保溫油品儲罐外壁腐蝕與防護(hù)

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(中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

保溫油品儲罐外壁腐蝕與防護(hù)

潘從錦,向長軍,侯丹丹,韓勝顯

(中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

保溫油品儲罐的保溫層下腐蝕是一個長期和隱蔽的過程，其隱蔽和高危害給石油石化企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)問題和安全問題。保溫層下腐蝕與保溫材料的選擇、施工安裝質(zhì)量、保溫結(jié)構(gòu)、介質(zhì)性質(zhì)和運(yùn)行環(huán)境等均有密切關(guān)系。分析保溫油品儲罐外壁腐蝕的現(xiàn)狀及原因，結(jié)合目前保溫油品儲罐的特點(diǎn)，提出了提高施工安裝質(zhì)量、定期定點(diǎn)檢測和全面檢驗(yàn)及加強(qiáng)運(yùn)行維修維護(hù)等防護(hù)措施，以滿足長周期運(yùn)行要求。

儲罐保溫保溫層下腐蝕

某石化公司現(xiàn)有原油儲罐21座、潤滑油儲罐66座、渣油及瀝青儲罐32座、污油儲罐4座，共計(jì)123座重質(zhì)油品儲罐，大部分建成在1986—2005年，儲罐材質(zhì)以20號鋼和Q235B鋼為主。原油儲存溫度約為80 ℃，潤滑油儲存溫度約為90 ℃，渣油儲存溫度約為100 ℃，瀝青介質(zhì)儲存溫度為110 ℃，這些重質(zhì)油品儲罐運(yùn)行溫度為60～150 ℃，整體安裝了保溫設(shè)施。該公司地處西北邊陲，春秋季大風(fēng)較多，夏季高溫干燥，冬季低溫寒冷，降雪較多，高溫和寒冷季節(jié)持續(xù)時間較長。原油儲罐檢驗(yàn)周期一般不超過6 a，潤滑油儲罐一般不超過12 a，瀝青儲罐一般不超過20 a。近年來，該公司原油加工及油品庫存量不斷擴(kuò)大，油品儲罐幾乎處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，造成儲罐運(yùn)行時間較長，部分儲罐不能按期進(jìn)行全面檢驗(yàn)，只能延期使用。重質(zhì)油品儲罐由于存儲介質(zhì)的劣質(zhì)化、油水混合物的腐蝕性，檢修一般以罐底板檢修為主，而忽視外壁板的檢修。由于儲罐保溫的存在，外壁的腐蝕具有長期性和隱蔽性，而破壞性又極強(qiáng)，因此給整個儲罐結(jié)構(gòu)和安全生產(chǎn)帶來了巨大考驗(yàn)。

1 外壁腐蝕現(xiàn)狀

該公司重質(zhì)油品儲罐外壁采用紅丹防銹漆防腐；保溫層一般選擇巖棉、礦渣棉和復(fù)合硅酸鹽板，罐頂外壁為漿料保溫，罐底大角焊縫及邊緣板為瀝青砂防腐；保溫層外保護(hù)層選擇灰鐵皮外涂銀粉漆，后期建成的儲罐保護(hù)層為鍍鋅鐵皮。

歷次外壁檢修發(fā)現(xiàn)以下共同點(diǎn)：①部分保溫儲罐在大風(fēng)作用下，外壁保護(hù)層的鍍鋅鐵皮撕裂和脫落；②保溫層老化和粉化現(xiàn)象嚴(yán)重，粘結(jié)在基體外壁上；③罐頂漿料保溫脫落嚴(yán)重，罐頂存儲有積水；④外壁大面積均勻腐蝕減薄，最下層圈板腐蝕相對嚴(yán)重；⑤大角焊縫和邊緣板發(fā)生較嚴(yán)重的坑蝕；⑥外壁上保溫支撐圈、熱電偶和溫度計(jì)等安裝部位腐蝕嚴(yán)重。

2 外壁腐蝕分析

2.1保護(hù)層

保護(hù)層是防止儲罐基體表面發(fā)生保溫層下腐蝕的第一道屏障，防止保溫層系統(tǒng)受到機(jī)械或氣候傷害，阻止或減少外部水分或腐蝕性介質(zhì)的進(jìn)入和駐留。

2.1.1 施工和外力原因

保護(hù)層因風(fēng)力作用出現(xiàn)局部脫落或破損，或因施工安裝質(zhì)量問題，外界水分及空氣通過保護(hù)層結(jié)合部及保溫釘處進(jìn)入保溫層。由于保溫層吸濕率較高，水分在保護(hù)層下形成密閉系統(tǒng)，造成水分和空氣在保溫層中儲存，水分進(jìn)入快而散發(fā)較慢，最終形成吸氧腐蝕。

2.1.2 保護(hù)層材料原因

按照保護(hù)層失效機(jī)理[1]，當(dāng)采用鍍鋅鐵皮作為保溫絕熱材料的保護(hù)層時，應(yīng)采用0.75 mm厚度，但為了節(jié)省成本,實(shí)際應(yīng)用中卻采用了0.5 mm厚度的鍍鋅鐵皮。另外，保護(hù)層的鍍鋅層質(zhì)量未滿足使用要求，規(guī)范要求鍍層質(zhì)量應(yīng)為每平方米80 g，而實(shí)際采用時鍍鋅層質(zhì)量為每平方米30 g。鍍鋅鐵皮厚度減小后，保護(hù)層強(qiáng)度下降，容易受風(fēng)力或其他外力作用而發(fā)生變形、撕裂和脫落；鍍鋅量不足，對碳鋼保護(hù)能力下降，減弱鍍鋅層防腐效果，鋅層腐蝕后，使得碳鋼基體曝露在復(fù)雜多變的大氣環(huán)境中，全面腐蝕使得保護(hù)層腐蝕加速?；诣F皮外涂防銹銀粉漆作為保護(hù)層早已被實(shí)踐證明保護(hù)效果差，因?yàn)殂y粉漆在日光照射和高溫天氣中容易發(fā)生老化脫落，進(jìn)而引起灰鐵皮的吸氧腐蝕，失去保護(hù)作用。

2.2保溫層

黃赟[2]研究表明， 有保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)備，運(yùn)行5 a后發(fā)生保溫層下腐蝕的概率將大幅上升，使用10 a后60%的保溫層都含有腐蝕性冷凝水，極大地增加腐蝕發(fā)生的概率。該公司所用的巖棉、礦渣棉、復(fù)合硅酸鹽板和漿料均是無機(jī)物，其中含有氯化物、氟化物、硫化物等無機(jī)鹽，會造成鋼結(jié)構(gòu)腐蝕；同時保溫材料為疏松多孔的結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，因而具有較強(qiáng)的吸水能力。另外，罐頂所用的漿料是珍珠鹽與水?dāng)嚢瓒傻模诎惭b初期就有較多的水分;表面涂抹的防水劑效果不明顯、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，在雨水或風(fēng)力的作用下，出現(xiàn)大面積脫落現(xiàn)象。保溫層的破損會導(dǎo)致水分滲入保溫層使其變潮濕，保溫層內(nèi)外的溫差會使得水氣冷凝在金屬基體表面，形成局部液體聚集。同時，雨水等水分和保溫層中的氯化物等介質(zhì)溶解聚集形成電解質(zhì)溶液，當(dāng)與儲罐基體發(fā)生接觸，就會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。此時，保溫層導(dǎo)熱系數(shù)增大，使保溫節(jié)能效果降低，也會加速保溫層下腐蝕。

2.3儲罐外壁基體表面防腐層

該石化公司重質(zhì)油品儲罐外表面采用了防腐涂層，但由于建成時間較早，外壁的防腐蝕材料選取品種有限，所使用的防銹漆是一種紅丹(Pb3O4)與干性油混合而成的油漆。雖然該防銹漆附著能力好、防銹性能高及耐水性強(qiáng)，但同時存在密度大、易沉淀、涂刷性較差和不耐酸的缺點(diǎn),其在酸性電解質(zhì)溶液的作用下逐漸腐蝕脫落。隨著涂裝工藝的發(fā)展，紅丹防銹油漆已沒有優(yōu)越性；而且Pb3O4會給施工人員健康造成損害，同時給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染而逐步被淘汰。

2.4基礎(chǔ)邊緣板

儲罐使用一段時間后發(fā)生沉降，或長期處于滿罐狀態(tài)時，罐底邊緣板發(fā)生變形，使得邊緣板容易積水。雨季或冰雪融化后，罐頂積水沿罐外壁在重力作用下向下遷移，沉積到基礎(chǔ)邊緣板，水分子向罐底部滲透。同時保溫材料的強(qiáng)吸水性，使罐基礎(chǔ)邊緣板和相鄰的第一層圈板外壁處于潮濕的環(huán)境中，加速了腐蝕。原采用的瀝青砂防腐層，短短幾年時間就出現(xiàn)老化、開裂脫落，積水和腐蝕嚴(yán)重。

2.5保溫安裝結(jié)構(gòu)

許多老罐罐頂沒有設(shè)計(jì)防雨檐，雨水和融化的雪水滲入保溫棉，加劇了保溫層下腐蝕。

2.6溫度和環(huán)境的影響

大量工程案例和研究表明,最容易發(fā)生保溫層下腐蝕的溫度范圍是-4～175 ℃[3]，在達(dá)到水的沸點(diǎn)之前，溫度每提高15～20 ℃，腐蝕速率都會加倍。而保溫油品儲罐由于頻繁的油品收發(fā)和周期性的溫度變化，會使儲罐本體長期處于干濕及冷熱交替的環(huán)境中，導(dǎo)致腐蝕性介質(zhì)的濃縮和聚集，局部區(qū)域腐蝕加速，導(dǎo)致保溫層下腐蝕頻繁發(fā)生。呂曉亮等[4]在實(shí)驗(yàn)室模擬了20號鋼的保溫層下腐蝕，結(jié)果表明，20號鋼在干濕交替環(huán)境下的腐蝕較冷熱交替和恒溫環(huán)境下的腐蝕更為嚴(yán)重。保溫層下的儲罐基體由于受到油品收發(fā)及氣候季節(jié)變化的影響，往往經(jīng)歷熱循環(huán)過程，防銹層由于熱膨脹系數(shù)與鋼鐵不同，熱循環(huán)導(dǎo)致防銹層內(nèi)應(yīng)力增加，造成防銹層使用壽命降低。

3 保溫措施的選擇與防護(hù)

3.1保溫材料防護(hù)層的選擇

對于外防護(hù)層的選擇需要考慮經(jīng)濟(jì)成本、實(shí)用性和基體的工況溫度等因素。通過提高金屬防護(hù)層的厚度來提高抵抗力，此時的抗腐蝕能力相對較高。該公司考慮對于重質(zhì)油品儲罐外壁保溫統(tǒng)一采用0.75 mm厚鍍鋅鐵皮(鍍鋅層質(zhì)量每平方米80 g)，并要求做成瓦楞板結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)外保護(hù)層的密封性，并可以提高外保護(hù)層的強(qiáng)度，抵抗大風(fēng)侵襲造成的破損。

3.2保溫材料的選擇

保溫材料是對油品儲罐進(jìn)行隔熱保溫的重要組成部分，是包裹在外壁表面的第二道屏障。合理設(shè)計(jì)和安裝高質(zhì)量的保溫材料以及正確的維護(hù)可以有效提高保溫層下腐蝕的防護(hù)效率。保溫材料有憎水性的不同和親水性的不同，該公司所采用的巖棉、礦物棉、珍珠巖漿料和復(fù)合硅酸鹽板等保溫材料屬于親水性保溫材料。研究表明[5-6]，在-4～175 ℃，這些吸水性保溫材料加速了保溫層下腐蝕，而憎水性材料可以抑制保溫層下腐蝕。

保溫材料與金屬表面間的環(huán)形空隙及金屬表面缺陷都可以吸收水分和腐蝕性介質(zhì)，從而使得其聚集和濃縮，增強(qiáng)腐蝕性。該公司經(jīng)過比較篩選，決定從2016年開始采用憎水性復(fù)合硅酸鹽板為保溫材料，來減輕保溫層下腐蝕。

3.3外表面的防腐涂層

罐體表面外防護(hù)涂層隔斷了腐蝕環(huán)境、污染物與金屬表面的直接接觸，能夠在一定程度上預(yù)防儲罐外壁金屬基體發(fā)生腐蝕。選用的防護(hù)涂層要具有耐腐蝕性、耐熱性以及耐熱疲勞性；耐高溫、能夠承受膨脹和收縮引起的應(yīng)力；能在較低的表面預(yù)處理要求下快捷高效地進(jìn)行噴涂并與金屬基體良好地結(jié)合；能夠?yàn)榻饘倩w材料提供足夠的屏障來抵抗水氣、水分及其他腐蝕性污染物的腐蝕。某些國外石油石化企業(yè)根據(jù)保溫設(shè)備及管道不同的服役溫度要求，采用熱噴鋁涂層、冷噴鋁涂層和納米涂層等措施，收到了很好的使用效果;但因其施工條件要求苛刻，材料費(fèi)用和施工費(fèi)用較高，并未大面積推廣應(yīng)用。在選擇涂層時要權(quán)衡涂層系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，綜合各方面的因素恰當(dāng)?shù)剡x擇合適的涂層系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合。

目前從經(jīng)濟(jì)性和防腐蝕要求及現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用來看，環(huán)氧涂層是一種性價比較高的有機(jī)涂層，應(yīng)用較為普遍。該涂層以環(huán)氧樹脂為主要成膜物，通常能夠提供很好的涂層系統(tǒng)，具有耐化學(xué)腐蝕、耐磨性，大部分具有延展性，固化快速并且能夠很好地黏附在金屬表面。另外環(huán)氧酚醛涂料也是一種常用的有機(jī)涂層，易于維修，防腐蝕性能優(yōu)異，耐酸、耐水和抗?jié)B透性好，但噴涂工藝相對要求嚴(yán)格，熱循環(huán)和熱沖擊抵抗力稍差。

3.4邊緣板及下圈板外壁防腐

基礎(chǔ)邊緣板及最下一層圈板外壁表面采用礦脂帶、彈性聚氨酯和丙烯酸樹脂玻璃鋼防腐措施。其中彈性聚氨酯玻璃鋼可以隨罐壁和基礎(chǔ)熱脹冷縮、耐腐蝕性和抗老化性能良好；其形狀結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)水，防止積水形成，上部延伸至下圈板罐壁，下部延伸到水泥基礎(chǔ)下部200 mm位置，對外壁和基礎(chǔ)均有良好的防腐作用。玻璃鋼防腐層外面是保溫層和防護(hù)層，共同形成穩(wěn)定的保溫防腐結(jié)構(gòu)，可以有效抑制保溫層下腐蝕。

4 儲罐防護(hù)管理

4.1強(qiáng)化施工質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)

對運(yùn)行中的保溫儲罐頂部、罐壁和基礎(chǔ)邊緣板等定期進(jìn)行宏觀檢查。隨著季節(jié)變化、操作溫度驟變、收發(fā)操作頻繁和大風(fēng)雨雪天氣等情況發(fā)生時要重點(diǎn)檢查。對于密封不嚴(yán)或破損的部位，要及時進(jìn)行修復(fù)，防止腐蝕性介質(zhì)侵入。容易引起保溫施工質(zhì)量問題的結(jié)構(gòu)復(fù)雜位置，是發(fā)生保溫層下腐蝕的重點(diǎn)部位，要加強(qiáng)檢查，防止不合格的保溫結(jié)構(gòu)加速腐蝕。在施工過程中，嚴(yán)格控制關(guān)鍵步驟，對施工的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)要反復(fù)檢查確認(rèn)，做到精確施工。

4.2定期定點(diǎn)檢測和全面檢驗(yàn)

罐頂和罐壁采取定點(diǎn)測厚的方式進(jìn)行檢測。每年分兩次進(jìn)行測厚，并對測厚數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測算腐蝕速率等變化，做好風(fēng)險識別和防控措施。對于重點(diǎn)腐蝕部位，要增加測厚頻率，并對測厚點(diǎn)的腐蝕做好風(fēng)險評估和動態(tài)更新工作。儲罐外壁面積較大，定點(diǎn)測厚只能檢查局部腐蝕情況,且保溫層下腐蝕具有隱蔽性，為檢測帶來諸多困難。超聲波檢測能定性地反映外壁的腐蝕情況，定點(diǎn)測厚與超聲波檢測互為補(bǔ)充，做到點(diǎn)與面互相輔助,從而可以做到較為全面的檢測。重質(zhì)油保溫儲罐服役時間較長，各石油石化企業(yè)應(yīng)根據(jù)腐蝕現(xiàn)狀和運(yùn)行狀態(tài)，做好風(fēng)險評估，確定清罐后的全面檢驗(yàn)計(jì)劃和周期，并定期進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.3執(zhí)行新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)導(dǎo)則

隨著油品的變化和儲運(yùn)技術(shù)的研究進(jìn)展，油品儲罐逐漸向大型化和長周期服役的方向發(fā)展,給油品儲罐清罐作業(yè)帶來了更大的困難，安全風(fēng)險增大，對保溫層下腐蝕的防護(hù)提出了更高的要求。新建儲罐要積極采用先進(jìn)科學(xué)的保溫技術(shù)，舊的儲罐要求對照新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全隱患專項(xiàng)治理，從而延長儲罐的使用壽命。儲罐頂部必須采用防雨檐，基礎(chǔ)邊緣板要采用新型彈性防水措施，底板采取陰極保護(hù)措施等。

5 結(jié)束語

油品儲罐因?yàn)楸貙釉O(shè)置不當(dāng)或損壞而導(dǎo)致保溫層下腐蝕，不是短時間形成的，而是一個長期和隱蔽的過程，其隱蔽性和高危害性已經(jīng)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)問題和安全問題。為確保儲運(yùn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從設(shè)計(jì)階段高度重視，就必須采取先進(jìn)、成熟和高效防護(hù)涂層及保溫材料；在施工階段嚴(yán)格控制施工程序；運(yùn)行中，要根據(jù)介質(zhì)溫度、性質(zhì)、操作條件、外部環(huán)境的變化，定期檢查、檢驗(yàn)和維護(hù)，加強(qiáng)控制和預(yù)防措施，最大程度地減少保溫層下腐蝕，從而滿足保溫油品儲罐長周期運(yùn)行的要求。

[1] 楊琴,李增增.設(shè)備保溫層下腐蝕機(jī)理探討及防控措施[J].化工管理，2016，(4)：223-224.

[2] 黃赟.保溫層下金屬材料的腐蝕與防護(hù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2013，33(3)：15-17.

[3] 叢海濤.保溫層下腐蝕及防腐對策分析[J].涂料技術(shù)與文摘，2014,26(6)：7-9.

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[6] 張顯亮，高洪波，石永軍,等.保溫儲罐腐蝕分析及處理方法[J].油氣儲運(yùn)，2003,23(1)：53-55.

(編輯 王菁輝)

CorrosionandProtectionofInsulatedOilTankOuterWall

PanCongjin,XiangChangjun,HouDandan,HanShengxian
(PetrochinaKaramayPetrochemicalCo.,Ltd.,Karamay834003,China)

Corrosion under insulation layer of oil tank is a long-term and covert process, and its concealment and harmfulness bring serious economic and security issues to petrochemical enterprises. Corrosion under insulation layer is closely related to the selection of insulation materials, construction and installation quality, insulation structure, medium property and operating environment, etc. Status and corrosion causes of insulated oil tank were studied and analyzed, and several protective measures were put forward, such as improving the construction and installation quality, carrying out regular, fixed point detection and comprehensive inspection, and strengthening the operation and maintenance management.

tank, insulation, corrosion under insulation

2017-02-13；修改稿收到日期：2017-05-12。

潘從錦，高級工程師，碩士，主要從事煉油化工生產(chǎn)、設(shè)備技術(shù)管理工作。E-mail:pcjksh@petrochina.com.cn