原油儲(chǔ)罐全面檢驗(yàn)常見腐蝕問題分析及建議

蔣林林 ，韓文禮 ，2，王志濤 ，2，劉 苒 ，2，蘇碧煌 ，2，張彥軍 ，2

1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司，天津 300451

2.CNPC石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-涂層材料與保溫結(jié)構(gòu)研究室，天津 300451

大型常壓儲(chǔ)罐是石油石化行業(yè)常用的重要設(shè)備，通常用于儲(chǔ)存石油產(chǎn)品或危險(xiǎn)化學(xué)品[1]。目前，我國(guó)已建成各類儲(chǔ)罐總庫(kù)容約4 592×104m3，由于儲(chǔ)存大量具有易燃、易爆特性的原油，所以大型原油儲(chǔ)罐一旦發(fā)生事故，就會(huì)造成十分嚴(yán)重的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)原油儲(chǔ)罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行治理是提高儲(chǔ)罐安全運(yùn)行水平的重要手段。API RP 575[2]明確指出：腐蝕是導(dǎo)致鋼制儲(chǔ)罐及其附件損壞的主要原因，因此查找腐蝕部位和測(cè)試腐蝕程度是儲(chǔ)罐檢測(cè)的主要目的，腐蝕檢測(cè)在儲(chǔ)罐檢測(cè)中顯得尤為重要[3]。儲(chǔ)罐的定期檢驗(yàn)通常采用常規(guī)的無損檢測(cè)方法，包括超聲測(cè)厚、漏磁掃查、磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)等。本文總結(jié)介紹了原油儲(chǔ)罐定期檢驗(yàn)過程中遇到的常見腐蝕問題，分析了可能導(dǎo)致腐蝕的原因，提出了相應(yīng)的防控措施，旨在為儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理提供參考，以便提高儲(chǔ)罐安全運(yùn)行的可靠性，有效減少突發(fā)安全事故造成的人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失及安全環(huán)保事件。

1 全面檢驗(yàn)中的常見問題

1.1 儲(chǔ)罐底板腐蝕

儲(chǔ)罐內(nèi)底板通常采用防腐涂層與犧牲陽極陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù)方式進(jìn)行防腐蝕控制。儲(chǔ)罐建設(shè)期間，塊狀犧牲陽極通過焊接或者螺栓連接的方式均勻布置在儲(chǔ)罐底板內(nèi)表面，運(yùn)行期間對(duì)罐底板內(nèi)表面提供陰極保護(hù)。當(dāng)罐底板涂層出現(xiàn)問題時(shí)，犧牲陽極為罐底板內(nèi)表面提供陰極保護(hù)，當(dāng)犧牲陽極的用量設(shè)計(jì)不足或是超過犧牲陽極的服役時(shí)間時(shí)（見圖1），儲(chǔ)罐底板內(nèi)表面就開始發(fā)生腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成腐蝕穿孔（見圖2），導(dǎo)致介質(zhì)泄漏。

圖1 消耗嚴(yán)重的犧牲陽極

圖2 腐蝕穿孔的罐底板

1.2 儲(chǔ)罐壁板腐蝕

儲(chǔ)罐壁板外側(cè)的腐蝕重點(diǎn)關(guān)注與罐壁相連的易積水部位，如保溫儲(chǔ)罐加強(qiáng)圈部位、抗風(fēng)圈踏板與罐壁焊接部位、罐壁連接件部位等。某油庫(kù)保溫儲(chǔ)罐在運(yùn)行過程中出現(xiàn)過加強(qiáng)圈部位罐壁腐蝕造成的儲(chǔ)罐泄漏事故。保溫儲(chǔ)罐加強(qiáng)圈部位罐壁的腐蝕狀況見圖3。

圖3 保溫儲(chǔ)罐加強(qiáng)圈部位罐壁的腐蝕情況

圖3（a）、（b）、（c） 罐壁焊接部位沿儲(chǔ)罐一周分布有鼓起的銹蝕層，厚度5～10 mm，去除銹蝕層后罐壁呈現(xiàn)麻點(diǎn)狀的坑蝕，腐蝕嚴(yán)重；圖3（d）呈現(xiàn)為罐壁焊縫邊緣有一條明顯的腐蝕溝槽。

抗風(fēng)圈踏板與罐壁焊接部位的腐蝕狀況如圖4所示，大面積的鼓包，銹蝕層存在分層現(xiàn)象（見圖5），厚度達(dá)到10 mm左右。罐壁連接件部位的腐蝕狀況如圖6所示。

圖4 抗風(fēng)圈踏板與罐壁焊接部位的腐蝕狀況

圖5 銹蝕層照片

圖6 罐壁連接件位置腐蝕狀況

1.3 儲(chǔ)罐頂板腐蝕

在宏觀檢查過程中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過儲(chǔ)罐頂板腐蝕穿孔的情況。當(dāng)儲(chǔ)罐頂板因?yàn)樵O(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，造成部分區(qū)域積水或排水不暢時(shí)，儲(chǔ)罐頂板容易出現(xiàn)腐蝕穿孔。如圖7所示，涂層出現(xiàn)起鼓，目視檢查表面未發(fā)現(xiàn)穿孔，檢查浮艙時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有滲漏現(xiàn)象，將涂層及銹蝕層清除之后，發(fā)現(xiàn)頂板腐蝕穿孔。

圖7 儲(chǔ)罐頂板的腐蝕穿孔現(xiàn)象

2 腐蝕原因分析

2.1 防腐涂料選擇不當(dāng)

防腐層失效是腐蝕發(fā)生的前提。涂層是防腐蝕的第一道防線，完好的涂層可提供99%的保護(hù)，而剩余的1%則由陰極保護(hù)提供[4-5]。防腐涂層選型不符合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求，涂層質(zhì)量不合格導(dǎo)致涂層失效腐蝕發(fā)生。圖8是新疆地區(qū)某油罐罐頂防腐涂層的情況，罐頂一周泡沫板表面的涂層向陽側(cè)和背陰側(cè)有明顯的區(qū)別，向陽側(cè)涂層（圖8（a））發(fā)生了大面積剝離脫落，而背陰側(cè)涂層相對(duì)完整，可見光照對(duì)涂層（圖8（b））質(zhì)量產(chǎn)生了影響，同時(shí)也可推斷該涂層耐紫外線的性能較差，剝離脫落的涂層下表面還可以看到有涂層存在，可能是防腐層大修時(shí)表面涂層未清理干凈就進(jìn)行涂敷施工或者多次涂敷過程中底層涂層已固化導(dǎo)致的。

圖8 罐頂泡沫板表面涂層狀況

2.2 犧牲陽極用量設(shè)計(jì)不合理

涂層出現(xiàn)問題、犧牲陽極安裝數(shù)量不足或是超過犧牲陽極服役周期時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)底板處于陰極保護(hù)欠保護(hù)狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生。在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)同一時(shí)間建造的1×104m3容積的儲(chǔ)罐，在相同的運(yùn)行條件下，因?yàn)闋奚枠O用量不同，罐底板腐蝕狀況相差很大。采用20塊犧牲陽極的儲(chǔ)罐，需要補(bǔ)板的數(shù)量是6塊板、10處位置；采用101塊犧牲陽極的儲(chǔ)罐，需要補(bǔ)板的僅1處。當(dāng)儲(chǔ)罐運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，檢修周期超過犧牲陽極的設(shè)計(jì)壽命時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)罐底板因陰極保護(hù)欠保護(hù)出現(xiàn)腐蝕的情況。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)

加強(qiáng)圈上表面為安裝保溫層而設(shè)置的扁鋼（見圖9）的安裝方式不合理（采用點(diǎn)焊），易形成進(jìn)水通道。外界降水通過加強(qiáng)圈外緣進(jìn)入扁鋼內(nèi)部，與保溫層接觸，不易散失，并易在加強(qiáng)圈與罐壁焊接位置富集，為該處罐壁腐蝕提供了環(huán)境條件，導(dǎo)致腐蝕發(fā)生。

圖9 加強(qiáng)圈上表面安裝保溫層設(shè)置的扁鋼

消防系統(tǒng)噴淋管的設(shè)置不合理。為了便于安裝，罐周的消防水管常采用通過支架固定在加強(qiáng)圈上的設(shè)計(jì)，如圖10所示?，F(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，消防水噴淋裝置是造成罐壁保溫層進(jìn)水的主要原因。支架的尺寸或噴嘴的角度設(shè)置不合理時(shí)，噴淋水會(huì)通過防水檐進(jìn)入保溫層。加強(qiáng)圈部位防水檐的設(shè)置，可以有效防止自然降雨進(jìn)入罐壁保溫層，但是消防水管的設(shè)置會(huì)造成消防水進(jìn)入保溫層與罐壁接觸。

圖10 儲(chǔ)罐消防水噴淋裝置

一般認(rèn)為，防水是保溫工程的關(guān)鍵，保溫材料一旦進(jìn)水，不但起不到保溫作用，還會(huì)導(dǎo)致保溫層下管道或容器的均勻腐蝕、局部腐蝕或外應(yīng)力腐蝕開裂（ESCC），也就是常說的保溫層下腐蝕（corrosion under insulation，CUI）。加強(qiáng)圈部位罐壁的腐蝕問題可以認(rèn)為是保溫層下的腐蝕現(xiàn)象[6]。保溫層下腐蝕是指發(fā)生在施加了保溫層材料的管道或設(shè)備外表面上的一種腐蝕現(xiàn)象。水分滲入保溫材料中導(dǎo)致基底環(huán)境變潮是CUI發(fā)生的開始[7]。防腐層出現(xiàn)問題時(shí)，金屬表面和保溫材料間形成薄層電解質(zhì)溶液，為電化學(xué)腐蝕發(fā)生創(chuàng)造必要條件，最終腐蝕產(chǎn)物為Fe（OH）3和Fe3O4。這些腐蝕產(chǎn)物比較疏松，缺乏保護(hù)性，所以一旦在金屬表面某處發(fā)生，腐蝕就會(huì)持續(xù)下去[8]。

2.4 保溫外護(hù)層與罐壁固定支架的密封不嚴(yán)

通過觀察發(fā)現(xiàn)，抗風(fēng)圈踏板、扶梯等固定斜撐支架與罐壁焊接部位存在明顯的漏水痕跡，如圖11所示。支架與保溫外護(hù)層密封不嚴(yán)密是造成保溫層進(jìn)水重要原因。保溫層吸水變潮，且水分不易蒸發(fā)，涂層一旦出現(xiàn)破損，罐壁就容易發(fā)生腐蝕。

圖11 罐壁固定支架部位進(jìn)水痕跡

2.5 防腐施工質(zhì)量管控不到位

在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)在表面涂層修復(fù)之后，存在因?yàn)橥繉酉赂g造成鼓包的現(xiàn)象，打開之后可見銹蝕層較厚且分層，除去銹層之后，金屬表面腐蝕嚴(yán)重，如圖4、圖5所示。分析原因是進(jìn)行防腐層大修時(shí)，質(zhì)量監(jiān)管不到位，表面處理不徹底或是未進(jìn)行表面處理而直接進(jìn)行涂敷施工造成的，表面的防腐涂層不能阻止內(nèi)部腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展，造成嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

3 建議

針對(duì)儲(chǔ)罐全面檢驗(yàn)遇到的腐蝕問題開展了腐蝕原因分析，提出如下建議：

（1）涂層是防腐蝕的第一道防線，涂層的選材要滿足現(xiàn)場(chǎng)使用條件，如日照強(qiáng)的環(huán)境要滿足抗紫外線老化性能的要求。施工過程中（包括防腐層大修）要做好質(zhì)量控制，剝離的涂層及銹層要徹底清除，滿足涂料的施工要求后再進(jìn)行防腐涂料涂敷施工。對(duì)于加強(qiáng)圈、罐壁附件、支撐桿、人孔、排污孔等與罐壁焊接部位以及小空間不方便進(jìn)行防腐施工的部位，尤其要注意防腐質(zhì)量控制。

（2）儲(chǔ)罐內(nèi)壁犧牲陽極的數(shù)量設(shè)計(jì)要盡量準(zhǔn)確，并留有裕量，確保犧牲陽極使用壽命滿足儲(chǔ)罐檢修周期的要求。

（3）消防水噴淋裝置的設(shè)置要避免噴淋水進(jìn)入保溫外護(hù)層與罐壁接觸。通過調(diào)整安裝支架的尺寸和噴淋角度，可以避免該問題的發(fā)生。

（4）加強(qiáng)圈上表面用于安裝保溫層的扁鋼的焊接方式由點(diǎn)焊調(diào)整為滿焊，徹底切斷水分通過加強(qiáng)圈上表面進(jìn)入罐壁保溫層的途徑，避免腐蝕環(huán)境的形成。

（5）抗風(fēng)圈踏板、扶梯的支撐等與罐壁焊接的附件位置，要做好與保溫外護(hù)層的密封或采取導(dǎo)流措施，防止自然降雨通過支撐接觸罐壁，造成保溫層變潮濕進(jìn)而形成腐蝕條件。

（6）強(qiáng)化防腐專業(yè)的設(shè)計(jì)審查。初設(shè)、大修方案審查階段，要重視防腐專業(yè)的審查，包括涂料的選擇、陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)、施工要求、質(zhì)量管控等方面，從腐蝕控制的全過程來管理防腐。