大型原油儲(chǔ)罐腐蝕原因分析及防護(hù)對(duì)策研究

張 偉

（中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司采油二廠油氣處理部，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600）

0 引言

腐蝕問(wèn)題是影響大型原油儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要原因，受存儲(chǔ)原油介質(zhì)成分的影響，水及腐蝕性無(wú)機(jī)鹽、氯氮化物等雜質(zhì)的長(zhǎng)期作用會(huì)使罐體尤其是儲(chǔ)罐底板發(fā)生電化學(xué)腐蝕。原油大面積腐蝕泄露不僅會(huì)造成環(huán)境污染，還會(huì)造成火災(zāi)等安全隱患，因此必須采用有效的防腐措施，減緩罐體腐蝕速率，保持罐體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本文通過(guò)對(duì)比陰極保護(hù)法中犧牲陽(yáng)極埋藏法、恒電位儀運(yùn)行法下的防腐效果，得出底板最優(yōu)防腐方式，利用監(jiān)控電壓的分布對(duì)罐體進(jìn)行智能電位補(bǔ)償使其始終保持在陰極保護(hù)范圍內(nèi)，達(dá)到最優(yōu)防腐效果。

1 儲(chǔ)罐現(xiàn)有防腐措施分析

1）儲(chǔ)罐不銹鋼底板。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)備庫(kù)、輸油處大型原油儲(chǔ)罐進(jìn)行底板材質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)儲(chǔ)罐均采用Q235A、Q235B、Q345 等碳素鋼材質(zhì)，在一般土壤環(huán)境及存儲(chǔ)介質(zhì)下具備較強(qiáng)的耐腐蝕性。

2）涂料防護(hù)。涂層方式模式通常會(huì)在罐體底板噴涂覆蓋環(huán)氧富鋅底漆及面漆，這種涂料附著力強(qiáng)同時(shí)對(duì)水、光和熱抵抗力較強(qiáng)，耐腐蝕效果較好。然后涂層因噴涂不當(dāng)或老化的影響會(huì)產(chǎn)生裂紋、溝槽缺陷暴露出金屬表層，從而與介質(zhì)中電解質(zhì)雜質(zhì)形成腐蝕電池加劇該處的腐蝕速率，因此單純使用涂料防護(hù)無(wú)法得到有效防腐效果。

3）陰極保護(hù)法。陰極保護(hù)是應(yīng)用廣泛的防腐方法，當(dāng)裂紋溝槽缺陷暴露出金屬表層時(shí)，犧牲陽(yáng)極側(cè)將提供保護(hù)電流，減緩暴露處腐蝕速率，陽(yáng)極大多選用鋁合金材質(zhì)。但單純使用陰極保護(hù)法，大面積的金屬層腐蝕會(huì)加劇陽(yáng)極犧牲速率，頻繁更換陽(yáng)極無(wú)法達(dá)到有效防護(hù)效果，因此必須采用防腐涂層加陰極保護(hù)方法進(jìn)行聯(lián)合防腐，延長(zhǎng)儲(chǔ)罐維護(hù)周期，減緩儲(chǔ)罐腐蝕速率。

2 原油儲(chǔ)罐底板腐蝕機(jī)理分析

儲(chǔ)罐的長(zhǎng)期放置會(huì)因重力作用，在底部積聚含大量腐蝕物質(zhì)的沉積電解質(zhì)水溶液，包括氯離子、硫酸鹽離子、氫元素等存在使溶液呈弱酸性，長(zhǎng)時(shí)間與罐體底板接觸加劇了底板的腐蝕速率。

2.1 酸氫腐蝕

沉積電解質(zhì)水溶液處于一種弱酸性環(huán)境中，易在裂縫富集發(fā)生裂縫腐蝕加快金屬腐蝕速率，或在焊縫等區(qū)域發(fā)生點(diǎn)蝕產(chǎn)生溝槽，如圖1 所示。主要化學(xué)反應(yīng)式為式（1）和式（2）：

圖1 儲(chǔ)罐底部主要腐蝕形式

同樣，在沉積電解質(zhì)水溶液中富含大量H2S，在水環(huán)境中的電離作用下，會(huì)在儲(chǔ)罐底部焊縫、裂紋等處金屬滲透富集，造成金屬氫脆現(xiàn)象產(chǎn)生裂紋，主要化學(xué)反應(yīng)式為式（3）—式（5）：

2.2 厭氧菌及土壤腐蝕

儲(chǔ)罐底部由于自身的厭氧環(huán)境和有機(jī)物的存在，使硫酸鹽還原菌SRB 在儲(chǔ)罐底部滋生，加劇罐體腐蝕，這種腐蝕特點(diǎn)以杯狀點(diǎn)蝕形式在罐體底板顯示出來(lái)，具體化學(xué)反應(yīng)式為式（6）—式（8）：

在原油儲(chǔ)罐底部通常不與土壤環(huán)境直接接觸，但長(zhǎng)期灰塵雨水侵入底部支柱，很容易使支柱與底板間產(chǎn)生縫隙造成陰極保護(hù)屏蔽，或形成土壤接觸環(huán)境，處于一種低電阻率腐蝕環(huán)境中。土壤腐蝕形式以點(diǎn)蝕局部腐蝕為主，一般2 m 以淺的土壤電阻率小于20 Ω·m 時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的腐蝕性[1]。

2.3 電化學(xué)腐蝕

雨水或地下水沿底部支護(hù)裂隙向儲(chǔ)罐底板侵蝕過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，尤其是因底板與支護(hù)結(jié)構(gòu)間焊縫涂料不均不易維護(hù)修理，腐蝕更為嚴(yán)重。同時(shí)原油儲(chǔ)罐不均勻下沉也會(huì)使底部產(chǎn)生一種氧濃差氛圍，使中心部分因氧氣含量少成為陽(yáng)極易發(fā)生腐蝕，電化學(xué)腐蝕模式以坑蝕為主[2]。

3 陰極保護(hù)法對(duì)比分析

當(dāng)前原油儲(chǔ)罐均安裝有陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)儲(chǔ)備庫(kù)陰極保護(hù)儲(chǔ)罐進(jìn)行調(diào)差統(tǒng)計(jì)，其中陰極保護(hù)的最高電位達(dá)到-0.13 V、最低電位達(dá)到-1.76 V，在統(tǒng)計(jì)的100 座儲(chǔ)罐當(dāng)中偏離正常范圍的占總數(shù)30%，高于-0.85 V 的18 座，低于-1.2 V 的12 座，從所統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)罐底部陰極保護(hù)電壓分布數(shù)據(jù)來(lái)看，測(cè)試電位電位不達(dá)標(biāo)情況較多，電位數(shù)值無(wú)法滿足陰極保護(hù)要求，因此保護(hù)效果較差。

3.1 犧牲陽(yáng)極埋藏模式與恒電位儀運(yùn)行模式下保護(hù)效果分析

1）為了分析兩種陰極保護(hù)法對(duì)陰極儲(chǔ)罐的保護(hù)效果，對(duì)兩種方案下儲(chǔ)罐通斷電位進(jìn)行檢測(cè)測(cè)試，具體結(jié)果如表1 所示[3]。從表1 數(shù)據(jù)可以看出，犧牲陽(yáng)極埋藏模式及恒電位儀運(yùn)行模式下電位相差并不明顯。但可以看出，采用上述兩種常規(guī)陰極保護(hù)模式下，原油儲(chǔ)罐各檢測(cè)點(diǎn)位的電位差分布不均衡，也即存在著欠保護(hù)及過(guò)保護(hù)的區(qū)域，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)原油儲(chǔ)罐的均衡保護(hù)效果。

表1 不同埋深測(cè)試點(diǎn)下陰極保護(hù)電位測(cè)試

2）同時(shí)將恒電位儀運(yùn)行模式更換為恒斷電模式，再次測(cè)試電位差進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，結(jié)果如表2 所示[4]。從表2 數(shù)據(jù)可以看出，同樣兩者電位無(wú)顯著差異。但仍可以看出，采用上述兩種常規(guī)陰極保護(hù)模式下，原油儲(chǔ)罐各檢測(cè)點(diǎn)位的電位差分布仍不均衡，也即存在著欠保護(hù)及過(guò)保護(hù)的區(qū)域，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)原油儲(chǔ)罐的均衡保護(hù)效果，在后續(xù)長(zhǎng)期腐蝕作用下，儲(chǔ)罐仍會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象。但同時(shí)可以確定，采用陰極保護(hù)法對(duì)原油儲(chǔ)罐進(jìn)行保護(hù)時(shí)，常規(guī)陰極保護(hù)模式對(duì)儲(chǔ)罐的保護(hù)效果類似，并不存在顯著差異。

3.2 智能同步恒斷電電位恒電位儀保護(hù)效果分析

通過(guò)上述測(cè)試結(jié)果可以看出，常規(guī)陰極保護(hù)法效果類似同時(shí)各測(cè)試點(diǎn)電位分布仍不均衡，無(wú)法起到對(duì)儲(chǔ)罐的有效保護(hù)效果。因此擬安裝電位監(jiān)測(cè)裝置與智能同步恒斷電電位恒電位儀進(jìn)行同步使用，將原油儲(chǔ)罐電位保持在-0.85～-1.2 V 這一均衡電位區(qū)域之間，從而對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)該運(yùn)行模式下保護(hù)效果進(jìn)行分析，具體如圖2 所示[5]。其中圖2 左側(cè)顯示常規(guī)恒斷電電位恒電位儀保護(hù)效果下原油儲(chǔ)罐檢測(cè)聲發(fā)射信號(hào)，可以明顯看出點(diǎn)位積聚現(xiàn)象，即出現(xiàn)局部腐蝕的情況；而圖2 右側(cè)顯示采用智能同步恒斷電電位恒電位儀保護(hù)下的原油儲(chǔ)罐，聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)相對(duì)分散，也即該保護(hù)模式下的原油儲(chǔ)罐底板保護(hù)效果較好。

圖2 恒電位儀保護(hù)模式聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)查大型原油儲(chǔ)罐底板沉積水腐蝕物成分、土壤電阻率等，分析儲(chǔ)罐腐蝕原因，對(duì)應(yīng)提出涂料防腐、陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)對(duì)策。但現(xiàn)有陰極保護(hù)法運(yùn)行模式下儲(chǔ)罐電壓分布并不均勻，無(wú)法進(jìn)行智能補(bǔ)償，因此提出一種新型陰極保護(hù)方法。通過(guò)對(duì)比兩種恒電位儀保護(hù)模式下的聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)，對(duì)原油儲(chǔ)罐的防腐效果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果顯示采用智能同步恒斷電位儀防腐措施的儲(chǔ)罐陰極保護(hù)效果顯著，有效降低了儲(chǔ)罐底板腐蝕速率，降低了維護(hù)成本。