孫月文

(勝利油田分公司海洋采油廠,山東東營257237)

灘海環(huán)境下鋼質(zhì)原油儲罐腐蝕與防護

孫月文

(勝利油田分公司海洋采油廠,山東東營257237)

鋼質(zhì)原油儲罐是海上原油處理的重要設施,由于受內(nèi)、外腐蝕介質(zhì)的影響,儲罐經(jīng)常會受到不同程度地腐蝕。針對灘海環(huán)境下鋼質(zhì)原油儲罐腐蝕,分析了清罐檢測數(shù)據(jù)及儲罐腐蝕失效原因,提出了灘海地區(qū)立式鋼質(zhì)原油儲罐的腐蝕防護與管理措施。

灘海油田;鋼質(zhì)儲罐;腐蝕;防護

中石化勝利油田分公司海洋采油廠擔負著渤海灣淺海區(qū)域油田的開發(fā),年產(chǎn)原油238×104t、天然氣1.4億m3。海上油氣上岸后到集輸站庫進行處理,立式圓筒鋼質(zhì)原油儲罐是原油處理的重要設施。由于受內(nèi)、外腐蝕介質(zhì)的影響,即:在灘海環(huán)境下,空氣潮濕,大氣中含有鹽分,加速了鋼材表面水膜的形成,因此外露鋼材腐蝕;近海岸土壤電阻率低,含鹽高,對罐外底板腐蝕嚴重;原油中污水含有鹽、酸、堿等,嚴重腐蝕內(nèi)底板和底層壁板等,儲罐經(jīng)常會因不同程度的腐蝕失效而停罐進行修復。結(jié)合2001年以來歷次清罐檢測的數(shù)據(jù)及儲罐腐蝕失效分析,提出灘海地區(qū)立式鋼儲罐的腐蝕防護與管理措施。

1 灘海區(qū)域原油儲罐腐蝕特點

1.1 罐頂和罐壁外腐蝕

原油儲罐大多是保溫油罐,罐壁采用底漆+保溫材料+防護鐵皮的防腐、防護工藝。造成罐壁腐蝕的原因是保護措施失效,密封不嚴。例如,儲罐沒有防雨檐,保護層接縫出現(xiàn)縫隙,雨水進入保溫層,而保溫層為吸濕性強的巖棉,使罐壁尤其是罐壁最上層處在腐蝕環(huán)境中;由于保溫層一直到罐底,水分不能蒸發(fā),罐壁底部也處在有水的環(huán)境中;罐頂外表面暴露在大氣環(huán)境中,涂層出現(xiàn)坑點剝離時,腐蝕加劇。

與陸地環(huán)境比較,灘海地區(qū)空氣潮濕,空氣中夾雜的大量鹽類顆粒及氯化物很容易粘附在金屬表面,特別是NaCl、MgCl2等氯化物具有很強的吸濕性,極易在金屬表面形成水膜,這層水膜實質(zhì)上是一層含有溶解鹽的電解液膜。水膜存在時,氧越容易到達金屬表面,因此處于潮濕環(huán)境中的金屬腐蝕速度加快。

水膜中的氯化物是引起金屬發(fā)生點蝕的主要因素之一。在金屬表面有傷痕或物理性質(zhì)不均勻的區(qū)域,氯離子首先會在這些部位與金屬作用,形成點蝕的蝕核,在富氧的條件下會發(fā)生自催化酸化作用,使蝕坑不斷加深,直到腐蝕穿孔為止[1]。

由于沿海地區(qū)的氣候也是在不斷變化的,金屬表面處于干濕的交替變化之中,這樣就會使到達金屬表面的氧量發(fā)生變化而發(fā)生氧濃差腐蝕。英國材料保護學家伊文思認為,鋼鐵表面處于濕潤的條件下,當氧的通路被限制時,銹層可以作為氧化劑發(fā)生陰極的去極化反應,即

當銹層干燥時是透氧的,這時Fe3O4又會被滲入的氧重新氧化成Fe2O3,即

由此可見,在干濕交替的條件下,帶有銹層的鋼鐵能加速其自身腐蝕。

1.2 儲罐底板外腐蝕

1.2.1 腐蝕原因

油罐罐底分為中幅板及邊緣板,罐底外邊緣板為腐蝕嚴重部位,在施工中常常會燒蝕油罐底板上的防腐涂層,或由于各種原因進水,形成腐蝕環(huán)境。

a) 油罐基座與罐體底板結(jié)合部位隨著溫度的變化,底板發(fā)生徑向收縮。

b) 油罐裝卸油量的變化引起油罐變形,由于邊緣板與底板牢固焊接在一起無法向外擴張,導致在邊緣板處發(fā)生變形產(chǎn)生邊緣應力,該應力與基座對邊緣板的抵抗力共同作用,導致底板外環(huán)部塑性變形。

c) 空罐時罐體恢復原狀,邊緣板由于塑性變形而向上翹曲。

1.2.2 防腐施工工藝國內(nèi)油罐底板邊緣板防水的習慣做法是用瀝青灌縫或敷瀝青砂,也有用橡膠瀝青或環(huán)氧玻璃布進行防水,但使用后發(fā)現(xiàn),前者耐老化性能差,粘結(jié)強度不夠;后者彈性差,使用后發(fā)生開裂、拉脫等現(xiàn)象,

效果很不理想。油罐底板邊緣板的防滲水、防腐施工宜采用CTPU防水涂料貼覆玻璃布的施工工藝[2],采用該工藝施工的儲罐邊緣板防腐層最長的已使用6 a無開裂、滲水,外觀良好。CTPU的特點是防水效果好,粘接性好,有很好的抗變形能力,伸長率可達到500%,維修容易,使用壽命長。

1.3 儲罐內(nèi)腐蝕

由于原油中有水分沉積在罐底,罐底積水含有鹽、酸、硫化物、溶解氧、氫離子等發(fā)生較強烈的腐蝕反應,產(chǎn)生潰瘍狀斑點和坑蝕,有硫化物時腐蝕反應加劇[3],因此儲罐內(nèi)部腐蝕以罐底內(nèi)表面和與底板“T”行交接第1、第2圈板較為嚴重,罐頂次之,罐壁最輕。

2 埕島油田陸地儲罐腐蝕分析

埕島油田自2001年形成原油儲罐定期清罐、檢測、維護制度以來,進行過11次清罐檢測,發(fā)現(xiàn)需要大修6臺次,自然泄漏3次,比例非常高。腐蝕情況如表1。

2.1 2001年海二站1#儲罐底部

該罐建設于1993年,儲存介質(zhì)為含水原油,油罐底板有中幅板27塊,圈板15塊,實測壁厚分別為4.8 mm、5.6 mm,邊緣板外露尺寸為70 mm,壁厚為5 mm。2001年海二站1#原油罐底板腐蝕檢測結(jié)果如表2。

2.1.1 罐底腐蝕原因

檢測結(jié)果表明,該罐防腐層起泡,脫落非常嚴重;同樣是防腐層結(jié)構(gòu),罐底第1層壁板內(nèi)防腐層缺完好、堅固。

a) 該罐為含水油罐,運行中底部一直有水。

b) 設計初期采用蒸汽盤管加熱,溫度高,油漆的耐高溫性能差而剝落。

c) 沒有嚴格按照施工工藝施工,到養(yǎng)護期時沒有及時進油。

2.1.2 采取的措施

針對腐蝕特點,對罐底板重新涂防腐涂料,更換底板嚴重變形部分,或采用加強板焊補。

2.2 2001年海二站1#儲罐壁板

海二站1#2 000 m3儲罐壁板檢測重點為第1層(與罐底接觸層)、第2層和第3層,用超聲波測厚儀檢測,檢測結(jié)果如表3。

由表3看出,第1層共有8塊板腐蝕,其中6塊板為點蝕,最大腐蝕深度3.3 mm;第2層腐蝕明顯減輕。

2.2.1 腐蝕原因

頂層壁板外腐蝕是由于沒有防雨檐,雨水進入保溫層,而巖棉吸水性強,罐壁一直處于有水的潮氣環(huán)境中。

2.2.2 采取的措施

儲罐壁板重新防腐保溫(防銹底漆+面漆,保護方式400 mm巖棉+鍍鋅鐵皮保護),更換3塊最下層壁板。在維修過程中發(fā)現(xiàn)邊緣板貼地面部分腐蝕嚴重,銹塊厚度最大達5 mm,于是又更換了1/3的邊緣板。安裝了陰極保護接點,但一直未投入使用。儲罐增加了防雨檐。

2.3 2007年海二站1#儲罐

按照檢驗規(guī)范,海二站1#儲罐2007年再次打開,發(fā)現(xiàn)增加了新的腐蝕點,罐內(nèi)原油電加熱器支撐處腐蝕嚴重,已經(jīng)穿孔;整塊罐底板點腐蝕連接成面,多處經(jīng)除銹后已經(jīng)穿孔;罐頂板內(nèi)壁防腐涂層剝落嚴重。

表1 埕島油田陸地原油儲罐清罐檢測統(tǒng)計

表2 2001年海二站1#原油儲罐底板腐蝕檢測結(jié)果

表3 2001年海二站1#原油儲罐罐壁板腐蝕檢測結(jié)果

2.3.1 腐蝕原因

罐內(nèi)電加熱器支撐處嚴重腐蝕是由于原油罐中采用加熱盤管時,罐底溫度高,腐蝕反應更強。溫度及盤管焊接時形成的電偶因素加劇了罐底板的腐蝕。因此規(guī)范要求加熱旁管應采用耐高溫涂層加強保護。

2.3.2 采取的措施

針對該罐腐蝕情況,更換了整塊底板和頂板、壁板內(nèi)外防腐。

經(jīng)過2001年、2007年2次維修,更換了所有底板、邊緣板和最底層壁板。2001年在更換底板時發(fā)現(xiàn)底板外表面較好,且瀝青砂墊層完好,沒有裂紋、凹坑等缺陷,即該罐底腐蝕不是底板外腐蝕,而是底板內(nèi)腐蝕,底板腐蝕壁厚只剩1/2。2007年檢測結(jié)果表明,2001年更換的底板漆面及底板保護較好。

2.4 2001年海二站2#原油儲罐

該罐建設于1993年,儲存介質(zhì)為含水原油,罐底板有中幅板27塊,圈板12塊,實測壁厚分別為5.8 mm、7.9 mm,腐蝕嚴重,如表4。邊緣板外露尺寸為70 mm,壁厚為5 mm,腐蝕區(qū)域多,穿孔2處。油罐壁板腐蝕較輕。

表4 2001年海二站2#原油儲罐底板腐蝕檢測結(jié)果

2.4.1 腐蝕原因

罐底板內(nèi)防腐層起泡、脫落非常嚴重,其腐蝕直接原因同1#罐。邊緣板外露腐蝕是由于該罐基礎(chǔ)普遍下沉,最大沉降量15 mm,在這種情況下進油,導致基礎(chǔ)下沉,邊緣板翹起積水。

2.4.2 采取的措施

a) 更換底板2/3、邊緣板2/3,內(nèi)外重新防腐保溫,增加了防雨檐和陰極保護接線點,新安裝3臺插入式電加熱器。

b) 在處理基礎(chǔ)下沉時,底板縫隙填充瀝青砂,罐底板瀝青基礎(chǔ)面高出護坡面200 mm。2007年再次打開檢測時發(fā)現(xiàn)邊緣板外露部分仍然有腐蝕,但與2001年比較明顯變輕,說明2001年基礎(chǔ)處理見到效果。由于生產(chǎn)條件限制,沒有全部打開罐底板外表面。

c) 建議在2011年前全部更換邊緣板和底板(不包括2001年新更換的)。

2.5 海二站3#儲罐

海二站3#3 000 m3原油儲罐建設于1996年,原設計為一次沉降罐,2001年在清洗鄰近的1#、2 #罐時發(fā)現(xiàn)問題多,清洗了3#罐。儲罐各部位腐蝕較輕,經(jīng)過簡單防腐保溫并安裝電加熱棒后立即投入使用。2007年清罐發(fā)現(xiàn),罐頂板內(nèi)部防腐漆嚴重脫落,局部腐蝕;罐頂板一處穿孔,底板局部嚴重空鼓。建議立即修復局部頂板,更換穿孔頂板。

2.6 海四站6#儲罐

該罐設計儲量為3 000 m3,儲存凈化油或者污水。2007年發(fā)生泄漏,開罐檢測后發(fā)現(xiàn)30#、31#、33#、36#底板腐蝕減薄嚴重;37#板局部穿孔,最大穿孔直徑?70 mm,最小板厚211 mm。腐蝕原因可能是防腐涂層粘接力弱,出現(xiàn)起泡現(xiàn)象,而罐底常年有污水,污水中鹽、酸、堿等導電介質(zhì)構(gòu)成了電化學腐蝕環(huán)境,涂層的破壞加速了腐蝕,腐蝕又進一步破壞涂層,如此惡性循環(huán),加劇腐蝕。從罐底圈壁板有5條縱向焊縫超標缺陷看出,該罐建設時存在質(zhì)量問題。

2.7 海四站2#罐

2006-04海四站2#5 000 m3儲罐罐底漏油,清罐檢測發(fā)現(xiàn)儲罐底板腐蝕嚴重,底板分布的57塊中幅板(設計壁厚7 mm)幾乎每塊板都有腐蝕坑,厚度普遍小于5 mm,罐頂板內(nèi)部防腐漆大面積脫落, 16塊邊緣板厚度(設計厚度8 mm)普遍為8 mm,壁板完好。

2.7.1 腐蝕原因

該罐邊緣板基礎(chǔ)為環(huán)行混凝土,地下水和雨水無法滲透到邊緣板下,所以邊緣板外露部位腐蝕非常輕。但罐底瀝青砂墊層出現(xiàn)了大量貫穿整個罐基礎(chǔ)的裂紋,水分沿著裂紋向罐底板滲透,而底板在焊接時防腐涂料往往被燒掉,使得防腐保護層失去作用。當有水分滲入時,防腐層破壞的部位先被腐蝕,繼而向四周擴散。因此儲罐基礎(chǔ)有大量裂紋是使水分進入底板導致腐蝕的原因。

2.7.2 采取的措施

在儲罐基礎(chǔ)上澆一層薄瀝青(3～10 mm厚),即使焊接過程中外防腐涂料被燒壞,瀝青仍然能起到保護作用;在瀝青砂上鋪一層3 mmSBS防水卷材,現(xiàn)場焊接發(fā)現(xiàn)SBS防水卷材在高溫下沒有出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象,且SBS卷材在施工中可以用噴燈烘烤;儲罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)嚴格按照設計要求施工,使其達到要求的承載能力,并留出充裕的維護工期,防止儲罐基礎(chǔ)出現(xiàn)缺陷。

由以上分析看出,灘海環(huán)境下鋼質(zhì)原油儲罐腐蝕失效部位罐底最嚴重,罐底內(nèi)腐蝕始終存在,罐底外腐蝕尤為嚴重,二者結(jié)合導致罐底腐蝕穿孔的幾率最大;邊緣板次之;其次是罐壁下數(shù)第1、第2層;再其次是罐頂;罐壁最輕。腐蝕的原因是由于灘海環(huán)境下土壤的腐蝕性強導致罐底外腐蝕嚴重;防護層失效導致罐頂、罐壁腐蝕;原油中存在電解質(zhì)導致罐底及罐壁最下層腐蝕嚴重。

3 控制措施

新標準[2]已對原油儲罐的防腐設計缺陷予以更正。因此,防腐設計和施工工藝比較成熟,本文不再贅述。

原油儲罐的維護是一項長期、基礎(chǔ)性的工作,儲罐的腐蝕管理關(guān)鍵在于管理者轉(zhuǎn)變觀念和有一套運行維護和檢測的有效制度。

3.1 改進設計

儲罐增加防雨檐,設計陰極保護。

3.2 加強涂層保護和運行維護

a) 定期排放罐底水并作相應的記錄 有條件時應對儲罐內(nèi)防腐層進行檢查,如有脫落、起皮、粉化缺陷,應該及時修復。

b) 建立儲罐防腐檔案 包括防腐施工資料,防腐涂層使用情況,歷次的腐蝕調(diào)查情況、防腐記錄、測厚記錄、事故記錄等。

c) 對儲罐的外防腐涂層及邊緣板防腐層進行日常巡檢 每半年至少進行1次專業(yè)檢查,如發(fā)現(xiàn)涂層破損或罐體腐蝕,應進行評估,確定是否維修,并作相應記錄。

3.3 加強陰極保護管理

a) 開罐時應檢查罐內(nèi)犧牲陽極的溶解情況,陽極與儲罐的接觸點是否完好,測量其保護電位,根據(jù)檢查情況確定是否需要重新安裝或更換。

b) 新建的陰極保護啟動前及投產(chǎn)后要按照設計要求進行檢查、記錄。所有相關(guān)資料及測試記錄有專門的技術(shù)管理部門負責保存,包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設計圖紙和交工圖紙、設備手冊和說明書、關(guān)鍵的控制部位和測試點位置、定期檢測記錄及維修記錄等。

4 結(jié)論

1) 立式圓筒鋼質(zhì)原油儲罐受灘海環(huán)境下內(nèi)外腐蝕介質(zhì)的影響,儲罐腐蝕失效幾率大大增加。

2) 原油儲罐應嚴格按照防腐規(guī)范包括涂層防護、防雨措施、陰極保護、必要的腐蝕余量等進行設計。

3) 使用單位應做好儲罐地板、壁板、頂板等易腐蝕部位的日常巡檢和管理。

[1] 張延豐.影響沿海地區(qū)儲罐腐蝕的因素分析[J].腐蝕與防護,2000(8):365-367.

[2] GB50393—2008,鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 吳俊杰,陳國明,陳團海.帶儲罐老齡導管架平臺地震響應分析[J].石油礦場機械,2009,38(6):29-33.

Corrosion and Protection in Coast of Crude Oil Steel-tank

SUN Yue-wen
(Of f shore Oil Production Plant,S hengli Oilf ield Company,Dongying257237,China)

Steel tanks along sea coast are he important crude oil storage tanks.Affected by corrosive mediums inside and outside of the tanks,the tanks would be corroded in certain degree.U-sing the material from corroded tanks in sea coast,an analysis was made for parameters and the cause of failure.Thus an anti corrosive protection and management are proposed for vertical steel oil tanks along sea coast.

coast oilfield;steel tank;corrosion;protection

1001-3482(2010)04-0028-05

TE972.1

A

2009-10-20

孫月文(1973-),男,江蘇連云港人,高級工程師,1995年畢業(yè)于大慶石油學院采油專業(yè),從事油氣儲運工作,E-mail:hyyw@slof.com。