常壓儲(chǔ)罐的受損原因與修復(fù)思路探討

摘 " " "要：儲(chǔ)罐是石油化工領(lǐng)域中常用的容器，設(shè)計(jì)壓力一般不超過(guò)0.1 MPa，罐體與大氣相通，用于儲(chǔ)存無(wú)劇毒的非人工制冷化學(xué)品。受到儲(chǔ)罐板材質(zhì)量、施工質(zhì)量、大氣腐蝕的多重作用，儲(chǔ)罐常常受損。而且儲(chǔ)罐內(nèi)的介質(zhì)也會(huì)與罐體本身發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成化學(xué)腐蝕。首先分析常壓儲(chǔ)罐的受損特點(diǎn)，探究了受損原因，并從基本維護(hù)、受損后修復(fù)、在線修復(fù)3個(gè)層面討論了常壓儲(chǔ)罐的修復(fù)方法。

關(guān) "鍵 "詞：常壓儲(chǔ)罐；受損原因；修復(fù)方法

中圖分類號(hào)：X928.3 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " 文章編號(hào)： 1004-0935（2023）03-0373-04

常壓儲(chǔ)罐作為現(xiàn)在比較常用的工業(yè)容器，被廣泛使用，由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有多樣性，又常分為雙拱頂固定罐、雙金屬全容罐、三層壁混凝土罐、內(nèi)浮頂罐、外浮頂罐等。其不論何種形式均對(duì)材料和容器本身要求較高，而且由于規(guī)格較大，往往需要在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行制作安裝，其過(guò)程質(zhì)量控制相對(duì)復(fù)雜，造成很多的常壓儲(chǔ)罐不夠安全，在使用過(guò)程中存在著一定的安全隱患，容易對(duì)工作人員的安全造成威脅，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。為了避免這種情況的發(fā)生，需要分析常壓儲(chǔ)罐容易受損的原因，而后在進(jìn)行修復(fù)思路的探討，下面就常壓儲(chǔ)罐的受損原因與修復(fù)思路作出初步研究，希望能為常壓儲(chǔ)罐更好應(yīng)用做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

1 "常壓儲(chǔ)罐的受損原因

1.1 "常壓儲(chǔ)罐的受損特點(diǎn)

儲(chǔ)罐的受損部位主要是焊縫。裂縫起源是焊縫過(guò)熱區(qū)。裂縫表面大多經(jīng)歷兩次開裂。裂縫斷面有腐蝕情況。裂紋表面覆蓋物成分分析表明硫元素質(zhì)量占比1.2%，內(nèi)表面比外表面含硫比重大。在硫化氫的作用下，罐體發(fā)生電化學(xué)腐蝕，當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)便會(huì)開裂，金屬材料出現(xiàn)位錯(cuò)，晶界應(yīng)力更加集中，晶間開裂，儲(chǔ)罐受損。

1.2 "常壓儲(chǔ)罐的受損因素

1.2.1 "硫化氫應(yīng)力腐蝕損傷

硫化氫損傷產(chǎn)生的原因是硫化氫可以分解為氫離子和硫氫根離子，鐵原子接觸到空氣氧化成為亞鐵離子，硫氫根離子又分解成為硫離子，與亞鐵離子混合后產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，變?yōu)槌恋砹蚧瘉嗚F。

H2S→H++HS-。 " " " " " " " " " " "（1）

HS→H++S2-。 " " " " " " " " " " " （2）

這樣就消耗掉了儲(chǔ)罐中的一些金屬材料。在這過(guò)程中，硫氫根電離出的氫離子與電子結(jié)合，變成氫原子，每?jī)蓚€(gè)氫原子結(jié)合成為一個(gè)氫氣分子。硫化氫對(duì)氫氣分子的形成有阻礙作用。

陽(yáng)極反應(yīng)：

Fe→Fe2+ +2e-。 " " " " " " " " " " （3）

Fe2+ + S2-→FeS（沉淀）。 " " " " " " （4）

陰極反應(yīng)：

3H+ + 3e-→3H（吸附殼體內(nèi)表面）。 " "（5）

3H→H（吸收）+H2。 " " " " " " " "（6）

硫化氫其性質(zhì)的特殊性，將會(huì)阻礙氫原子復(fù)合成氫分子，并且使氫原子向容器殼體內(nèi)部滲透，40%氫原子將會(huì)被殼體吸收。沒(méi)有硫化氫僅有4%氫原子被殼體吸收。最終導(dǎo)致殼體脆化、開裂或者鼓泡。

1.2.2 "氫對(duì)儲(chǔ)罐的損傷

氫可以使儲(chǔ)罐受到傷害，但是只有在氫原子濃度、材質(zhì)、應(yīng)力三者都達(dá)到一定值的綜合情況下，才會(huì)發(fā)生氫損傷。氫損傷的本質(zhì)原因是氫原子偏聚使材料脆化，受到外力作用極易發(fā)生損傷。儲(chǔ)罐發(fā)生氫損傷，常見(jiàn)原因有兩個(gè)。第一，部分常壓儲(chǔ)罐的材質(zhì)并非一種材料，由于儲(chǔ)罐材質(zhì)差異，吸氫能力不同，氫原子分布不均，這樣也會(huì)導(dǎo)致材料脆化。第二，儲(chǔ)罐表面有較多的焊接點(diǎn)，由于焊接表面對(duì)氫有很強(qiáng)的吸附能力，會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)附近氫濃度高，進(jìn)而因脆化而損傷。

1.2.3 "溶解氧對(duì)儲(chǔ)罐的損傷

儲(chǔ)罐中水分較多的時(shí)候，溶解氧對(duì)儲(chǔ)罐產(chǎn)生腐蝕最為嚴(yán)重。鐵生銹的原理是在水和氧氣的共同作用下，形成三氧化二鐵。溶解氧的濃度對(duì)儲(chǔ)罐的腐蝕程度有影響，當(dāng)溶解氧濃度在0.02～0.065 mg·L-1時(shí)，儲(chǔ)罐腐蝕速度會(huì)相應(yīng)的增加5倍；隨著溶解氧的濃度上升，其腐蝕程度也會(huì)隨之上升。

1.2.4 "二氧化碳對(duì)儲(chǔ)罐的損傷

二氧化碳溶于水，形成碳酸，對(duì)金屬產(chǎn)生酸腐蝕。當(dāng)儲(chǔ)罐中的水較多時(shí)，二氧化碳的溶解量也會(huì)增加，形成的碳酸增加，腐蝕也會(huì)嚴(yán)重。二氧化碳除了對(duì)儲(chǔ)罐產(chǎn)生酸腐蝕外，二氧化碳還可以與金屬形成原電池，也會(huì)增加儲(chǔ)罐腐蝕。酸腐蝕程度受水量影響，儲(chǔ)罐干燥則水中二氧化碳少，碳酸少，腐蝕會(huì)相對(duì)減輕，并且隨著酸的消耗，腐蝕也會(huì)漸漸停止。但是，二氧化碳與金屬形成原電池對(duì)金屬的腐蝕是持續(xù)性，也是儲(chǔ)罐損傷產(chǎn)生的主要原因。

1.2.5 "氯離子對(duì)儲(chǔ)罐的損傷

氯離子電負(fù)性，極化程度高，根據(jù)路易斯電子理論，氯離子可以提供電子，屬于堿，電負(fù)性很強(qiáng)，屬于強(qiáng)堿。金屬具有空軌道，可以接受電子，屬于酸。所以，氯離子可以造成儲(chǔ)罐損傷。由此可見(jiàn)，儲(chǔ)罐中的介質(zhì)對(duì)罐體的損傷有直接關(guān)系，即使保持罐內(nèi)干燥，氯離子也會(huì)造成損傷。歸根結(jié)底，儲(chǔ)罐產(chǎn)生損傷的原因是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一切金屬可以參加的反應(yīng)，只要滿足反應(yīng)條件，都會(huì)造成儲(chǔ)罐損傷。

1.2.6 "土壤及微生物對(duì)儲(chǔ)罐的損傷

土壤中的水分和無(wú)機(jī)鹽有利于與儲(chǔ)罐中的金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。微生物繁殖代謝產(chǎn)生的物質(zhì)也會(huì)腐蝕儲(chǔ)罐。微生物在儲(chǔ)罐表面附著，增加表面粗糙度，有利于水分和鹽貯存，加速腐蝕。土壤和微生物導(dǎo)致的儲(chǔ)罐損傷，本質(zhì)上也是化學(xué)損傷。

1.2.7 "溫度對(duì)儲(chǔ)罐的損傷

高溫會(huì)加速儲(chǔ)罐腐蝕，隨著溫度升高，儲(chǔ)罐腐蝕程度加重。高溫碳化是常溫儲(chǔ)罐的主要清潔方式，溫度達(dá)到850±50 ℃時(shí)，可以使有機(jī)物碳化或者高溫分解成小分子，有利于從罐體內(nèi)排出。但是，在儲(chǔ)罐升溫時(shí)，要設(shè)計(jì)合理的升溫梯度，避免溫度驟升或者驟降，由溫差應(yīng)力導(dǎo)致儲(chǔ)罐損傷。

1.2.8 "應(yīng)力對(duì)儲(chǔ)罐的損傷

隨著企業(yè)儲(chǔ)罐需求量的增多，不良商家為了增大利潤(rùn)，采用劣質(zhì)材料以次充好，結(jié)果就導(dǎo)致了材料問(wèn)題的出現(xiàn)。這種行為嚴(yán)重影響著市場(chǎng)的秩序，而且儲(chǔ)罐內(nèi)的液體或氣體泄漏，對(duì)企業(yè)也造成了極大的安全隱患。嚴(yán)密性和可靠性，是儲(chǔ)罐的兩大特點(diǎn)。但變形問(wèn)題的發(fā)生，使儲(chǔ)罐的實(shí)用性大大降低。儲(chǔ)罐出現(xiàn)的變形問(wèn)題，往往是由于設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的，也成為運(yùn)輸過(guò)程中的一大阻礙。儲(chǔ)罐大部分的問(wèn)題，是由于應(yīng)力導(dǎo)致的。所以為了使儲(chǔ)罐更好地服務(wù)于企業(yè)，必須著重加強(qiáng)對(duì)應(yīng)力方面的研究。

2 "常壓儲(chǔ)罐的修復(fù)方法

2.1 "常壓儲(chǔ)罐的基本維護(hù)

為了保證儲(chǔ)罐免于受損，或者減少儲(chǔ)罐發(fā)生受損的概率，要做好儲(chǔ)罐的基本維護(hù)工作。常見(jiàn)的儲(chǔ)罐維護(hù)方法有刷漆和陰極保護(hù)兩種方式。第一，刷漆，即刷鋁粉或者鋅粉等。鋁粉可以在表面形成致密的氧化鋁薄膜，常溫下具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，不與其他物質(zhì)反應(yīng)。第二，在電化學(xué)腐蝕中，金屬通常用作為陰極，如果對(duì)陰極進(jìn)行保護(hù)，則可以很好地保護(hù)儲(chǔ)罐，達(dá)到保護(hù)目的。鋅具有活潑性能，比鐵強(qiáng)，鋅可以代替鐵的角色，成功對(duì)鐵進(jìn)行保護(hù)。另外，可以采取內(nèi)襯防腐的方法，內(nèi)襯可以選擇防腐材料或者復(fù)合材料。但是，在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯材料與儲(chǔ)罐內(nèi)壁的貼合度不是很好，有時(shí)會(huì)脫落。第三，要經(jīng)常對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)、裂痕，及時(shí)修復(fù)，避免裂痕越來(lái)越大。儲(chǔ)罐焊接點(diǎn)是常規(guī)檢查的重點(diǎn)對(duì)象，焊接點(diǎn)的吸收氫原子的能力相對(duì)較強(qiáng)，焊點(diǎn)與周圍氫原子濃度存在較大差距，這種不均衡極易產(chǎn)生氫破損，需要給予高度關(guān)注。

2.2 "常壓儲(chǔ)罐的應(yīng)力設(shè)計(jì)

應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐的開裂，或者材料的翹曲或變形。導(dǎo)致應(yīng)力發(fā)生的因素有多種，而且發(fā)生的位置也不同。所以在儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)綜合多種情況，減少應(yīng)力的發(fā)生。首先應(yīng)對(duì)儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足運(yùn)輸、檢驗(yàn)和制造等需求的同時(shí)，保持儲(chǔ)罐的光滑。在選用材料時(shí)，應(yīng)采用強(qiáng)度較高的材料，滿足儲(chǔ)罐穩(wěn)定性的需求。對(duì)于材料的要求，除了強(qiáng)度高之外，還有密封性好的要求。要在減少應(yīng)力的同時(shí)，保障儲(chǔ)罐的密封性，使盛裝材料不會(huì)泄漏，為企業(yè)提供良好的安全保障。為了減少應(yīng)力，儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用對(duì)接接頭，而且盡量減少焊接，保持儲(chǔ)罐的連續(xù)性。水平剪應(yīng)力與剛度分析結(jié)果如 "圖1 所示，容器厚度與應(yīng)力分析結(jié)果如圖2 所示。

2.3 "常壓儲(chǔ)罐的受損后修復(fù)

常壓儲(chǔ)罐的受損方式多種多樣，常見(jiàn)的是由化學(xué)腐蝕造成的穿孔開裂，除此之外還有抽氣注氣壓力控制不當(dāng)造成的抽癟變形，由于長(zhǎng)期土壤和微生物腐蝕造成的罐底泄漏等。不同受損的修復(fù)方式也不同。常見(jiàn)的修復(fù)方式是襯塑復(fù)合材料修復(fù)，但是與缸體貼合度較差。如果儲(chǔ)罐罐底泄漏，修復(fù)難度非常大，可以返廠修復(fù)，通過(guò)專業(yè)的方法來(lái)進(jìn)行修復(fù)。對(duì)于抽癟變形的儲(chǔ)罐可以采用注水充氣修復(fù)，通過(guò)增加罐內(nèi)的水壓或者氣壓來(lái)把儲(chǔ)罐撐回原形。對(duì)于面積較小的穿孔開裂，可以重新焊接。受損非常嚴(yán)重的，修復(fù)后使用安全受到影響或者維修費(fèi)用過(guò)高時(shí)，可以直接選擇報(bào)廢。

對(duì)于電化學(xué)腐蝕，特別是是硫化氫腐蝕，可以采用有針對(duì)性的方法來(lái)進(jìn)行消除。硫化氫應(yīng)力腐蝕損傷修復(fù)方法可以采用下述的方式：去除硫化氫應(yīng)力腐蝕裂紋、氫誘導(dǎo)裂紋等不穩(wěn)定因素，以及去除焊接區(qū)能引起集中應(yīng)力和削弱強(qiáng)度的缺陷。改善焊縫，降低融合區(qū)組織的硬度，提高所選材料的抗腐蝕性能；消除和軟化材料中殘余應(yīng)力，特別是焊接殘余應(yīng)力。將已滲入到殼體中的金屬氫排出，以便消除材料氫的損傷。

2.4 "常壓儲(chǔ)罐的在線維修

安全評(píng)估之后，采用宏觀檢查、真空側(cè)漏檢查、常規(guī)無(wú)損檢查、超聲測(cè)厚度聲發(fā)射技術(shù)，對(duì)變形和斷裂進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)。聲發(fā)射是材料中局域源塊快速釋放能量產(chǎn)生瞬間彈性波的現(xiàn)象。

3 "結(jié) 論

綜上所述，在石油化工企業(yè)由于常壓儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)性相對(duì)較低而受到忽視，但是常壓儲(chǔ)罐疏于維護(hù)，在長(zhǎng)期的使用中會(huì)受到各種因素影響而受損，最終影響化工生產(chǎn)安全。因此，要對(duì)常壓罐體受損原因進(jìn)行分析，掌握相應(yīng)的修復(fù)方法，防患于未然，防微杜漸，保證常壓儲(chǔ)罐的使用安全。

參考文獻(xiàn)：

［1］李森林.儲(chǔ)罐蒸汽外盤管伴熱的設(shè)計(jì)和計(jì)算[J].遼寧化工，2015，44（2）：197-198.

［2］孟樹森，郭旭，朱彬，等HAZOP分析在LNG儲(chǔ)罐工藝流程審查中的應(yīng)用[J]. 遼寧化工， 2021，50（9）：1388-1390.

［3］張艷禹，陳鵬鵬.固定頂儲(chǔ)罐內(nèi)盤管蒸汽伴熱工藝設(shè)計(jì)[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2015，41（1）：74-77.

［4］高敏，宋曉展.天然氣儲(chǔ)罐的損傷機(jī)理及修復(fù)研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2009（11）：92-93.

［5］畢鳳琴，李強(qiáng)，張旭昀，等.大型鋼制球罐的損傷成因及修復(fù)[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（1）：72-74.

［6］王澤珍. 大型鋼制球罐的強(qiáng)度分析和可靠性研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2001.

［7］將銘明.儲(chǔ)新型水穩(wěn)劑ABEDP合成及其性能的應(yīng)用研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

［8］苑穎.淺談大型低溫LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造技術(shù)[J].中國(guó)石油和化工，2016（S1）：112.

［9］楊國(guó)強(qiáng). LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與施工[D].西安：西安石油大學(xué)，2016.

［10］蔡文剛.淺談大型LNG低溫儲(chǔ)罐的建造技術(shù)[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2018，38（06）.

［11］王建成.儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)方法對(duì)比與應(yīng)力分類[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（12）：52.

［12］李振勤. 淺析油氣初加工裝置腐蝕原因及處理方法[J].化工管理，2018（19）：145-146.

［13］王新杰，李偉.熱處理在產(chǎn)品加工中的運(yùn)用[J].新技術(shù)新工藝，2010（11）：63-66.

［14］劉立強(qiáng). 石油天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕與防護(hù)措施分析[J]. 城市建設(shè)理論研究，2013（36）：1-4.

［15］張康衛(wèi)，于長(zhǎng)錄，孟憲武.試油過(guò)程中的防硫化氫技術(shù)[J].油氣井測(cè)試，2004（1）：58-60.

［16］李森林，儲(chǔ)罐蒸汽外盤管伴熱的設(shè)計(jì)和計(jì)算[J].遼寧化工， 2015，44（2）：197-198.

［17］王建成.壓力容器設(shè)計(jì)方法對(duì)比與應(yīng)力分類[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（12）：52.

［18］胡艷興.簡(jiǎn)析應(yīng)力分類和壓力容器設(shè)計(jì)的發(fā)展[J].化工管理，2018（16）：154.

［19］黃勛. 壓力容器應(yīng)力分類分析設(shè)計(jì)方法改進(jìn)研究[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2017.

Discussion on Damage Causes and Repair Ideas

of Atmospheric Storage Tank

JI Guang-da， QIAN Li， LI Guan-jun， CHEN Hai-hua， ZHU Bin， MENG Shu-sen， WANG Li-ping

（Zhangjiagang CIMC Sanctum Engineering Co.， Ltd.， Zhangjiagang Jiangsu 215600， China）

Abstract： "Storage tank is a commonly used container in the petrochemical field. Its design pressure generally does not exceed " 0.1 MPa. The tank body is connected with the atmosphere and is used to store non artificial refrigeration chemicals without severe toxicity. The quality of storage tanks is often affected by multiple atmospheric corrosion and plate construction. Moreover， the medium in the tank will also react with the tank itself， causing chemical corrosion. In this paper， the damage characteristics of atmospheric storage tank were analyzed， the causes of damage were explored， and the repair methods of atmospheric storage tank were discussed from three aspects： basic maintenance， repair after damage and online repair.

Key words： Atmospheric storage tank; Cause of damage; Repair method