辛艷萍

(中國石油大學勝利學院化學化工系,山東東營257000)

鋼制油罐腐蝕機理及防護措施的改進

辛艷萍

(中國石油大學勝利學院化學化工系,山東東營257000)

針對鋼制油罐在油氣儲存中腐蝕問題比較復雜的現象,在現場經驗的基礎上,深入研究油罐罐底板內側、外側、罐壁板、罐底邊緣板等部位的腐蝕情況和腐蝕機理。結果表明,油罐底部是腐蝕最嚴重的部位,主要發(fā)生油析水腐蝕,而油罐頂部以電化學腐蝕為主,罐壁腐蝕則是化學和電化學雙重作用的結果。從罐表面處理、外敷涂料選擇及陰極保護等方面提出了合理建議,大大提高了油罐的防護效果。

油罐;腐蝕;機理;防護

在油氣儲運系統(tǒng)中,儲存是一個重要的環(huán)節(jié)。目前大多采用鋼質油罐,而鋼質油罐在運行當中,經常遭受內、外界介質的腐蝕。所以腐蝕已經成為鋼質油罐最嚴重的破壞形式之一,是油罐長期安全運行的潛在危險因素。由于管材、環(huán)境、儲存介質等諸多因素的影響,油罐的腐蝕問題比較復雜,而油罐各個部位的腐蝕機理也不盡相同。所以,深入了解油罐各個部位的腐蝕狀況對防腐措施的合理制定尤為重要。

1 油罐各個部位的腐蝕

1.1 金屬油罐罐底板內側腐蝕

金屬油罐罐底內的腐蝕主要以點蝕為主,發(fā)生點蝕的部位都在罐底的凹陷處,因為這些部位最容易被罐內原油沉降水所浸泡,而油罐的放水口又離罐底有一定距離。因此,這些長期被水浸泡且防腐層有缺陷的部位就容易形成小陽極,從而產生腐蝕現象。

造成罐底板內側腐蝕的原因主要有兩方面。其一,海水、雜物引起的腐蝕:罐內儲存的原油、石油產品、LNG、LPG等都含有污水、微生物,這些雜質通常因為相對密度大都成為沉淀物滯留在罐的下面,這些沉淀物腐蝕性很高。其二,加熱引起的腐蝕:儲存在罐中的流體,在常溫下流動性能差,有時不能輸送到其他的煉制設備里,為了提高它們的流動性必須加熱。所以,罐底板會因加熱、保溫引起溫度上升,從而加速腐蝕的發(fā)生[1]。

1.2 金屬油罐罐底板外側腐蝕

油罐底板外側的腐蝕主要由3個因素引起:

(1)罐外圍因雨水等的侵蝕造成的腐蝕。一般地說,罐側板與底板的T型連接處,會受到反復彎曲應力的作用,使該處的負荷大大增加。為了提高強度,罐的外圍以對焊接的方式鋪設了環(huán)狀板。這樣也可以防止雨水外部侵入,引起腐蝕的發(fā)生。但是,置放罐的環(huán)境是室外,置身于惡劣環(huán)境中的罐,日積月累就會劣化。如果沒有適當的維修、點檢,如圖1所示,在罐周圍防止雨水侵入處發(fā)生龜裂,就連罐底板下面也侵入了雨水。由于罐周圍有充足的氧氣,于是就發(fā)生如下的化學反應,進而使腐蝕擴展。

(2)瀝青砂等地基材料引起的腐蝕。罐底板下面通常采用瀝青砂來鋪設,瀝青砂的高隔水性能對罐底板的防腐起到了很大的作用。但是,從以往的實例上看,如果位于瀝青層之上的防水層發(fā)生了裂紋,造成雨水侵入現象,或者瀝青層的隔水性能劣化,會使地基里的水分上升達到底板部,進而使罐底板發(fā)生腐蝕。

圖1 底板外側的腐蝕

(3)由不均勻沉降引起的腐蝕。罐底板通常是以對中心構成上升坡度的結構建成的,這樣可以防止雨水的侵入。但是如果地基的強度不夠或是罐中心部下沉,就會形成反斜坡。罐底板和瀝青砂之間侵入雨水,瀝青砂碳氫化合物被氧化,生成有機酸,進而產生劇烈的腐蝕。這種由有機酸引起的腐蝕事例雖然少,但是腐蝕范圍的擴展快,使罐底板的厚度迅速削弱甚至開孔[2]。

1.3 金屬油罐罐壁板的腐蝕

金屬油罐罐壁板的腐蝕一般發(fā)生在罐的陰面,在最上層壁板與罐頂聯(lián)接的一圈腐蝕最為明顯。根據油罐的腐蝕狀態(tài)判斷,主要是化學腐蝕和電化學腐蝕。油罐腐蝕部位的保溫層嚴密性差,雨水、空氣能夠進入,導致這些部位的壁板大多處在潮濕狀態(tài)中。而空氣中的酸性氣體SO2、SO3、NO2等會乘機而入,形成酸性物質,產生化學腐蝕?；瘜W腐蝕生成的鐵離子以及空氣中的無機鹽處在潮濕環(huán)境中,便會形成電解液。而鋼板中的雜質及金相組織的缺陷,在電解液存在的情況下,易形成局部腐蝕電池,從而導致罐壁形成集坑式的電化學腐蝕并以此惡性循環(huán)。其腐蝕過程的機理為:

空氣中的氧溶于水中,而水在罐壁形成水膜時,鋼板會發(fā)生電化學腐蝕,其反應過程如下:

生成的Fe3O4被滲入銹層的氧氣重新氧化,生成鐵銹,這樣,罐壁有銹部位的腐蝕越來越嚴重。所以說,罐壁的腐蝕主要是因雨水進入加上空氣的侵蝕,形成了化學腐蝕和電化學腐蝕所致[3]。

1.4 金屬油罐罐底邊緣板的腐蝕

油罐底部邊緣板的腐蝕多為層狀均勻腐蝕,沿底板半徑方向向中心逐步發(fā)展成局部腐蝕,再向里呈點蝕。邊緣板下的銹蝕深度,從外周邊向里大多為300～500 mm。加熱油罐的銹蝕比常溫油罐明顯,前者的銹蝕率大約比后者高一倍。

為了分析油罐底部邊緣板的腐蝕原因,首先應考慮油罐的變形。引起油罐變形的因素主要有兩個:其一是由于儲油量的載荷變化引起的罐體變形。當油罐受液后,罐底和罐壁均受液柱壓力的作用,罐底板的中間部分產生很大的不均勻沉降,最終導致底部邊緣板的塑性變形(圖2)。當空罐時,罐體恢復原狀,邊緣板卻由于塑性變形而向上翹曲(圖3)。

圖2 罐底邊緣板的塑性變形

圖3 放空后罐底邊緣板的變形情況

其二是由于環(huán)境溫度的變化使底板發(fā)生膨脹和收縮,導致罐體底板與基礎之間的相對水平位移,該變位量可用下式計算:

式中,ΔR為水平變位量,m;Δt為溫度差變化量,對常溫罐考慮所在地冬季和夏季的溫差,對加熱罐應考慮加熱溫度與冬季空罐時的溫差,℃;D為油罐的直徑,m。

上述變形的持續(xù)會使油罐底板邊緣板處與基座形成一條裂縫,該裂縫還會隨著油罐的運行不斷地膨脹與收縮,給外界的一些腐蝕介質如雨水、露水等的入侵提供一條通道,進一步加速電化學腐蝕,也會導致銹蝕穿孔[4]。

由于上述腐蝕發(fā)生在罐底與基礎之間,容易被忽視,也是最危險的。所以,罐底板下防腐的關鍵是切斷腐蝕介質的入侵通道,有效防止水、大氣等介質從底板四周的入侵,以達到保護油罐底板的目的。

2 鋼制油罐腐蝕防護中應注意的問題

鑒于油罐的腐蝕問題給生產、經濟、安全等各個方面帶來嚴重的危害,國內外各油庫都非常重視油罐防腐技術的開發(fā)和應用?，F今為止,國內外的油罐防腐工藝主要有以下幾種:噴淋除銹、涂敷工藝、有機防腐、電極保護以及對油罐進行定期清理維護。針對油罐各部位的腐蝕情況和腐蝕機理,在進行防腐作業(yè)中應注意以下問題。

(1)對不同介質的油罐進行腐蝕機理分析,針對油罐各個部位不同的腐蝕情況和腐蝕機理,因地制宜,采取相應的防護措施,以保證油罐防護的合理性和高效性。

(2)金屬油罐的表面處理問題。施工中必須使油罐外敷涂料前的表面處理質量達標。因為金屬油罐表面處理的好壞直接影響涂層在表面的黏附力和使用壽命。表面處理要注意清潔度和粗糙度兩方面的質量標準。當粗糙度達到30～75μm時,漆膜與鋼鐵的咬合作用最好。

(3)金屬油罐的外敷涂料的涂裝質量問題。涂料的選用和涂刷工藝與金屬油罐覆蓋層的壽命也有很大關系。現場應用結果表明,選用厚漿型重防腐涂料,可使金屬油罐覆蓋層的壽命達到5 a以上。另外,涂布環(huán)境對質量也有一定影響。當濕度大于85%時涂層會大面積脫落、分層;氣溫低于5℃時不能施工,鋼鐵表面溫度大于60℃時不能施工;涂料用稀釋劑不能超過5%,否則易造成漆膜不勻。

(4)金屬油罐的外加電流陰極保護問題。外加電流陰極保護可有效地延緩金屬油罐的腐蝕,是對金屬油罐外涂覆蓋層的有效補充。對金屬油罐的陰極保護一般采用犧牲陽極法和外加電流法。當采用犧牲陽極法時,要保證罐底板內防腐不能使用導靜電涂料。因為導靜電涂料與犧牲陽極并用會加速陽極溶解,失去應有的陰極保護作用。當采用外加電流法時,深井陽極對罐中心的保護電位與周邊能趨于一致,在罐周圍布設陽極,適用于罐底板周邊腐蝕較嚴重的情況;在罐底板下布設陽極,可以使罐底板的保護電流較為均勻。

3 結束語

油罐各部位的腐蝕情況各不相同。頂部腐蝕主要以電化學腐蝕為主;而罐壁腐蝕主要是由化學腐蝕和電化學腐蝕引起的;罐底腐蝕主要是由油析水造成的腐蝕,這也是油罐腐蝕最嚴重的部位?？偟膩碚f,腐蝕現象是一個自發(fā)的不可避免的漸變過程。施工過程中,必須根據各個部位不同的腐蝕程度和腐蝕機理制定相應的防護措施,選用最經濟的方案,以保證防腐措施的合理性和高效性。

[1] 劉世湘,劉立超.油罐腐蝕的防護與再生[J].油氣儲運,2000, 19(10):35-38.

[2] 高琳萍.油罐底部邊緣板的腐蝕與防護[J].石油工程建設, 1998,7(4):8.

[3] 肖紀美.應力作用下金屬的腐蝕[M].北京:石油工業(yè)出版社, 1998:8.

[4] 劉永輝.電化學測試技術[M].北京:北京航空航天出版社, 1987:47-48.

[責任編輯] 王艷麗

TE988

A

1673-5935(2011)01-0021-03

2011-01-05

辛艷萍(1982—),女,山東蓬萊人,中國石油大學勝利學院化學化工系講師,碩士,主要從事油氣儲運工程安全技術研究。