Q235B鋼原油儲罐底板腐蝕穿孔原因

武 剛, 徐 帥, 張 楠， 張庶鑫, 孫冰冰, 周會萍, 馬建朝

(1.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院， 西安 710077；2.石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710077；3.中石油管道有限責(zé)任公司西部分公司， 烏魯木齊 830013)

儲罐是石油化工行業(yè)中非常重要的設(shè)備，其對石油化工裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行起到重要作用，還被廣泛用于港口、石油化工企業(yè)和油庫的液體原料、中間產(chǎn)品儲存以及原油運(yùn)輸業(yè)中[1-2]。原油儲罐底板是儲罐比較容易腐蝕的部位，而原油儲罐底板腐蝕主要是由罐底沉積水和沉積物引起的。沉積水主要是原油在開采、運(yùn)輸?shù)冗^程中所帶入的水分在儲存時通過沉降沉積出的(由于儲罐罐底排水管的結(jié)構(gòu)限制，即使儲罐經(jīng)常進(jìn)行罐底水排放也不能全部排出)，導(dǎo)致罐底長期滯留有一定量的沉積水；沉積物主要是油泥[3]。沉積水與沉積物的成分非常復(fù)雜，導(dǎo)致儲罐底板的腐蝕較為嚴(yán)重。國內(nèi)某輸油站對某泄壓罐進(jìn)行檢測時發(fā)現(xiàn)其儲罐底板腐蝕嚴(yán)重，其中中幅板發(fā)生腐蝕穿孔。該儲罐為原油儲罐，拱頂型，容積為700 m3，直徑10.2 m，高10.2 m，儲罐底板厚8 mm，材料為Q235B鋼。為找出儲罐底板腐蝕穿孔的原因，防止此類事故的再次發(fā)生，筆者對其進(jìn)行了相關(guān)的檢驗(yàn)和分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀分析

被腐蝕的儲罐底板宏觀形貌如圖1所示。儲罐底板上均覆蓋有灰色涂層，涂層表面有大量鼓包，穿孔部位位于中幅板，附近底板的涂層鼓包已經(jīng)剝落，露出銹蝕底板。儲罐底板壁厚最小值為7.8 mm，符合API 650-2013《焊接石油儲罐》的技術(shù)要求；防腐層檢測結(jié)果表明儲罐底板防腐層附著力3級，有起泡，涂層厚度為300～560 μm。

圖1 腐蝕穿孔處宏觀形貌Fig.1 Macro morphology at the corrosion perforation

1.2 微觀分析

采用蔡司Smartzoom 5型超景深三維顯微鏡對儲罐底板上泄漏穿孔的腐蝕坑進(jìn)行分析。圖2中可以看到腐蝕坑已經(jīng)貫穿底板，呈現(xiàn)火山坑樣，表面覆蓋黃褐色腐蝕產(chǎn)物，穿孔處有黑色油泥狀物質(zhì)，推測為油泥堆積。腐蝕坑深約6.5 mm，穿孔直徑約為1.5 mm。取腐蝕穿孔部位試樣進(jìn)行分析，結(jié)果表明儲罐底板腐蝕坑處顯微組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度8.5級，未見異常組織顯示。

圖2 腐蝕坑宏觀形貌及顯微組織形貌Fig.2 The a) macro morphology and b) microstructure morphology of the corrosion pit

在儲罐底板上取腐蝕坑試樣，采用OXFORD INCA350型掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)分析儀對斷口截面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行形貌和能譜分析，結(jié)果如圖3所示?？梢姼g坑底部有直徑1 mm的穿孔，腐蝕產(chǎn)物疏松，呈龜裂狀，腐蝕產(chǎn)物主要由氫、硫、氯、鐵等元素組成。

圖3 腐蝕坑SEM形貌及EDS譜Fig.3 The a) SEM morphology and b) EDS spectrum of the corrosion pit

1.3 化學(xué)成分分析

采用ARL 4460型直讀光譜儀，依據(jù)GB/T 4336-2016《碳素鋼和中低合金鋼 多元素含量的測定 火花放電原子發(fā)射光譜法(常規(guī)法)》對遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的底板進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。可見儲罐底板化學(xué)成分分析結(jié)果符合GB/T 700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》對Q235B鋼的成分要求。

表1 儲罐底板的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 Chemical compositions of storage tank bottom plate (mass fraction) %

1.4 力學(xué)性能試驗(yàn)

采用UTM5305型材料試驗(yàn)機(jī)依據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫拉伸試驗(yàn)方法》對遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的底板進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見表2，可見其拉伸性能符合GB/T 700-2006的技術(shù)要求。

表2 遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的儲罐底板的拉伸試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Tensile test results of storage tank bottom plate far away from corrosion pit area

采用WZW-1000型材料彎曲試驗(yàn)機(jī)對遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的底板進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，結(jié)果見表3，可見儲罐底板的彎曲性能滿足GB/T 700-2006的技術(shù)要求。

表3 遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的儲罐底板的彎曲試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Bending test results of storage tank bottom plate far away from corrosion pit area

1.5 金相檢驗(yàn)

采用MEF3A型金相顯微鏡，依據(jù)GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》、GB/T 6394-2017《金屬平均晶粒度測定方法》、GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定——標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》和GB/T 34474.1-2017《鋼中帶狀組織的評定第1部分：標(biāo)準(zhǔn)評級圖法》，對遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的組織和非金屬夾雜物進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。可見儲罐底板顯微組織均為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度為8.0～8.5級，帶狀組織0.5級，未見異常組織。

圖4 遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的儲罐底板的顯微組織形貌Fig.4 Microstructure morphology of storage tank bottom plate far away from corrosion pit area

2 分析與討論

該腐蝕穿孔的儲罐底板表面有大量的涂層鼓包，且穿孔部位附近的鼓包破損露出基體，基體均存在腐蝕。結(jié)合現(xiàn)場提供的儲罐底板壁厚測試結(jié)果，儲罐整體壁厚并未發(fā)生減薄。因此可以推斷，該腐蝕穿孔主要原因?yàn)橥繉庸陌茡p，在破損點(diǎn)發(fā)生點(diǎn)蝕，進(jìn)而發(fā)生穿孔。

腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果表明，腐蝕產(chǎn)物主要由鐵、氧、硫、氯等元素組成，因此可以進(jìn)一步推斷該儲罐穿孔失效為氧腐蝕造成[4-6]。該儲罐的儲存介質(zhì)為原油，一般而言，原油本身并不具有腐蝕性，相反，原油還會在罐壁形成一層油膜，提高儲罐的耐腐蝕性能。造成原油儲罐底板腐蝕的主要原因是罐底存在沉積水。原油在開采和運(yùn)輸過程中，會帶入一定量的水分，當(dāng)原油進(jìn)入原油儲罐靜止儲存時，原油攜帶的水分以及空氣中的水蒸氣就會凝結(jié)沉降在儲罐底部。雖然一些原油儲罐定期進(jìn)行罐底沉積水的排放，但不能全部排出，罐底通常會存留200～300 mm 深度的沉積水。原油儲罐罐底除了存積的沉積水外，還有固態(tài)的沉積物，由于沉積水的存在，一般沉積物下都容易形成適合發(fā)生局部腐蝕的條件。

3 結(jié)論及建議

儲罐底板腐蝕穿孔的主要原因?yàn)橥繉淤|(zhì)量較差發(fā)生鼓包后破損，在破損點(diǎn)發(fā)生了氧腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致儲罐底板發(fā)生穿孔。

建議嚴(yán)格把控儲罐防腐內(nèi)涂層的質(zhì)量，增加陰極保護(hù)，定期排除儲罐底部積水，加強(qiáng)儲罐底板腐蝕檢測及監(jiān)測，實(shí)施儲罐完整性管理。