儲油罐及管道外腐蝕機理分析

莊磊

（中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315899）

儲油罐管道外腐蝕現(xiàn)象相對較為常見，在對相關(guān)腐蝕問題進(jìn)行處理管控的過程中，工程師以及相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合精益化、精細(xì)化的現(xiàn)場管理工作，對設(shè)備的運行環(huán)境、運行原理進(jìn)行分析、評估，以此來增強設(shè)備的運行質(zhì)量，提高設(shè)備的運行效率。

1 外腐蝕情況與原因分析

儲油罐以及管道設(shè)施所存在的腐蝕問題相對較為嚴(yán)重，同時在不同時節(jié)、不同區(qū)域、不同場所以及不同的濕度、溫度環(huán)境會給成品油儲油罐以及相應(yīng)的石油管線造成腐蝕影響，具體來說包含以下幾個方面。

1.1 油罐外腐蝕

油罐外腐蝕現(xiàn)象相對較為常見，由于油罐外表通常結(jié)合鋼制材料的使用，同時在油罐的拱頂區(qū)域位置也具備較大的鋼結(jié)構(gòu)面積，相關(guān)區(qū)域位置受到周邊環(huán)境的影響也相對較大，其表面所涂刷的防腐蝕涂層也會受到外部不良因素的影響而出現(xiàn)脫落、剝離的現(xiàn)象，比如當(dāng)油罐頂部或周邊積水增加，長時間導(dǎo)致腐蝕，再加上油罐周邊大面積涂層風(fēng)力剝離，從而導(dǎo)致油罐外腐蝕影響進(jìn)一步加劇。儲油罐罐底周邊的腐蝕現(xiàn)象也相對較為常見，油罐底鋼板是整個儲罐的受力部位，在儲油過程中由于受到油品壓力的影響，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象，久而久之會導(dǎo)致罐底與混凝土基座之間產(chǎn)生相應(yīng)的溝槽，而溝槽在受到熱脹冷縮的影響下會給周邊積水提供匯集場地，最終造成嚴(yán)重的腐蝕。通過數(shù)據(jù)調(diào)研分析可以看出，儲油罐底所出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象相對較為嚴(yán)重，而罐底的積水主要來自于罐壁垂直流下的雨水，導(dǎo)致其底部的鋼板以及涂層長期浸泡在水中，并且由于底部存在相應(yīng)的溝槽，使得內(nèi)部的積水很難蒸發(fā)出，最終給細(xì)菌以及植物的生長提供了外在條件，加劇了罐底的腐蝕。其次，出現(xiàn)罐身大面積涂層風(fēng)力剝離的現(xiàn)象也相對較為常見，在季風(fēng)季節(jié)，受到風(fēng)力的影響，涂在罐身的防腐涂層也會受到相應(yīng)的剝離影響，最終給罐身的防腐性能造成較大的影響。除此之外，在油罐罐頂部位出現(xiàn)積水的現(xiàn)象也相對較為常見，一般情況下，罐頂積水腐蝕主要集中于罐頂周邊相對較為低洼的位置，常伴有鋼鐵生銹，由于鋼板受到風(fēng)吹日曬，在積水的共同作用下出現(xiàn)開裂的狀況，再加上罐頂周邊的低洼處堆積有大量的積水，使得鋼表面出現(xiàn)嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。

1.2 輸油管線腐蝕情況

輸油管線出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象也相對較為常見，石油管線腐蝕主要表現(xiàn)在支撐底座腐蝕，同時相應(yīng)的腐蝕部位通常在管線下表面以及上表面，并且管線在運作過程中受到機械震動的影響，再加上風(fēng)力的作用也會導(dǎo)致涂層剝落。一般情況下，鋼支撐底座受到腐蝕的現(xiàn)象相對較為常見，在輸油過程中，由于管線上具備分布不均的壓力情況，而為了避免壓力過于集中，保證運輸線安全常需要設(shè)置較為密集的鋼支撐底座，鋼底座與混凝土承臺連接在一起，在完成對鋼底座的設(shè)立之后，也需要對其進(jìn)行防腐處理，通常結(jié)合白色涂層，將鋼底座與外部的空氣、水分進(jìn)行有效隔絕，但是若相關(guān)區(qū)域存在積水的現(xiàn)象也會導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象加劇。一般情況下，鋼底座與混凝土承臺積水是由于在輸油管線輸油過程中出現(xiàn)機械震動，使得相關(guān)區(qū)域存在低洼而導(dǎo)致的，而管線下邊面出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象側(cè)重體現(xiàn)在白色涂層脫落翹起的情況，從而使得涂層脫落的區(qū)域位置出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，而出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因在于管線下邊面相對較為潮濕，管線兩側(cè)不易聚集或匯聚過多的水分，但是在管線下部位受到應(yīng)力的影響卻容易聚集雨水，相關(guān)區(qū)域位置在冬季氣溫相對較低的情況下會凝結(jié)成冰，并且受到熱脹冷縮的影響使得白色涂層開裂。此外，管線上表面也經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，其體現(xiàn)在白色涂層龜裂，并且伴隨有褐色鐵銹，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因在于當(dāng)管道涂層受到大氣環(huán)境的影響而出現(xiàn)粉化龜裂的現(xiàn)象，最終雨水、大氣通過龜裂部分接觸的管線鋼表面，從而產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。

2 外腐蝕過程的機理分析

管道外腐蝕以及油罐外腐蝕通常伴隨著不同程度的化學(xué)反應(yīng)，在此過程中，工程師以及相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)通過精細(xì)化的現(xiàn)場管控，增強設(shè)備的使用性能，相關(guān)機理如下。

通過對當(dāng)前油罐以及輸油管線所產(chǎn)生的外腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行分析評估可以看出，由于油罐以及輸油管線具備較多的鋼制材料，在初期工程項目建設(shè)過程中需要對油罐表面以及輸油管線管身涂抹相應(yīng)的防腐蝕涂層，但是在出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象之后，一般伴隨有機涂層龜裂或翹起的狀況，導(dǎo)致鋼表面直接與大氣環(huán)境接觸，最終出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。此外，在該過程中若出現(xiàn)有機涂層失效，導(dǎo)致涂層與鋼表面的結(jié)合力降低也會出現(xiàn)涂層脫落，出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的現(xiàn)象?？傊谕飧g過程中，通常是鋼材與水氣直接接觸而發(fā)生相應(yīng)的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，最終生成鐵銹。

2.1 有機涂層失效

有機涂層在使用過程中長時間受到外部水環(huán)境、光照環(huán)境的影響，由于其物理特性在特定的環(huán)境下存在相應(yīng)的差異，從而容易出現(xiàn)粉化龜裂的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致涂層與鋼板出現(xiàn)脫落剝離的現(xiàn)象。除此之外，有機涂層與鋼材也存在不同的熱脹系數(shù)，在溫差變化過大的情況下也容易導(dǎo)致有機涂層受到應(yīng)力的影響而出現(xiàn)龜裂的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)裸露在外。

由于施工質(zhì)量不合格，受到冰凍以及外在自然因素的影響也會導(dǎo)致有機涂層脫落或翹起，通過分析可得出，輸油管線以及油罐外表有機涂層存在失效的現(xiàn)象一方面是由于熱脹冷縮應(yīng)力的影響，而另一方面是由于外部環(huán)境如大風(fēng)、高溫、陽光直射，使得有機涂層的理化特性發(fā)生了變化，最終出現(xiàn)涂層龜裂脫落的現(xiàn)象，無論是哪一種有機涂層失效的情況均會導(dǎo)致大氣中的水進(jìn)入到涂層與鋼表面之間最終產(chǎn)生相應(yīng)的水膜，久而久之也會導(dǎo)致有機涂層的脫落面積進(jìn)一步擴大，使得腐蝕影響進(jìn)一步加劇。此外，當(dāng)油罐或輸油管線受到外部機械震動或風(fēng)力影響的情況下也會導(dǎo)致涂層與鋼結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合力降低，最終使得腐蝕現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。

2.2 鋼表面大氣腐蝕原理

當(dāng)有機涂層脫落或出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象之后，大氣中的水分便會與結(jié)構(gòu)中的鋼材發(fā)生相應(yīng)的接觸反應(yīng)，形成水膜，在水膜中有氫離子、氫氧根離子，從而形成相應(yīng)的電解溶液，使得鋼材發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，一般情況下，鋼材將作為陽極轉(zhuǎn)換為鐵離子和電子，而在陰極部位則是由氧氣、水與鐵離子反應(yīng)，最終生成相應(yīng)的氫氧根，而總反應(yīng)為鐵與氧氣水接觸最終生成氫氧化鐵，最后相關(guān)物質(zhì)經(jīng)過脫水處理形成鐵銹，而鐵銹具備不穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及物理性質(zhì)，會出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，最終使得鋼材表面腐蝕程度進(jìn)一步加劇。除此之外，在涂層與鋼表面之間所形成的水膜也會不斷地吸收空氣中的二氧化硫以及氨氣，最終給鋼表面造成相應(yīng)的堿性腐蝕或酸性腐蝕，久而久之會導(dǎo)致相關(guān)鋼制材料的輸油管線或油罐工作壓力進(jìn)一步增大，最終出現(xiàn)設(shè)備失效的情況，造成嚴(yán)重的安全事故。

3 對策與建議

要想實現(xiàn)對儲油罐以及運輸管線防腐蝕管控，結(jié)合定向化、精細(xì)化的防腐處理是必不可少的，在該過程中，工程師以及相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)采取頂層設(shè)計，對當(dāng)前儲油罐以及管道外腐蝕的機理進(jìn)行分析評估，重點管控電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，增強防腐蝕涂層與管道之間的結(jié)合力，以此能達(dá)到防腐管控效果。同時，施工單位也需要提高工程項目施工建設(shè)品質(zhì)，增強防腐管控效果。

3.1 管控有機涂層施工質(zhì)量

通過對上文的分析評估可以看出，在相關(guān)材料表面涂抹相應(yīng)的有機涂層會增強油罐以及石油管線的使用壽命，同時相關(guān)有機涂層涂抹質(zhì)量的高低也會影響防腐使用壽命，而要想控制有機涂層施工品質(zhì)則需要最大限度地增強有機涂層與鋼材表面所產(chǎn)生的結(jié)合力，如果兩者具備良好的結(jié)合力，則鋼表面與有機涂層之間便不會產(chǎn)生相應(yīng)的水膜，進(jìn)而也不會發(fā)生相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。通過化學(xué)反應(yīng)式可以看出，只有電解液連通之后陰陽極之間才有可能發(fā)生相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)，如果有機涂層和鋼結(jié)構(gòu)具備良好的結(jié)合力則不會發(fā)生電解液連通的現(xiàn)象，如果兩者之間存在相應(yīng)的結(jié)合力差，最終會導(dǎo)致電解液連通形成化學(xué)電池引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。

而要想控制有機涂層與鋼材表面的結(jié)合力，則需要采取對鋼表面預(yù)先處理，通過數(shù)據(jù)分析可以看出，將近約60%以上的防腐涂層質(zhì)量缺陷與表面除銹情況存在相應(yīng)的關(guān)聯(lián)，在油庫施工建設(shè)活動中，施工方需要對鋼制儲油罐以及輸油管線進(jìn)行定向化處理，在施工建設(shè)前期，企業(yè)需要對施工單位的資質(zhì)進(jìn)行審核、審查，確保施工單位具備相應(yīng)的施工技術(shù)，保證施工作業(yè)能夠正常穩(wěn)定地進(jìn)行。如果對施工單位資質(zhì)審核不嚴(yán)格則很難保證施工質(zhì)量得到提升，同時施工方、項目方也需要及時引入專業(yè)化的防腐管理人員，對整個工程項目的防腐性能進(jìn)行評估評判，做好相應(yīng)的防護(hù)驗收，在后續(xù)對鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷有機防腐涂層的過程中，企業(yè)需要積極應(yīng)邀第三方機構(gòu)以及工作人員通過專業(yè)設(shè)備對管線的防腐蝕性能進(jìn)行檢測，保證有機涂層施工建設(shè)質(zhì)量和效率能夠得到有效提升，在對相關(guān)設(shè)備表面進(jìn)行處理管控的過程中，需要將鋼鐵表面的氧化物事先處理干凈才能夠涂抹相應(yīng)的防腐涂層，同時還需要確保整體表面的粗糙度能夠滿足相應(yīng)的要求以此來增大防腐涂層與鋼材的接觸面積，進(jìn)而增加兩者的結(jié)合力。而在對有機涂層進(jìn)行驗收管理的過程中，也需要確保涂層完好完整，如果發(fā)現(xiàn)不合格的有機涂層，則需要進(jìn)行整改，在完成整改之后再驗收，確保涂層合格。

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化，防積水

通過實地調(diào)研分析可以得出，有機涂層脫落與積水浸泡存在較大的關(guān)聯(lián)，并且也進(jìn)一步加劇了鋼表面腐蝕，而積水浸泡主要出現(xiàn)在儲油罐罐底周邊區(qū)域以及輸油管支撐底座等部位，因此排除積水，實現(xiàn)對積水有效防范處理對于提高防腐性能具備較大的現(xiàn)實意義。在此過程中，設(shè)計師需要優(yōu)化結(jié)構(gòu)來防止油罐頂部、底部以及輸油管線底座出現(xiàn)相應(yīng)的積水現(xiàn)象，一般情況下需要對油罐頂部周邊設(shè)置截水溝，實現(xiàn)對罐頂?shù)呐潘芸兀源藖頊p弱雨水垂直向下對罐壁有機涂層所造成的腐蝕影響；而另一方面，工程師以及相關(guān)設(shè)計人員也需要對罐底鋼板周邊設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)傘，減少底鋼板臺階處所堆積的雨水，此外，在特別潮濕的部位還應(yīng)當(dāng)設(shè)置相應(yīng)的引水裝置，將雨水導(dǎo)入到地表，避免管線底部在冬季出現(xiàn)結(jié)冰凍結(jié)的狀況。

3.3 熱噴涂技術(shù)防腐

熱噴涂技術(shù)主要利用熱源，將涂料進(jìn)行加熱直至熔融或半熔狀態(tài)，之后再結(jié)合高速氣流將其進(jìn)行霧化處理，再將相應(yīng)的霧化原料噴射到鋼制零件表層，以此來構(gòu)建起相應(yīng)的防腐蝕涂層，最終達(dá)到防腐耐磨的管控效果。熱噴涂技術(shù)具備較為高效的應(yīng)用特征，同時相關(guān)技術(shù)設(shè)備簡便、經(jīng)濟實惠，具備良好的柔韌性，能夠廣泛應(yīng)用到工程項目防腐管控的各個方面，近幾年來熱噴涂技術(shù)也取得了較大的發(fā)展，能夠?qū)Σ煌螤畹匿撝平Y(jié)構(gòu)材料實施防腐管控，此類技術(shù)相比較于傳統(tǒng)涂層技術(shù)能夠節(jié)約原材料，同時還能夠確保涂層與鋼表面形成良好的結(jié)合力，實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)。

4 結(jié)語

在對儲油罐以及管道外部腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行管控的過程中，工程師以及相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)開展頂層設(shè)計，優(yōu)化各項防腐管控工作，提高設(shè)備的運行效率，結(jié)合精益化、精細(xì)化的管理思想，加大對管道工程以及儲油罐工程的防腐管控力度，強化質(zhì)量檢驗，制定明確的管控標(biāo)準(zhǔn)，以此來提高設(shè)備的運行質(zhì)量和效率。