)主要檢查以下內(nèi)容：罐底嚴(yán)密性；罐壁強(qiáng)度及嚴(yán)密性； 固定頂?shù)膹?qiáng)度、穩(wěn)定性和嚴(yán)密性；浮頂?shù)纳翟囼?yàn)及嚴(yán)密性；浮頂排水管的嚴(yán)密性；基礎(chǔ)的沉降觀測(cè)。

同時(shí)該規(guī)范7.4.2條規(guī)定：充水試驗(yàn)宜采用潔凈淡水；試驗(yàn)水溫不應(yīng)低于5 ℃；特殊情況下，采用其他液體為充水試驗(yàn)介質(zhì)時(shí)，應(yīng)經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)。從該條款可以看出，港口區(qū)域淡水資源匱乏可作為“特殊情況”，海水作為“其他液體”可以被使用，但“應(yīng)經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)”。天津港某石化倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目的建設(shè)單位，通過(guò)項(xiàng)目部與規(guī)范編制單位進(jìn)行積極溝通后得知，項(xiàng)目各參建單位即所指的“有關(guān)部門”。因此，制定一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)并切實(shí)可行的充水試驗(yàn)方案必不可少，該方案應(yīng)經(jīng)各參建單位(施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位等)共同確認(rèn)批準(zhǔn)才能實(shí)施。

2 海水充水試驗(yàn)方案

以天津港某石化倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目10×104m3外浮頂鋼質(zhì)儲(chǔ)罐為例說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程。該罐直徑為80 m，罐高為21.8 m，儲(chǔ)存介質(zhì)為原油或燃料油，無(wú)保溫。施工單位編制了海水充水試驗(yàn)方案，并經(jīng)專題會(huì)討論，設(shè)計(jì)、監(jiān)理及業(yè)主各方批準(zhǔn)后執(zhí)行。

2.1 試驗(yàn)前儲(chǔ)罐內(nèi)表面防腐蝕涂裝

為了把海水對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)表面的腐蝕降到最小，該方案進(jìn)行了工序優(yōu)化，即在儲(chǔ)罐充水試驗(yàn)前，按照設(shè)計(jì)防腐蝕要求進(jìn)行了內(nèi)防腐蝕涂裝施工。

除焊縫外，對(duì)罐底板上表面及罐底以上1.8 m罐壁內(nèi)表面進(jìn)行了涂層防腐蝕處理。要求除銹等級(jí)達(dá)到Sa2.5級(jí)；涂環(huán)氧富鋅底漆2道，干膜厚度不得小于80 μm；涂環(huán)氧玻璃鱗片中間漆2道，干膜厚度不得小于150 μm；涂環(huán)氧類厚漿型不導(dǎo)電面漆2道，干膜厚度不得小于120 μm；最終涂層干膜總厚度不得小于350 μm。對(duì)浮頂?shù)装逑卤砻孢M(jìn)行了涂層防腐蝕施工，涂刷環(huán)氧耐油導(dǎo)電防腐蝕底漆2道，干膜厚度不得小于80 μm；涂環(huán)氧耐油導(dǎo)電防腐蝕中間漆2道，干膜厚度不得小于80 μm；涂環(huán)氧耐油導(dǎo)電防腐蝕面漆2道，干膜厚度不得小于90 μm；最終涂層干膜總厚度不得小于250 μm。

2.2 正式犧牲陽(yáng)極塊的安裝

完成設(shè)計(jì)文件中要求的犧牲陽(yáng)極塊安裝。設(shè)計(jì)保護(hù)期為15 a，陽(yáng)極單體質(zhì)量35 kg，共181塊。鋁陽(yáng)極為支架式安裝，陽(yáng)極兩端的扁鋼與罐體采用電焊方式連接。

2.3 臨時(shí)鋁陽(yáng)極帶的加裝

2.3.1 臨時(shí)鋁陽(yáng)極帶

該工程通過(guò)加裝臨時(shí)鋁陽(yáng)極帶與儲(chǔ)罐內(nèi)表面預(yù)防腐蝕涂層、正式犧牲陽(yáng)極塊聯(lián)合發(fā)揮作用。臨時(shí)鋁陽(yáng)極帶規(guī)格及主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。

表1 鋁陽(yáng)極帶規(guī)格

表2 鋁陽(yáng)極帶主要參數(shù)

2.3.2 陽(yáng)極鋼芯

陽(yáng)極鋼芯采用Q235A，其材質(zhì)應(yīng)符合GB/T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》的規(guī)定。

在鑄造陽(yáng)極之前，陽(yáng)極鋼芯表面應(yīng)進(jìn)行噴砂處理，處理后的表面應(yīng)達(dá)到Sa2.5級(jí)。

2.3.3 陽(yáng)極外觀

(1)陽(yáng)極表面如出現(xiàn)裂紋，會(huì)降低陽(yáng)極的性能。

縱向裂紋是不允許的。橫向裂紋以下列條件為限：長(zhǎng)度小于50 mm，深度不超過(guò)5 mm的裂紋一般是允許的，但不允許有裂紋集中區(qū)存在。

(2)陽(yáng)極表面缺陷不能超過(guò)下列指標(biāo)：

收縮凹陷最大凹陷深度應(yīng)不超過(guò)陽(yáng)極厚度的10%。

冷縮和表面重疊的深度和厚度不能超過(guò)陽(yáng)極厚度的10%，總長(zhǎng)度不能超過(guò)陽(yáng)極長(zhǎng)度的10%。

(3)陽(yáng)極電纜接頭端面用環(huán)氧樹(shù)脂涂敷，厚度為250 μm;陽(yáng)極的暴露表面，作為工作面不能有油漆、熔渣、毛刺或其他任何污染物存在。

(4)陽(yáng)極基體與鋼芯之間接觸電阻為零。

2.4 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.4.1 電流密度的確定

陰極電流密度的確定需要考慮介質(zhì)條件、溫度和鋼結(jié)構(gòu)的表面狀態(tài)等。根據(jù)GB 50393—2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，海水中有涂層防護(hù)的金屬，陰極保護(hù)的電流密度按照10～30 mA計(jì)算，該罐保護(hù)電流密度取30 mA;海水中無(wú)涂層金屬陰極保護(hù)的電流密度按照70～100 mA計(jì)算，該方案考慮罐底部及相關(guān)附件保護(hù)，電流密度取最大值100 mA。

2.4.2 保護(hù)電流量

參照設(shè)計(jì)文件，安裝正式陽(yáng)極后，設(shè)計(jì)保護(hù)期為15 a，陽(yáng)極單體質(zhì)量35 kg，共181塊，保護(hù)電流密度為20 mA，保護(hù)范圍是罐底板及罐底以上 2 m罐壁內(nèi)表面。罐內(nèi)介質(zhì)按原油或燃料油計(jì)算，因此海水充水試驗(yàn)期間仍需考慮強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的影響，為安全起見(jiàn)均取最大值(罐高取20 m)，所以保護(hù)面積應(yīng)為：

S總保護(hù)面積=S罐底上表面+S罐壁+S浮頂下表面

=π×402+π×80×20+π×402

=15 072 (m2)

式中：S總保護(hù)面積為儲(chǔ)罐內(nèi)表面總保護(hù)面積，m2；S罐底上表面為儲(chǔ)罐底板上表面面積，m2；S罐壁為儲(chǔ)罐罐壁內(nèi)表面面積，m2；S浮頂下表面為浮頂下表面面積，m2。

罐壁所需保護(hù)電流

I1=i1×S罐壁=100×10-3×5 024

=502.4 (A)

罐底板與浮頂下表面所需保護(hù)電流

I2=i2×(S浮頂下表面+S罐底上表面)

=30×10-3×5 024×2

=301.44 (A)

所需保護(hù)總電流

I總=I1+I2=502.4+301.44=803.84 (A)

式中：I1為罐壁所需保護(hù)電流，A；i1為無(wú)涂層防護(hù)的金屬電流密度，取值100 mA；I2為儲(chǔ)罐底板上表面與浮頂下表面所需保護(hù)電流，A；i2為有涂層防護(hù)的金屬電流密度，取值30 mA；I總為儲(chǔ)罐內(nèi)表面所需保護(hù)總電流，A。

2.4.3 陽(yáng)極數(shù)量

所需陽(yáng)極質(zhì)量

=567.42 kg

采用的陽(yáng)極規(guī)格為9.5 mm×19 mm，可計(jì)算

出所需陽(yáng)極帶長(zhǎng)度

L=W/0.554=1 024 m

式中：W為所需臨時(shí)鋁陽(yáng)極帶質(zhì)量，kg；L為所需臨時(shí)鋁陽(yáng)極帶長(zhǎng)度，m。

2.5 安裝要求

將1 024 m長(zhǎng)鋁陽(yáng)極帶按40.96 m一段分成25段，罐體中心分布1段，距罐壁1 m處等距分布16段，距罐壁5 m處等距分布8段。鋁陽(yáng)極帶一端焊接在罐底板上，另一端焊接在浮頂?shù)装迳希捎闷胀ê附?，鋁陽(yáng)極帶中間3.2 mm為承重鋼絲。焊接好后，將焊點(diǎn)周圍直徑30 mm區(qū)域除銹，涂刷涂料并干燥。隨著充水試驗(yàn)液面的升高，浮頂上升將鋁陽(yáng)極帶拉伸呈彈簧形狀均勻排列于充滿海水的罐體之中。

鋁陽(yáng)極帶的焊縫應(yīng)避讓浮頂?shù)装迮c罐底板焊縫，間距不小于300 mm。陽(yáng)極帶的位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行調(diào)整。其安裝位置示意見(jiàn)圖1。

圖1 鋁陽(yáng)極帶安裝位置示意

3 充水試驗(yàn)過(guò)程

3.1 儲(chǔ)罐充水前準(zhǔn)備

從海邊至儲(chǔ)罐接駁臨時(shí)鑄鐵水管，管子規(guī)格為DN350；安裝并調(diào)試充水泵流量為700 m3/h，揚(yáng)程為50 m，共3臺(tái)，兩用一備。管線進(jìn)口設(shè)置金屬過(guò)濾網(wǎng)并定期進(jìn)行清理和檢修，以便對(duì)海水中的雜物進(jìn)行過(guò)濾。同時(shí)，進(jìn)行罐體清理、檢查和封閉。

3.2 儲(chǔ)罐充水試驗(yàn)流程

儲(chǔ)罐充水試驗(yàn)流程：儲(chǔ)罐基礎(chǔ)觀測(cè)→第一階段注水(至1.8 m停置)→檢查浮頂焊縫嚴(yán)密性→第二階段注水(至1/4罐高，停置12 h)→沉降觀測(cè)→第三階段注水(至1/2罐高，停置12 h)→沉降觀測(cè)→第四階段注水(至3/4罐高，停置12 h)→沉降觀測(cè)→第五階段注水(至最高液位停置120 h)→沉降觀測(cè)→放水→緊隨放水過(guò)程淡水沖洗罐壁→水放盡→拆除臨時(shí)管線→打開(kāi)人孔等開(kāi)孔→罐內(nèi)沖洗清理。

3.3 試驗(yàn)后儲(chǔ)罐內(nèi)部清理

充水試驗(yàn)結(jié)束后，檢驗(yàn)陰極保護(hù)效果，去除全部鋁陽(yáng)極帶，再用高壓淡水沖刷儲(chǔ)罐內(nèi)壁，清潔后利用便攜式鹽度測(cè)試儀對(duì)表面進(jìn)行檢測(cè)，罐壁鋼鐵表面氯離子殘留小于25 mg/L視為清洗結(jié)束,可進(jìn)行下一步防腐蝕施工。

3.3.1 儲(chǔ)罐內(nèi)壁清洗

(1)在浮頂上表面設(shè)置2個(gè)儲(chǔ)存淡水的水箱，每個(gè)水箱容積2 m3，利用高壓水泵對(duì)罐內(nèi)壁進(jìn)行沖洗，邊沖洗邊用毛刷對(duì)罐壁進(jìn)行清理。罐壁的沖洗必須隨著儲(chǔ)罐放水的過(guò)程進(jìn)行。

(2)在海水排凈后，對(duì)浮頂下表面和罐底板上表面進(jìn)行沖洗。對(duì)該部位進(jìn)行沖洗前，應(yīng)將罐內(nèi)所有海水及雜物清理干凈，然后再利用淡水進(jìn)行沖洗。

3.3.2 罐內(nèi)空氣干燥

沖洗完成后，將罐內(nèi)所有污水清理干凈，然后將浮頂人孔全部打開(kāi)，在儲(chǔ)罐罐壁人孔處安裝3臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，向罐內(nèi)鼓入外界干燥的空氣，當(dāng)罐中心的濕度不大于80%時(shí)，方可進(jìn)行罐內(nèi)壁及底板的防腐蝕施工。

4 充水試驗(yàn)后防腐涂層修復(fù)

完成儲(chǔ)罐內(nèi)部清理，且濕度達(dá)到要求后，開(kāi)始對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)表面焊縫及防腐涂層破損處進(jìn)行全面修復(fù)。除銹使其表面等級(jí)達(dá)到St3級(jí)，嚴(yán)格按正常防腐蝕工序?qū)Ψ栏繉悠茡p處進(jìn)行修復(fù)。

由于儲(chǔ)罐罐底面積較大，為避免遺漏，修復(fù)過(guò)程中，以儲(chǔ)罐中心為軸心，在半徑方向上均勻分布人員，然后按逆時(shí)針?lè)较蚺挪?，?duì)防腐涂層破損處進(jìn)行編號(hào)，并注意檢查確認(rèn)修復(fù)效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)方案，完善輔助工序，加強(qiáng)施工管理，采取儲(chǔ)罐內(nèi)表面涂層防腐蝕、安裝正式犧牲陽(yáng)極塊及加裝臨時(shí)鋁陽(yáng)極帶等防護(hù)措施，順利完成了儲(chǔ)罐海水充水試驗(yàn)工作。充水試驗(yàn)完成后，經(jīng)目測(cè)及儀器檢查，儲(chǔ)罐內(nèi)表面受海水腐蝕影響較小，較好地控制了海水充水試驗(yàn)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)表面造成的腐蝕。