儲(chǔ)罐保溫層下腐蝕分析

鄭天一

（大慶煉化公司聚合物一廠，黑龍江大慶 163411）

0 引言

近年來大慶煉化公司對(duì)油品罐區(qū)帶保溫層儲(chǔ)罐進(jìn)行多次定點(diǎn)測(cè)厚及儲(chǔ)罐全面檢測(cè)，由于絕大多數(shù)儲(chǔ)罐運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，多數(shù)儲(chǔ)罐保溫層下均或多或少發(fā)生腐蝕，個(gè)別儲(chǔ)罐罐壁及罐底角出現(xiàn)麻坑、銹蝕、減薄等現(xiàn)象。2018 年在對(duì)89座保溫儲(chǔ)罐進(jìn)行自檢過程中，發(fā)現(xiàn)4 座廢酸罐壁腐蝕嚴(yán)重。下面將針對(duì)此類問題開展論述。

1 保溫層下腐蝕現(xiàn)狀

出現(xiàn)層下腐蝕將嚴(yán)重影響儲(chǔ)罐使用壽命，直接影響到儲(chǔ)罐的使用壽命，并且給安全生產(chǎn)帶來很大隱患，一定要引起足夠的重視。圖1 表明了儲(chǔ)罐保溫層下真實(shí)的腐蝕情況，從圖中可以看出，儲(chǔ)罐罐壁已經(jīng)發(fā)生腐蝕，罐壁部分防腐漆已經(jīng)脫落，多處出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕，個(gè)別處出現(xiàn)腐蝕小深坑。圖2 為儲(chǔ)罐罐底角處腐蝕，此處雨水順儲(chǔ)罐保溫鐵皮外壁流聚集，罐底角長(zhǎng)時(shí)間與雨水接觸，已出現(xiàn)生銹，腐蝕范圍較大。另外在接管與罐壁接觸補(bǔ)強(qiáng)處，由于此處罐壁保溫開口與雨水及大氣長(zhǎng)時(shí)間接觸，也發(fā)生了腐蝕。

發(fā)生腐蝕儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存介質(zhì)廢酸，主體材質(zhì)為SPV-36N，保溫層采用玻璃絲棉。針對(duì)腐蝕儲(chǔ)罐選用LA-30 型測(cè)厚儀（精度0.01 mm）進(jìn)行厚度測(cè)定，測(cè)得平均腐蝕速率在0.025 mm/s 以下（表1），腐蝕等級(jí)屬于低級(jí)輕微腐蝕[2]。

2 保溫層下腐蝕機(jī)理

2.1 金屬腐蝕機(jī)理

帶保溫層儲(chǔ)罐罐壁發(fā)生腐蝕，即出現(xiàn)保溫層下腐蝕。它是指在金屬管道或者其他一些金屬設(shè)備表明覆蓋保溫層下面產(chǎn)生的一種腐蝕情況：如果發(fā)生在碳鋼材料上就會(huì)產(chǎn)生坑蝕或腐蝕減薄；如果是發(fā)生在不銹鋼為主要材料的設(shè)備上，則會(huì)發(fā)生坑蝕或者是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。罐底角底板處為儲(chǔ)罐外最低點(diǎn)，易產(chǎn)生雨水易積存，形成電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致罐壁及罐底角腐蝕減薄。

圖1 罐壁腐發(fā)生腐蝕

圖2 罐底角腐蝕

儲(chǔ)罐外表面保溫層下易形成大氣腐蝕，雨季空氣濕度大，水蒸氣或雨水透過罐壁保溫鐵皮開孔處與保溫層及罐壁外表面接觸，大氣中有害氣體，如CO2、SO2、H2S 等溶解在罐外壁冷凝水膜中（冷凝水隨氣溫濕度變化而形成），發(fā)生電化學(xué)腐蝕：

加之水膜薄、容易擴(kuò)散，耗氧腐蝕起主導(dǎo)作用。則：

儲(chǔ)罐腐蝕后，產(chǎn)生Fe（OH）3、Fe2O3，此兩種物質(zhì)較為疏松，不能對(duì)儲(chǔ)罐起到支撐和保護(hù)作用，長(zhǎng)年累月致使罐壁不斷減薄，甚至出現(xiàn)腐蝕深坑導(dǎo)致罐內(nèi)介質(zhì)泄漏。

2.2 金屬漆膜腐蝕機(jī)理

在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過測(cè)量可以知道，在被保溫層包裹下的金屬表面會(huì)形成液膜，這種液膜主要是由雨水、清罐及大氣中水汽共同組成的。當(dāng)漆膜處在能夠浸水的條件時(shí)候，就會(huì)吸收水分而發(fā)生膨脹，最終產(chǎn)生鼓泡；如果有的漆膜發(fā)生了破裂，就會(huì)使漆膜下面的金屬接觸到大氣，與水膜一起對(duì)金屬構(gòu)成濕大氣腐蝕、潮大氣腐蝕，或者是干大氣腐蝕。圖3 是大氣腐蝕與漆膜表面同時(shí)被破壞后金屬表明所形成的水膜厚度情況：A 區(qū)表示大氣濕度非常低，在此情況下金屬表面所覆蓋的水膜厚度只有單個(gè)水分子層厚，不能夠形成比較連續(xù)的水膜，這個(gè)時(shí)候?qū)饘俚母g是比較慢的，也就是相當(dāng)于上面提到的干大氣腐蝕；在B 區(qū)，水膜已經(jīng)形成了比較連續(xù)的、厚層覆蓋，由于電離作用會(huì)形成電化學(xué)腐蝕，這個(gè)時(shí)候的腐蝕速率增加的特別快，形成了潮大氣腐蝕；C、D 區(qū)域就是濕大氣腐蝕區(qū)域，在C 區(qū)時(shí)，由于液膜厚度不斷地增加，就會(huì)阻止了氧氣與金屬表面的接觸，從而使腐蝕的速率降低；進(jìn)入D 區(qū)，液膜的厚度不再增加，腐蝕速率就趨于平穩(wěn)。由于在B 區(qū)域的時(shí)候漆膜被破壞而形成鼓泡，進(jìn)而在電化學(xué)作用下使保溫層下的金屬發(fā)生腐蝕，即形成膜下腐蝕[1]。

表1 儲(chǔ)罐技術(shù)參數(shù)及平均腐蝕速率

腐蝕區(qū)域的分類如下：

A 區(qū)：δ≈1～10 nm，干大氣腐蝕

B 區(qū)：δ≈0.01～1 μm，潮大氣腐蝕

C 區(qū)：δ≈1 mm，濕大氣腐蝕

D 區(qū)：δ＞1 mm，濕大氣腐蝕

3 采取的防護(hù)措施

3.1 保溫、防腐材料選擇

經(jīng)過2018 年對(duì)多個(gè)儲(chǔ)罐保溫層拆卸檢查，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)罐保溫層下發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象多數(shù)發(fā)生在金屬設(shè)備工作環(huán)境溫度低于150 ℃的情況下。查看高溫?zé)峁蓿ü逌?00 ℃），罐壁防腐漆完好，未發(fā)現(xiàn)腐蝕狀況。因此對(duì)某些部位保溫的必要性進(jìn)行分析，拆除了一些沒必要的保溫部位，那些運(yùn)行溫度不超過150 ℃的則應(yīng)用隔熱涂料代替。

圖3 腐蝕速度與金屬表面水膜厚度的關(guān)系

由于腐蝕離不開水，因而要求使用的保溫材料含水量最少且干燥快，還要選擇密閉性比較好的保溫材料，這樣才能減少水分的進(jìn)入、降低腐蝕。同時(shí)對(duì)保溫的施工過程進(jìn)行監(jiān)控，嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，以降低腐蝕的發(fā)生與速率。

對(duì)罐底角防腐要選好材料，如使用防腐防水效果較好的瀝青與油布進(jìn)行搭配防腐。瀝青耐腐蝕性強(qiáng)，瀝青與油布按順序逐層施工，施工時(shí)瀝青與油布要至于保溫層內(nèi)部，且與罐壁形成斜坡，坡向罐基礎(chǔ)，使保溫層積水順利從防腐材料流到罐外，對(duì)罐底角起到隔絕雨水的作用，減緩儲(chǔ)罐腐蝕。通過完善罐底角防腐，2019 年儲(chǔ)運(yùn)廠的89 座保溫儲(chǔ)罐未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

3.2 通過各類先進(jìn)設(shè)備等手段檢測(cè)

3.2.1 開罐檢測(cè)較為常用檢測(cè)方法

目前開罐檢測(cè)的方法主要有3 種，分別是超聲測(cè)厚技術(shù)、渦流檢測(cè)和磁粉檢測(cè)。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)：超聲測(cè)厚技術(shù)的有點(diǎn)是精度高、缺點(diǎn)是只能檢測(cè)某點(diǎn)，而不能檢測(cè)整個(gè)平面，而且對(duì)要檢測(cè)罐的自身表面要求非常高；渦流檢測(cè)具有設(shè)備重量輕、操作簡(jiǎn)單、方便等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是只能對(duì)金屬進(jìn)行檢測(cè)，精度不夠高，不能做定量分析，只能做定性的判斷；磁粉檢測(cè)主要用于檢測(cè)鐵磁性材料表面或近表面缺陷，其檢測(cè)原理是先將儲(chǔ)罐罐底被檢部分磁化，在被檢測(cè)部位及周圍產(chǎn)生磁，是一種傳統(tǒng)的檢測(cè)方法。當(dāng)缺陷位于儲(chǔ)罐表面或近表面時(shí)，一部分磁力線繞過缺陷暴露在空氣中，如果此時(shí)在儲(chǔ)罐表面撒上鐵磁粉或涂抹上磁粉混濁液，則缺陷處的漏磁通會(huì)吸住部分磁粉而把缺陷顯現(xiàn)出來。

3.2.2 儲(chǔ)罐導(dǎo)波在線檢測(cè)技術(shù)

導(dǎo)波檢測(cè)能比較準(zhǔn)確地反映實(shí)際的保溫層下腐蝕程度。通過檢測(cè)手段，采用定點(diǎn)熱成像儀進(jìn)行檢測(cè)，可以清晰地識(shí)別保溫失效程度，提供重點(diǎn)點(diǎn)位進(jìn)行掃描檢測(cè)，為辨別保溫層脫落或罐壁腐蝕失效提供預(yù)處理定位依據(jù)。

3.2.3 儲(chǔ)罐罐底聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)

聲發(fā)射傳感器均勻布置在儲(chǔ)罐罐壁周圍，在一定時(shí)間內(nèi)接收罐底因腐蝕而產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，通過各傳感器接收到聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)間差綜合估算聲源位置，進(jìn)而了解罐底各區(qū)域的腐蝕狀況。

3.3 儲(chǔ)罐陰極保護(hù)

外加強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)是防止儲(chǔ)罐外側(cè)腐蝕的有效手段，網(wǎng)狀陽極是目前比較理想的儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)形式，它可以給儲(chǔ)罐底部提供均勻的保護(hù)電流，使儲(chǔ)罐底部中心與周圍電位分布均勻。

大慶煉化公司聚合物一廠采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)為深井陽極形式，此形式雖然在運(yùn)行中對(duì)電源設(shè)備輸出電流、輸出電壓、控制電位進(jìn)行定期檢測(cè)，測(cè)定陽極床接地電阻等，但保護(hù)電位在直徑方向不均勻。目前采用儲(chǔ)罐底部埋設(shè)參比電極的方式，對(duì)儲(chǔ)罐外側(cè)的保護(hù)效果進(jìn)行測(cè)試，而長(zhǎng)效參比電極埋設(shè)在儲(chǔ)罐周圍時(shí)，只能測(cè)得儲(chǔ)罐邊緣的保護(hù)電位。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)深井陽極影視下儲(chǔ)罐底部保護(hù)效果的準(zhǔn)確性，有必要對(duì)儲(chǔ)罐外側(cè)電位分布進(jìn)行研究。

4 結(jié)論

針對(duì)保溫層下儲(chǔ)罐腐蝕嚴(yán)重等問題，通過分析保溫層下儲(chǔ)罐外壁、罐底板等部位的腐蝕機(jī)理，明確腐蝕產(chǎn)生原因。實(shí)踐證明，通過有效的檢測(cè)手段對(duì)儲(chǔ)罐腐蝕狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)、查找儲(chǔ)罐易腐蝕部位，施工過程中合理選用材料提高儲(chǔ)罐保溫層下的防護(hù)，并充分運(yùn)用防護(hù)設(shè)備，可以有效避免儲(chǔ)罐的保溫層下腐蝕。