石腦油儲(chǔ)罐的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和檢驗(yàn)*

廖尚君，鄧 波，李宗偉，趙雅蕾, 王云峰

(1.中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 成都 611930；2.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230031；3.合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站有限公司，安徽 合肥 230031)

常壓儲(chǔ)罐是石化企業(yè)油品儲(chǔ)運(yùn)的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油化工、交通運(yùn)輸和國(guó)防等領(lǐng)域，用來儲(chǔ)存原油、成品油、中間原料和化工產(chǎn)品等介質(zhì)[1]。石腦油儲(chǔ)罐是最常見的常壓儲(chǔ)罐之一，主要用于存放來自常減壓、加氫裂化和加氫精制等裝置的石腦油。由于石腦油中多含有氯化氫和硫化氫等腐蝕性介質(zhì)，容易對(duì)儲(chǔ)罐造成腐蝕減薄和開裂，因此石腦油儲(chǔ)罐成為了煉油企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)部門的重點(diǎn)管理設(shè)備[2-3]。腐蝕穿孔導(dǎo)致石腦油泄漏，罐底板和罐壁板對(duì)接角焊縫(大角焊縫)裂紋導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，罐壁硫化物自燃導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生，石腦油儲(chǔ)罐因腐蝕造成的安全和環(huán)境問題后果嚴(yán)重。因此有必要對(duì)石腦油儲(chǔ)罐進(jìn)行腐蝕分析，了解石腦油儲(chǔ)罐的腐蝕機(jī)理，從而提出相應(yīng)的防腐措施。

1 石腦油儲(chǔ)罐基本情況

某煉油廠儲(chǔ)運(yùn)部有3臺(tái)20 000 m3石腦油儲(chǔ)罐(編號(hào)分別為T002-A,T002-B和T002-C)，由中國(guó)成達(dá)工程公司于2010年4月按照GB 50341—2003設(shè)計(jì)，2013年8月由中化第七建設(shè)公司按照GB 50128—2005施工建設(shè)，2014年2月投用，接收來自柴油加氫、渣油加氫、常減壓和重整抽提等裝置的石腦油，并外輸給乙烯裝置作為原料。設(shè)計(jì)溫度為常溫，設(shè)計(jì)壓力為常壓，操作溫度和壓力分別為常溫和常壓，其使用材質(zhì)及壁厚情況見表1。

表1 石腦油儲(chǔ)罐材質(zhì)及壁厚

罐底板下表面未采取外加電流陰極保護(hù)，罐底板上表面未設(shè)置陽(yáng)極塊，石腦油儲(chǔ)罐的防腐主要依賴于防腐涂層。

防腐涂層應(yīng)用：在罐底板上表面涂刷改性酚醛環(huán)氧耐油防腐導(dǎo)靜電涂料60 μm。在罐底板下表面板面周圍100 mm范圍內(nèi)涂可焊性無(wú)機(jī)富鋅漆50 μm。板面中間涂厚漿型環(huán)氧煤瀝青漆300 μm。罐壁板內(nèi)表面涂改性酚醛環(huán)氧耐油防腐導(dǎo)靜電漆60 μm。罐壁板外表面涂刷熱反射隔熱防腐膠50 μm。罐頂板內(nèi)表面涂刷改性酚醛環(huán)氧耐油導(dǎo)靜電漆60 μm。罐頂板外表面涂刷熱反射隔熱防腐膠50 μm。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和全面檢驗(yàn)

2.1 RBI評(píng)估

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)[4-8](Risk-based inspection，簡(jiǎn)稱RBI，也稱為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)是一種針對(duì)材料損傷所引起的設(shè)備失效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理過程，對(duì)這種風(fēng)險(xiǎn)主要通過對(duì)設(shè)備的檢測(cè)來管理。采用合肥通用機(jī)械研究院有限公司自主開發(fā)的RBI評(píng)估軟件對(duì)石腦油儲(chǔ)罐進(jìn)行RBI評(píng)估[9-12]，掌握石腦油儲(chǔ)罐的失效模式和損傷機(jī)理(見表2)。

表2 石腦油儲(chǔ)罐的失效模式和損傷機(jī)理

2.2 全面檢驗(yàn)

2018年5月，已對(duì)T002-A,T002-B和T002-C 3臺(tái)石腦油儲(chǔ)罐進(jìn)行全面檢驗(yàn)，檢驗(yàn)策略為：(1)對(duì)儲(chǔ)罐本體、附屬設(shè)施及安全附件進(jìn)行宏觀檢查；(2)對(duì)罐底板、底層壁板進(jìn)行超聲波測(cè)厚；(3)對(duì)底板距邊緣板1.5 m焊縫、底層壁板縱焊縫、底層壁板環(huán)焊縫、大角焊縫、邊緣板對(duì)接焊縫、底層壁板接管角焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)；(4)對(duì)底層壁板縱焊縫、環(huán)焊縫進(jìn)行衍射時(shí)差法(TOFD)超聲檢測(cè)；(5)對(duì)罐底邊緣板可檢部位進(jìn)行漏磁檢測(cè)[13]。

2.2.1 宏觀檢查

對(duì)3臺(tái)石腦油儲(chǔ)罐進(jìn)行宏觀檢查，檢查結(jié)果如表3所示。

表3 石腦油儲(chǔ)罐宏觀檢查結(jié)果

2.2.2 超聲測(cè)厚

對(duì)3臺(tái)石腦油儲(chǔ)罐進(jìn)行超聲測(cè)厚，測(cè)厚結(jié)果如表4所示。

表4 3臺(tái)石腦油儲(chǔ)罐測(cè)厚數(shù)據(jù)

罐底板，每塊板均測(cè)厚；底層壁板每塊板測(cè)厚，底層以上壁板沿盤梯測(cè)厚；罐頂板4個(gè)方位各選兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)厚。

2.2.3 磁粉、TOFD和漏磁檢測(cè)

對(duì)3臺(tái)石腦油儲(chǔ)罐進(jìn)行磁粉、TOFD和漏磁檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。其中，漏磁檢測(cè)僅針對(duì)罐底邊緣板，罐底中幅板未進(jìn)行漏磁檢測(cè)。

表5 石腦油儲(chǔ)罐無(wú)損檢測(cè)結(jié)果

3 腐蝕分析

3.1 應(yīng)力腐蝕開裂

經(jīng)RBI評(píng)估，石腦油儲(chǔ)罐罐底板對(duì)接焊縫、搭接焊縫、底層壁板對(duì)接焊縫和大角焊縫，存在濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的可能，但敏感性低，也就是說發(fā)生開裂的可能性較低。經(jīng)磁粉和TOFD檢測(cè)，這些位置并未發(fā)現(xiàn)裂紋，也進(jìn)一步說明了這些位置發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性較低。

3.2 腐蝕減薄

腐蝕減薄包括均勻減薄和局部減薄兩種類型。對(duì)測(cè)厚數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，如圖1所示。由圖1可以看出，罐底板、罐壁板和罐頂板實(shí)測(cè)壁厚與建造壁厚基本一致，并未發(fā)現(xiàn)明顯的均勻減薄。但從宏觀檢查可以看出，T002-B中幅板和T002-C邊緣板均存在局部減薄，坑深最大為2 mm。考慮石腦油儲(chǔ)罐的投用時(shí)間才4 a，局部腐蝕速率最高可達(dá)0.5 mm/a。

圖1 石腦油儲(chǔ)罐測(cè)厚分析

3.3 其他腐蝕

RBI評(píng)估主要針對(duì)儲(chǔ)罐本體，包括罐底板、罐壁板和罐頂板。從全面檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，不僅儲(chǔ)罐本體，而且儲(chǔ)罐的附屬設(shè)施及安全附件也有可能發(fā)生腐蝕或者損傷。石腦油儲(chǔ)罐浮盤密封橡膠易于發(fā)生破損，這主要是由于浮盤會(huì)經(jīng)常隨著液位的升降而上下移動(dòng)。罐內(nèi)防腐涂層的破損，一方面和防腐涂層的類型及施工質(zhì)量有關(guān)系，另一方面也和石腦油中存在的硫化氫、氯化氫等腐蝕介質(zhì)相關(guān)。T002-B一處浮盤下浮袋脫落，很大可能是安裝失誤所致。

此外，石腦油儲(chǔ)罐的操作溫度為常溫，發(fā)生材質(zhì)劣化的可能性非常低。機(jī)械損傷和原始缺陷都有可能存在，但此次檢驗(yàn)并未發(fā)現(xiàn)3臺(tái)石腦油儲(chǔ)罐存在明顯的機(jī)械損傷和原始缺陷。

4 結(jié)論與防腐措施

(1)基于石腦油儲(chǔ)罐T002-A,T002-B和T002-C的RBI評(píng)估和全面檢驗(yàn)結(jié)果，石腦油儲(chǔ)罐的腐蝕破壞主要為：土壤腐蝕和酸性水腐蝕導(dǎo)致的罐底板局部減薄，酸性水等腐蝕介質(zhì)導(dǎo)致的罐體內(nèi)壁的防腐涂層破損，濕硫化氫和應(yīng)力集中造成的大角焊縫應(yīng)力腐蝕開裂，浮盤頻繁升降導(dǎo)致的浮盤密封橡膠破損。由于石腦油儲(chǔ)罐操作溫度較低，發(fā)生材質(zhì)劣化的可能性較小，但由于施工質(zhì)量有差別，因此存在產(chǎn)生機(jī)械損傷和原始缺陷的可能。

(2)石腦油儲(chǔ)罐的重點(diǎn)腐蝕區(qū)域是罐底板和底層壁板，罐底板下表面存在土壤腐蝕、雜散電流腐蝕和氧濃差電池腐蝕等，因此，可以通過外加電流來進(jìn)行陰極保護(hù)；罐底板上表面和罐體內(nèi)壁只有在防腐涂層發(fā)生破損的情況下，母材才會(huì)發(fā)生腐蝕損傷，因此需要在罐底板上表面設(shè)置陽(yáng)極塊來進(jìn)行陰極保護(hù)；建造時(shí)需要選擇耐腐蝕性能好的防腐涂層，并且保證施工質(zhì)量，保障防腐涂層和罐體的黏結(jié)性，避免防腐涂層翹起和鼓泡；檢修時(shí)，對(duì)罐內(nèi)外防腐涂層破損的地方要及時(shí)修復(fù)。此外，還要加強(qiáng)對(duì)罐底水定期監(jiān)測(cè)，當(dāng)罐底水呈強(qiáng)酸性時(shí)，則需要及時(shí)反饋給上游裝置，進(jìn)行工藝上的調(diào)整，避免整個(gè)流程的強(qiáng)酸腐蝕。