儲(chǔ)油罐及工藝管線腐蝕檢測(cè)及治理方案研究

李偉

中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司 廣東 深圳 518100

1 概述

儲(chǔ)油罐及工藝管線的原材料一般為鋼材，在實(shí)際使用中不可避免地會(huì)暴露在水和空氣中，這也決定了儲(chǔ)油罐及運(yùn)輸管線容易腐蝕，造成經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，石油泄漏易導(dǎo)致火災(zāi)等情況發(fā)生，威脅人民安全，帶來(lái)環(huán)境危害。因此，針對(duì)目前儲(chǔ)油罐及輸送管線使用中常見(jiàn)的腐蝕問(wèn)題，分析了儲(chǔ)油罐及管線的腐蝕機(jī)制，提出了保護(hù)措施，對(duì)延長(zhǎng)儲(chǔ)油罐及管線的使用壽命和儲(chǔ)油罐的安全使用具有重要意義。

儲(chǔ)油罐及工藝的腐蝕特性多種多樣，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）儲(chǔ)油罐的頂部經(jīng)常出現(xiàn)相對(duì)均勻的腐蝕情況，在腐蝕作用下儲(chǔ)油罐罐壁逐漸變薄，導(dǎo)致儲(chǔ)油罐的實(shí)際承受能力低于設(shè)計(jì)的壓力承受能力[1]；（2）儲(chǔ)油罐壁壁上的現(xiàn)象脫落，儲(chǔ)油罐腐蝕具有多孔腐蝕的特點(diǎn)，在多孔腐蝕嚴(yán)重威脅儲(chǔ)油罐安全的情況下，可能導(dǎo)致儲(chǔ)油罐罐壁穿孔[2]；（3）油管輸送管道焊縫較多，焊縫附近的腐蝕程度相對(duì)較高，易造成輸送管道損壞及石油泄漏，造成經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染問(wèn)題。

2 儲(chǔ)油罐及工藝管線的內(nèi)腐蝕機(jī)理分析及建議

2.1 內(nèi)腐蝕機(jī)理分析

在使用儲(chǔ)油罐存儲(chǔ)及管道運(yùn)輸石油的過(guò)程中，各部件的腐蝕難以完全避免，腐蝕原因不一致。其中，儲(chǔ)油罐罐壁上端和輸送管道內(nèi)表面層由于沒(méi)有太多的接觸油品，腐蝕的概率相對(duì)較大，屬于電化學(xué)腐蝕類別。儲(chǔ)油罐罐壁中間的腐蝕概率也很高，主要是因?yàn)橛凸拗杏推愤\(yùn)輸容積變化比較頻繁，油中含有少量硫化氫，使電化學(xué)腐蝕程度更強(qiáng)，硫酸在與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生氧化作用，儲(chǔ)油罐底的表面層和輸送管道下端是最會(huì)腐蝕性的部分[3]，這主要是由于污水層位于這一地區(qū)，導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

2.2 內(nèi)腐蝕的建議

采用宏觀檢測(cè)可以用于發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)油罐和工藝管道的整體腐蝕和主要缺陷，包括：變形、裂紋、泄漏、系統(tǒng)完整性、防腐層的降解。

內(nèi)腐蝕檢測(cè)可以通過(guò)“無(wú)損檢測(cè)”在測(cè)試對(duì)象狀態(tài)和性能報(bào)告不變的假設(shè)下，參照物理原理和化學(xué)原理，對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)試活動(dòng)，準(zhǔn)確獲取目標(biāo)物體的技術(shù)狀態(tài)信息，確保評(píng)估活動(dòng)完整、安全、高效、持續(xù)。內(nèi)腐蝕采用滲透檢測(cè)技術(shù)可以有效發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)油罐及管道的腐蝕問(wèn)題。這種檢測(cè)方法的應(yīng)用原理并不復(fù)雜，檢測(cè)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，通常在各種材料測(cè)試活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)。此外，幾何形狀和尺寸不會(huì)影響鉆孔測(cè)試活動(dòng)。

突出定點(diǎn)腐蝕檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到提高數(shù)據(jù)采集的目的，確保提出更有針對(duì)性的防腐策略。從現(xiàn)階段的實(shí)用性來(lái)看，不同方法在具體應(yīng)用中最根本的要求是依靠相關(guān)設(shè)備精確確定最危險(xiǎn)的腐蝕位置，同時(shí)分析收集的數(shù)據(jù)來(lái)判斷問(wèn)題的嚴(yán)重性[4]。在此基礎(chǔ)上，將制定相應(yīng)的處理措施，在使用腐蝕檢測(cè)方法的過(guò)程中，需要提前對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)有必要對(duì)具體使用過(guò)程進(jìn)行安排，明確工藝節(jié)點(diǎn)的具體內(nèi)容，提高防腐試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

3 儲(chǔ)油罐及工藝管線的外腐蝕機(jī)理分析及建議

3.1 外腐蝕機(jī)理分析

由于管道和儲(chǔ)油罐罐體暴露在外，與空氣中的氧化還原物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，往往會(huì)對(duì)外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的腐蝕，建設(shè)過(guò)程及設(shè)備維護(hù)過(guò)程對(duì)管道和罐體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制提高設(shè)備的性能。

通過(guò)對(duì)當(dāng)前儲(chǔ)油罐和輸油管道外部腐蝕現(xiàn)象的分析與評(píng)估發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)油罐罐體和石油輸送管道的材質(zhì)以剛才為主，因此，項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，要對(duì)罐體和管道表面進(jìn)行防腐蝕處理，一般為加涂防腐層。防腐層發(fā)生腐蝕情況后，罐體和管道會(huì)產(chǎn)生開裂或扭曲現(xiàn)象，最終鋼材結(jié)構(gòu)暴露在空氣環(huán)境中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不同程度的腐蝕[5]。除此以外，防腐層在脫落過(guò)程中，還可能因?yàn)橥繉优c鋼結(jié)構(gòu)的粘附力導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕。因此，在儲(chǔ)油罐罐體和輸油管管道外部腐蝕過(guò)程中，通常是由于鋼材結(jié)構(gòu)與蒸汽直接接觸，發(fā)生相應(yīng)的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，最終生銹。

有機(jī)涂料在使用中會(huì)與水環(huán)境、光照環(huán)境直接接觸，受其氧化反應(yīng)影響較大，并根據(jù)不同的濕度、溫度等環(huán)境，腐蝕程度不一致，容易被壓碎和開裂，導(dǎo)致涂層與鋼板之間出現(xiàn)剝落和剝落現(xiàn)象。此外，有機(jī)涂料和鋼涂層具有不同的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)溫差變化過(guò)大時(shí)，很容易在應(yīng)力的影響下，防腐層發(fā)生破裂，將鋼結(jié)構(gòu)暴露在外。

施工質(zhì)量不合格會(huì)導(dǎo)致管道和儲(chǔ)油罐在自然條件下易產(chǎn)生有機(jī)涂層的脫落和變形，會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)使用過(guò)程中儲(chǔ)油罐和管道的使用壽命，輸油管道和儲(chǔ)油罐表面防腐層失效產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè)，一方面是因?yàn)闊崤蛎浐蛻?yīng)力等產(chǎn)生的防腐層變化，另一方面由于接觸面被風(fēng)、高溫、陽(yáng)光直射等影響，防腐層發(fā)生物理化學(xué)變化，從而出現(xiàn)開裂、脫落等現(xiàn)象。防腐層的失效會(huì)導(dǎo)致大氣中的水及氧化性物質(zhì)與鋼材表面直接接觸，最終產(chǎn)生水膜或直接發(fā)生氧化反應(yīng)。隨著時(shí)間推移，防腐層的面積不斷擴(kuò)大。此外，儲(chǔ)油罐和管道受到機(jī)械振動(dòng)等物理影響時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致防腐層和鋼結(jié)構(gòu)的粘附力下降，最終加劇腐蝕現(xiàn)象。

防腐層破裂或脫落也會(huì)導(dǎo)致大氣中的水分子和氧化性物質(zhì)發(fā)生接觸從而產(chǎn)生氧化反應(yīng)。其中，水膜中的氫原子和氫氧根原子形成電解質(zhì)溶液，從而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。在正常情況下，鐵被轉(zhuǎn)化為鐵離子，電子轉(zhuǎn)化為陽(yáng)極，陰極部分由水氧和鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生，最終形成相應(yīng)的氫氧化物，所有反應(yīng)都是與水中的鐵和氧接觸，最終形成鐵氫氧化物。氫氧化鐵具有不穩(wěn)定的化學(xué)特性，會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的脫落和化學(xué)反應(yīng)，從而加劇儲(chǔ)油罐和管道的腐蝕。同時(shí)，防腐層與管道、罐體的表面會(huì)不斷地吸收大氣環(huán)境中的二氧化硫和氨氣，導(dǎo)致鋼材結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生堿性腐蝕或酸性腐蝕。隨著時(shí)間的推移，會(huì)導(dǎo)致相關(guān)鋼材輸油管或儲(chǔ)油罐的工作壓力增加，最終導(dǎo)致設(shè)備故障，造成嚴(yán)重的安全事故。

3.2 外腐蝕的建議

為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)油罐和輸送管道的防腐控制，結(jié)合定向防腐處理和精煉，在這一過(guò)程中，應(yīng)采用頂層設(shè)計(jì)，分析和評(píng)估儲(chǔ)油罐和管道外的當(dāng)前腐蝕機(jī)制，重點(diǎn)控制電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，增加防腐涂層與管道之間的粘合力，達(dá)到防腐控制的效果，同時(shí)施工單位還必須提高工程施工質(zhì)量，提高防腐效果。

通過(guò)分析和評(píng)估，在材料表面使用有機(jī)涂層，將延長(zhǎng)儲(chǔ)油罐和輸油管的使用壽命，有機(jī)涂料的質(zhì)量會(huì)影響防腐的使用壽命。為了控制施工質(zhì)量，有機(jī)涂料需要增加有機(jī)涂層和鋼表面產(chǎn)生的粘附力，如果兩者具有良好的粘合性，則不會(huì)在鋼面和有機(jī)涂層之間產(chǎn)生相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)公式可以看出，在電解質(zhì)連接后，陰極和陽(yáng)極之間的相應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)可能發(fā)生，有機(jī)涂層和鋼結(jié)構(gòu)具有良好的粘附力，電解質(zhì)通信現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生，如果兩者之間有相應(yīng)的粘合力差異，最終會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)交際，形成化學(xué)電池，從而刺激化學(xué)反應(yīng)。

為了控制有機(jī)涂料和鋼材表面的附著力，有必要對(duì)鋼材表面進(jìn)行預(yù)處理。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以看到，近60%的防腐涂層和表面除銹質(zhì)量缺陷與儲(chǔ)油罐施工活動(dòng)有關(guān)。施工方要求鋼油儲(chǔ)罐和輸油管道的施工過(guò)程中，企業(yè)需要檢查施工單位的資質(zhì)，確保施工單位具有相應(yīng)的施工技術(shù)，確保施工工作能夠正常、穩(wěn)定地進(jìn)行。如果施工單位的資質(zhì)檢查不嚴(yán)格，很難保證施工質(zhì)量的提高。施工部門和工程部還需及時(shí)引進(jìn)專業(yè)的防腐管理人員，評(píng)估和判斷整個(gè)工程的防腐性能，在采用有機(jī)防腐涂料的鋼結(jié)構(gòu)表面涂裝過(guò)程中進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)驗(yàn)收工作，企業(yè)需要邀請(qǐng)第三方機(jī)構(gòu)和人員通過(guò)專業(yè)設(shè)備測(cè)試管道的防腐性能，保證有機(jī)涂料的質(zhì)量和施工效率，在處理工藝中有效提高相關(guān)設(shè)備的表面控制，需要提前對(duì)鋼材表面的氧化物進(jìn)行處理，才能使用相應(yīng)的防腐涂料，同時(shí)要保證整體表面粗糙度能夠滿足相應(yīng)的要求，增加防腐涂料與鋼材之間的接觸面積，從而增加兩者的粘附力[6]。在有機(jī)涂料的驗(yàn)收管理過(guò)程中，必須確保涂層不破損，如果發(fā)現(xiàn)不合格的有機(jī)涂層，則需要進(jìn)行修改，并在修復(fù)完成后進(jìn)行驗(yàn)收，以確保涂層合格。

有機(jī)涂料的揮發(fā)與雨水浸泡有良好的關(guān)系，也使鋼表面腐蝕惡化，雨水浸泡主要發(fā)生在儲(chǔ)油罐底部和輸油管道的支撐基座周圍區(qū)域。因此，雨水的去除和對(duì)儲(chǔ)油罐罐體和管道進(jìn)行防雨措施處理可以有效提高防腐性，因此，在設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中需要進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)，防止管道頂部、底部和底部出現(xiàn)相應(yīng)的積水現(xiàn)象。輸送管道一般需要設(shè)置一個(gè)溝渠，切在水箱頂部周圍，以便能夠控制水箱屋頂?shù)呐潘?，以減少雨水垂直腐蝕對(duì)儲(chǔ)油罐壁的有機(jī)涂層的腐蝕影響[7]。另一方面，相關(guān)的工程師和設(shè)計(jì)師還必須在儲(chǔ)油罐底部的鋼板上方安裝雨傘，并在四周設(shè)置排水管道，減少底部鋼板的積水。此外，在濕度較大的地區(qū)建設(shè)管道和儲(chǔ)油罐，應(yīng)設(shè)置更嚴(yán)格的引水裝置，將雨水帶到表面。

熱噴涂技術(shù)的原理是利用加熱源將有機(jī)涂層升溫到半液體或液體狀態(tài)，然后采用高速氣流進(jìn)行霧化，這樣可以將有機(jī)原子原料均勻地覆蓋至鋼材結(jié)構(gòu)表面，這樣形成的防腐層具有防腐蝕、耐摩擦等效果[8]。熱噴涂技術(shù)由于技術(shù)和設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，所以具有經(jīng)濟(jì)性和靈活性，且應(yīng)用效率高，可廣泛應(yīng)用于工程防腐控制的各個(gè)方面。近年來(lái)，熱噴涂技術(shù)取得了很好的發(fā)展，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行不同形狀的防腐控制。這種技術(shù)與傳統(tǒng)的涂層防腐技術(shù)相比，在原料上更加節(jié)約，同時(shí)能保證防腐層和剛才結(jié)構(gòu)的表面具有良好的粘附力，從而對(duì)儲(chǔ)油罐和管道有更好更長(zhǎng)時(shí)間的防護(hù)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，輸油管道及儲(chǔ)油罐的防腐檢測(cè)及防腐處理是一項(xiàng)重要的工作。在設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，必須選擇科學(xué)合理的防腐工藝技術(shù)，并定期開展腐蝕檢測(cè)，記錄腐蝕狀態(tài)，必要時(shí)采取一定的措施，避免因腐蝕導(dǎo)致的儲(chǔ)油罐及工藝管線失效，產(chǎn)生安全問(wèn)題。