王　萍　煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院

近海油田鋼質(zhì)原油儲(chǔ)罐腐蝕機(jī)理分析與防護(hù)

王萍
煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院

遼河油田原油儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的原油含有水、無機(jī)鹽、硫化物、有機(jī)酸等腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，造成儲(chǔ)油罐內(nèi)頂部、底板及加熱盤管發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，甚至導(dǎo)致某些儲(chǔ)油罐發(fā)生罐頂塌陷和罐底板穿孔漏油事故，影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。原油儲(chǔ)罐腐蝕主要有罐頂與罐壁外腐蝕、罐底外腐蝕以及儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕。通過分析罐底沉積污水中的腐蝕性成分，確定引起腐蝕原因。采取的防護(hù)對策包括：改進(jìn)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)，增加防雨檐，減少雨水與罐表面接觸；罐底邊緣板的防腐蝕、防滲水等采用CTPU玻璃布+防水涂料的工藝技術(shù)；涂料與犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)技術(shù)。

遼河油田；原油儲(chǔ)罐；沉積污水；犧牲陽極；防腐

遼河油田已開發(fā)建設(shè)40年以上，其中鋼質(zhì)儲(chǔ)罐是儲(chǔ)存原油的重要設(shè)備。隨著使用時(shí)間的延長，儲(chǔ)罐內(nèi)所儲(chǔ)存的原油含有水、無機(jī)鹽、硫化物、有機(jī)酸等腐蝕性化學(xué)物質(zhì)［1］，造成儲(chǔ)油罐內(nèi)頂部、底板及加熱盤管發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，甚至導(dǎo)致某些儲(chǔ)油罐發(fā)生罐頂塌陷和罐底板穿孔漏油事故，影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。

1　原油儲(chǔ)罐腐蝕現(xiàn)狀

2014年，對遼河油田1 000 m3以上的儲(chǔ)罐腐蝕狀況進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多儲(chǔ)罐發(fā)生了不同程度的腐蝕，儲(chǔ)油罐內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重，外部腐蝕輕微，儲(chǔ)罐內(nèi)部腐蝕程度以加熱盤管最為嚴(yán)重，罐底及與底板“T”形相交的第一、二圈板較嚴(yán)重，罐頂次之，罐壁最輕，腐蝕形貌如圖1所示。

圖1　2 000 m3沉降罐內(nèi)加熱盤管投用3年后腐蝕穿孔

遼河油田介于海洋與大陸之間的過渡區(qū)域，其空氣潮濕，雨量豐富，且海風(fēng)中夾雜著大量鹽類顆粒，沿海岸土壤電阻率低、含鹽高，原油污水中含有酸、堿、鹽等，使儲(chǔ)罐受到了內(nèi)、外腐蝕介質(zhì)同時(shí)作用［2］，且多集中在儲(chǔ)罐底板和罐壁底部。

原油儲(chǔ)罐使用的主體材質(zhì)為Q235B，內(nèi)部空間分為氣相、油相和水相，處于污水層的罐底板、距罐底2.5 m以下罐壁及加熱盤管腐蝕為大面積麻坑、局部點(diǎn)蝕及點(diǎn)蝕穿孔，形狀多為不規(guī)則圓形，穿孔處孔徑達(dá)10 mm左右；罐壁3 m以上是油層，該處腐蝕輕微；罐頂腐蝕表現(xiàn)為麻坑、點(diǎn)蝕。

2　原油儲(chǔ)罐腐蝕機(jī)理

遼河油田原油儲(chǔ)罐腐蝕主要有罐頂與罐壁外腐蝕、罐底外腐蝕以及儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕。通過分析罐底沉積污水中的腐蝕性成分，確定引起腐蝕原因［3］。

以某站1 000 m3儲(chǔ)罐為例，采用Z-2000型原子吸收分光光度計(jì)、梅特勒全自動(dòng)電位滴定儀等，參考《油田水分析方法（SY/T 5523—2006）》標(biāo)準(zhǔn)分析罐底沉積污水組分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉積污水成分復(fù)雜，Cl-含量高達(dá)32 383 mg/L，高濃度Cl-能促進(jìn)腐蝕過程的發(fā)生。因Cl-半徑小，污水中存在Cl-時(shí)，碳鋼易發(fā)生點(diǎn)蝕、甚至穿孔。高礦化度沉積水電導(dǎo)率高，能加速電子遷移，促進(jìn)腐蝕反應(yīng)進(jìn)行；同時(shí)腐蝕產(chǎn)物在盤管表面沉積，抑制了氧擴(kuò)散，形成局部氧濃差電池，產(chǎn)生垢下腐蝕，增加孔蝕深度。

油罐所處地區(qū)空氣潮濕，由于防護(hù)措施失效、密封不嚴(yán)，海風(fēng)吹進(jìn)保溫層使罐壁處于潮氣中。因此，儲(chǔ)罐外表面主要為大氣腐蝕，有以下3點(diǎn)影響因素：

（1）水膜的形成。大氣中夾雜著許多氯化物和鹽類顆粒，極易貼附在鋼罐表面，尤其氯化鈉、氯化鎂等氯化物具有很強(qiáng)的吸濕性，在罐表面冷凝形成一層水膜［4］。由于水的溶解作用，水膜中含有溶解液，同時(shí)鹽溶液附在液罐表面，而鹽溶液比純?nèi)軇┑恼羝麎毫Φ?，使水汽更容易凝聚，加速了水膜的形成?/p>

（2）氧擴(kuò)散的影響。由于水膜的存在，氧氣極易到達(dá)鋼材表面，而鋼材腐蝕速率與罐表面溶液中氧氣含量有直接關(guān)系。因此水膜的存在，加快了潮濕環(huán)境中鋼質(zhì)儲(chǔ)罐的腐蝕速率。

（3）鹽類的影響。近海岸大氣中含有許多鹽類顆粒，很容易吸附在儲(chǔ)罐表面，加速水膜形成，使儲(chǔ)罐外表發(fā)生嚴(yán)重點(diǎn)蝕。當(dāng)儲(chǔ)罐表面有物理性質(zhì)不均勻或傷痕的區(qū)域，鹽類離子首先會(huì)在這些部位與鋼材作用，蝕核也在這些部位率先形成，由于氧富裕，同時(shí)伴隨著催化酸化作用，使蝕坑逐漸加深，直到腐蝕穿孔。

3　儲(chǔ)罐防護(hù)對策

3.1儲(chǔ)罐外壁

改進(jìn)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)，增加防雨檐，減少雨水與罐表面接觸。儲(chǔ)罐表面涂防銹料作為防腐層（可選用氯磺化聚乙烯、高氯化聚乙烯、過氯乙烯樹脂等），外加巖棉保溫材料，密封鍍鋅鐵皮保溫層，以防止雨水進(jìn)入保溫層。儲(chǔ)罐外壁底部防腐需拆卸底部20 cm高的保溫層，該板的底部邊緣裸露在大氣中，使罐壁總處于干燥的環(huán)境中，即使有雨水進(jìn)入保溫層也能很快排出。將護(hù)坡頂面降低到與罐底板水平，保證罐壁處不存水，并對內(nèi)、外壁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，對所有底圈帶板均作補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)高度為50cm。

3.2儲(chǔ)罐底板外表面

鋼質(zhì)原油儲(chǔ)罐罐底邊緣板的防腐蝕、防滲水等采用CTPU玻璃布+防水涂料的工藝技術(shù)，CTPU具有附著力好，防水效果好，抗變形能力好，延長率可達(dá)500%，維修方便，使用壽命長。該工藝能使儲(chǔ)罐罐底外邊緣板防腐效果更好，無開裂、無滲水且長久耐用。對土壤電阻率較低的沿海地區(qū)，應(yīng)采用犧牲陽極保護(hù)，犧牲陽極保護(hù)關(guān)鍵在于陽極材料的選擇，常用的陽極材料主要包括高硅高鉻鑄鐵、石墨、鈦陽極、柔性陽極等。

對于新建原油儲(chǔ)罐采用混合金屬氧化物網(wǎng)狀陽極系統(tǒng)對罐底板外表面進(jìn)行腐蝕保護(hù)。網(wǎng)狀陽極是一種鈦基金屬、貴金屬氧化物帶狀陽極連接片交叉焊接組成的外加電流陰極保護(hù)輔助陽極，將該陽極網(wǎng)嵌在防滲膜、混凝土和罐底板基礎(chǔ)或儲(chǔ)罐基礎(chǔ)之間，對原油儲(chǔ)罐底板進(jìn)行充分保護(hù)，可提高儲(chǔ)罐使用壽命。

3.3儲(chǔ)罐內(nèi)部

根據(jù)腐蝕情況，儲(chǔ)罐內(nèi)壁防腐涂層材料須具有如下性能：優(yōu)良附著力，耐蝕性，耐陰極剝離性，耐酸、堿、鹽，耐沖擊性以及耐磨等；還須采用抗靜電涂料，能夠和犧牲陽極保護(hù)配合。其內(nèi)壁涂料采用聚氨酯防腐蝕涂層（厚度＞0.15 mm）、防靜電無溶劑環(huán)氧涂層、熱噴涂鋅鋁涂層等，如SY-93型防靜電防腐涂料、SY01環(huán)氧改性涂料，均可取得較好的防腐效果。

3.4涂料與犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)

針對現(xiàn)場調(diào)研的儲(chǔ)罐腐蝕現(xiàn)狀，在含水高、腐蝕嚴(yán)重區(qū)塊選擇了1 000～5 000 m3沉降罐5具，采用EEC涂料與Al-Zn-In-Mg-Ti-BI犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)技術(shù)，分區(qū)域采取不同的防腐工藝進(jìn)行儲(chǔ)罐內(nèi)防腐工藝設(shè)計(jì)，見表1。2013年，進(jìn)行儲(chǔ)罐整體防腐施工現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)過程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案及施工標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行防腐施工。

表1　儲(chǔ)罐內(nèi)防腐工藝設(shè)計(jì)

儲(chǔ)罐整體防腐施工現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)束后，通過對儲(chǔ)罐內(nèi)壁被保護(hù)部位的電位進(jìn)行近參比法測量，評(píng)價(jià)陰極保護(hù)效果。測量方法是將飽和硫酸銅參比電極與信號(hào)線連接，從儲(chǔ)罐頂部將電極放入罐底，用萬用表進(jìn)行電化學(xué)電位測量。

從測試結(jié)果看出，儲(chǔ)罐罐壁電位≤-0.85 V（相對于飽和硫酸銅參比電極），說明安裝的犧牲陽極達(dá)到了電化學(xué)保護(hù)效果。

4　結(jié)語

針對遼河油田原油儲(chǔ)罐的防腐需求，采取改進(jìn)儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)、增加防雨檐，以及犧牲陽極與涂層防護(hù)、外加電流法與涂層等多種防腐技術(shù)聯(lián)合防護(hù)措施，嚴(yán)格按施工方案進(jìn)行施工，對原油儲(chǔ)罐頂板、壁板、底板建立了日常巡檢與腐蝕防護(hù)管理制度。對原油儲(chǔ)罐進(jìn)行防護(hù)處理可防止腐蝕對罐體帶來的安全隱患，延長儲(chǔ)罐的使用壽命，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

［1］高繼峰，劉德緒，龔金海.鈣離子對L360管線鋼的腐蝕［J］.油氣田地面工程，2014，33（10）：31.

［2］梁洪爽，史艷華，趙杉林，等.我國沿海大型原油儲(chǔ)罐防護(hù)技術(shù)研究［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2014，26（2）：173-177.

［3］張延豐.影響沿海地區(qū)儲(chǔ)罐腐蝕的因素分析［J］.腐蝕與防腐，2000，21（8）：365-367.

［4］張乃祿，肖榮鴿.油氣儲(chǔ)運(yùn)安全技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2013：44-50.

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.007

2015-05-15