盧少俊 胡春榮 王 軍 劉 寧 韓志剛 鞠 波

中國石油廣西石化分公司 廣西欽州 535000

某原油庫區(qū)位于我國西南沿海，屬于臨海油庫，長期受到海洋鹽霧潮濕等極端氣候的影響，罐壁焊縫及浮盤外表面腐蝕較為嚴(yán)重，容易引起儲(chǔ)罐原油泄漏事故，存在較大安全隱患。如果采用傳統(tǒng)方法除銹施工，涉及機(jī)械打磨、噴砂除銹等工序，還涉及用電、動(dòng)火作業(yè)，不但效率較低，而且安全隱患大。為保證安全、環(huán)保、高效地完成除銹防腐工作，企業(yè)一直在探索新的有效方法。

1 常用除銹方式分析對(duì)比

在對(duì)原油儲(chǔ)罐腐蝕安全隱患治理時(shí)，常采用干噴砂除銹、手工或動(dòng)力除銹、水噴砂除銹和高壓水噴射除銹等，詳見表1。綜合考慮油罐在線除銹存在動(dòng)火風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)比之后，選擇高壓水噴射除銹方式。

表1 原油罐防腐常用除銹方式對(duì)比

2 高壓水噴射除銹及防腐處理

2.1 基本原理

高壓水噴射是使用從噴嘴中射出壓力為70M～210MPa 或更高的噴射水[1]來處理金屬儲(chǔ)罐表面涂裝的一種方法，通常選擇170M～180MPa 壓力。它是完全利用高能量的水流沖擊，對(duì)鋼板表面涂層或灰塵、污垢、銹蝕、氧化皮等進(jìn)行破碎、擠壓、沖刷，以達(dá)到除銹除污、清洗表面的目的。水噴射使用的高壓水流離開噴嘴時(shí)，速度高于340m/ s[2]。此方法對(duì)金屬表面的銹渣等雜物去除率達(dá)100%，除銹等級(jí)≥st3。

高壓水流做功的能力可以表示為有效功率（P有效），如式（1）所示。

式中：P有效——有效功率，kW；

P——水流壓力，MPa；

Q——體積流量，L/ min。

由式（1）可以看出，高壓水流做功的能力取決于其流量和壓力，壓力越高，流量越大，則做功能力越強(qiáng)，除銹效果越好。但是壓力過高，對(duì)設(shè)備要求更高，成本相應(yīng)增加，設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性降低。

根據(jù)伯努利方程，加壓后的水流經(jīng)過固定管道流出，某一點(diǎn)流量增大時(shí)，壓力相應(yīng)降低，見式（2）。

式中：P——該點(diǎn)水流壓力；

ρ——水的密度；

V——水流速度；

g——為重力加速度；

h——該點(diǎn)所在高度；

C——常量。

綜合以上兩個(gè)公式，可以得到公式（3）。

由公式（3）可知，有效功率是體積流量的非線性函數(shù)，存在一個(gè)最大值，不是隨著流量的增大而無限增大。所以在工程實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，選擇最經(jīng)濟(jì)的流量和壓力作為施工機(jī)械的參數(shù)。

2.2 設(shè)備主要構(gòu)成

高壓水噴射設(shè)備也叫高壓水清洗機(jī)，主要由電機(jī)、電控箱、移動(dòng)式地盤、機(jī)殼、水箱、高壓柱塞泵、調(diào)壓閥、過濾器、高壓膠管、高壓水槍和噴嘴等組成。

（1）高壓柱塞泵：除了最大工作壓力之外，泵工作壓力的可調(diào)節(jié)性也是影響除銹能力的重要因素。高壓水表面處理工法一般選用歐美進(jìn)口泵，通常德系泵的壽命更長，維修和配件的要求更高；美系泵的質(zhì)量和壽命略差，但維修簡單，配件的可替代性強(qiáng)。

（2）高壓水槍：高壓水槍關(guān)鍵在于槍頭（噴嘴）的質(zhì)量，必須要符合水力聚集、承壓耐用的要求。不同的槍頭適合不同的工況（表2），要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選用，實(shí)時(shí)更換。

表2 不同高壓水槍槍頭的特點(diǎn)和用途

（3）高壓水管：需要耐壓300MPa 以上，并能適應(yīng)20多米高的金屬儲(chǔ)罐產(chǎn)生的施工距離，以及拖拽產(chǎn)生的應(yīng)力、磨損等情況。

（4）操作安全防護(hù)：涉及漏電保護(hù)、超壓保護(hù)、低壓保護(hù)、防脫保護(hù)、管護(hù)套和安全防護(hù)服等。

2.3 防腐基層除銹

（1）采用高壓水噴射對(duì)油罐表面舊涂層損傷并發(fā)生銹蝕的表面或焊縫嚴(yán)重腐蝕部位進(jìn)行除銹，直至露出金屬光澤（除銹等級(jí)為St3 及以上，按國標(biāo)GB/ 8923.1- 2011執(zhí)行）；損傷或腐蝕區(qū)域的邊沿還應(yīng)水力沖擊成平滑過渡的坡度；然后使用銅刷子或清潔干燥的壓縮空氣清除表面灰塵等殘留物。

（2）施工中發(fā)現(xiàn)焊縫、金屬板材等有金屬缺損的部位，采用金屬材料修補(bǔ)劑（注：金屬修補(bǔ)劑的基面要采用專用的不燃爆清潔劑清理油污）填平焊縫，修復(fù)高度應(yīng)達(dá)到拼接母材較厚一方的高度（達(dá)到《壓力容器規(guī)程》對(duì)角焊縫的要求）。如不方便測(cè)量，要至少達(dá)到3mm 的厚度。

（3）對(duì)未發(fā)生損傷的舊涂層表面，應(yīng)采用銅刷或高壓水進(jìn)行拉毛處理，并去掉粉化不牢固的部分，然后使用銅刷子或清潔干燥的壓縮空氣清除表面灰塵等殘留物。

2.4 水噴射作業(yè)距離與角度

（1）作業(yè)距離：噴嘴離表面距離可在0.6～1m 范圍，一般為5～25cm；

（2）噴射角度：清除舊涂層或氧化皮，約90°；清除膠泥、灰塵，約45°；

（3）除銹用水量約500～900kg/ h，除銹工效為30～80m2/ h。

2.5 防腐處理

除銹后，還要進(jìn)行防腐處理。一般按油漆種類進(jìn)行涂刷，通常涉及底漆和面漆，并且對(duì)涂刷次數(shù)和形式、厚度等均有具體要求。

（1）底漆：除銹結(jié)束并干燥后，對(duì)露出金屬本體的部位采用低表面處理環(huán)氧樹脂涂料，涂200μm 厚（滾涂大約3 道，噴涂2 道，局部涂刷可能需要4 道）。其他外側(cè)壁等僅去除面漆的部位，需采用低表面環(huán)氧樹脂涂料，涂20～40μm 即可（以上數(shù)據(jù)以干膜厚度計(jì)）。

（2）面漆：采用丙烯酸聚氨酯涂料，滾涂2 道，干膜厚度80μm；外壁以噴涂為主。

（3）所有施工表面的干膜厚度不得低于280μm。

3 高壓水力噴射除銹的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)：水力噴射除銹可有效去除鋼板表面涂層或灰塵、污垢、銹蝕、氧化皮、水溶性鹽等，對(duì)金屬無損傷。并且不產(chǎn)生灰塵、對(duì)環(huán)境污染小，生產(chǎn)效率高。對(duì)10 萬m3的儲(chǔ)罐施工，施工人員數(shù)量可減少2/ 3，效率提高60%，并且除銹質(zhì)量保證率提高50%，優(yōu)勢(shì)明顯。該方法使用介質(zhì)為水，不使用鋼砂、石英砂，成本低。因干擾性小，操作者可同時(shí)作業(yè)。如需要增加表面粗糙度，可加入磨料。水噴射設(shè)備通常做成撬裝一體設(shè)備，安裝在金屬儲(chǔ)罐圍堰外，圍堰內(nèi)無需動(dòng)火作業(yè)，保障安全。

（2）缺點(diǎn)：水力除銹受所用水質(zhì)限制，若水質(zhì)不符合工藝要求，則無法施工。在低溫環(huán)境下水結(jié)冰也無法采用此方法。此外，水力除銹還面臨水回收的問題，需要有良好的污水回收或存蓄環(huán)境。水力除銹后還會(huì)出現(xiàn)閃銹，即經(jīng)水噴射清理的表面在干燥后若防腐不及時(shí)，容易發(fā)生輕微的氧化，但不產(chǎn)生額外的粗糙度。

防腐不及時(shí)，才會(huì)涉及閃銹的處理。閃銹一般在水力除銹干燥后出現(xiàn)，可看到一層黃褐色銹層。銹層可能均勻分布或呈片狀分布，但它們附著不牢固，很容易脫落，用布在表面輕擦即可去除。應(yīng)對(duì)方法有：采用純凈水作為介質(zhì)可抑制閃銹的生成，或采用銅刷子或風(fēng)動(dòng)防爆角磨機(jī)在表面輕輕打磨一遍即可。

4 實(shí)際應(yīng)用

4.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2018 年，某公司在庫區(qū)有3 個(gè)10 萬m3的金屬原油儲(chǔ)罐，采用防爆工具手工或動(dòng)力機(jī)械、水噴砂、高壓水噴射等除銹施工工法對(duì)儲(chǔ)罐外壁、浮盤、抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈、浮盤和勞動(dòng)保護(hù)腐蝕部位，尤其是罐體附屬構(gòu)件盲點(diǎn)死角銹蝕嚴(yán)重部位進(jìn)行除銹實(shí)驗(yàn)論證。結(jié)果表明，高壓水噴射除銹污染小、安全風(fēng)險(xiǎn)低、作業(yè)效率高、除銹最徹底等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 大規(guī)模推廣

基于上述優(yōu)點(diǎn)，從2019 年開始，某公司綜合考量，在庫區(qū)剩余數(shù)十個(gè)10 萬m3的原油儲(chǔ)罐全面推廣應(yīng)用高壓水噴射除銹。并對(duì)各項(xiàng)工序進(jìn)行全過程監(jiān)督管理，對(duì)除銹等級(jí)、底漆、面漆質(zhì)量步步確認(rèn)，確保工序得到嚴(yán)格執(zhí)行。

4.3 應(yīng)用效果

高壓水力除銹防腐工藝在某公司庫區(qū)大規(guī)模應(yīng)用至今已有3 年時(shí)間，未發(fā)生一起安全環(huán)保事故，罐體除銹效果滿足施工規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。在應(yīng)用中，采用撬裝設(shè)備遠(yuǎn)程加壓引水上罐頂，形成高壓水力除銹，并用氣動(dòng)隔膜泵輸送油漆上罐頂進(jìn)行油漆噴涂，避免庫區(qū)圍堰內(nèi)動(dòng)火、用電作業(yè)，保障了本質(zhì)安全，且效率高，質(zhì)量可靠。

從使用效果分析，對(duì)比傳統(tǒng)手工或動(dòng)力機(jī)械除銹、水噴砂除銹等，該工法可降低噪音，消除金屬粉塵的污染，減少施工人員數(shù)量，防止靜電產(chǎn)生，保護(hù)施工人員的身體健康，效率提高60%以上。并且在罐體附屬構(gòu)件的盲點(diǎn)死角除銹方面，可達(dá)到無死角除銹的效果，質(zhì)量保證提高50%。

5 效益分析

該方法在某石化公司原油庫區(qū)得到大規(guī)模應(yīng)用，以42 個(gè)金屬儲(chǔ)罐為參照，其效益分析見表3?？梢?，除銹施工總成本可降低140 萬元以上，單罐成本可降低近4 萬元。

表3 水力除銹與氣磨施工的成本對(duì)比

基于以上實(shí)際驗(yàn)證數(shù)據(jù)，某集團(tuán)公司將該方法在內(nèi)部各原油庫區(qū)推廣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原油儲(chǔ)罐進(jìn)行在線安全防腐施工的目的，極大地節(jié)省罐體倒油騰罐的成本（每具金屬儲(chǔ)罐清罐成本約120 萬），并降低人工成本（每具罐節(jié)約人工成本約8 萬～10 萬元）。另外，該方法在適應(yīng)原油庫區(qū)的安全環(huán)保管理方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。