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        鋼質(zhì)外浮頂原油儲罐海水試壓防腐技術(shù)應(yīng)用

        2022-01-10 07:48:40趙常英秦海燕吳依霖
        石油工程建設(shè) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:浮盤試壓儲罐

        趙常英,米 磊,秦海燕,吳依霖

        中國石油工程建設(shè)有限公司華北分公司,河北任丘 062552

        隨著我國石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國家戰(zhàn)略石油儲備的需要,很多大規(guī)模石油庫區(qū)開始在全國范圍內(nèi)開工建造,大部分儲備庫建設(shè)于沿海地帶,如舟山、鎮(zhèn)海、大連、黃島等。大罐建造期間,水壓試驗是其中一個重要的環(huán)節(jié),在試驗周期內(nèi)(1~3個月不等)檢驗儲罐在各種負(fù)載情況下的各種性能。水壓試驗時需要大量水,然而在許多沿海地區(qū)淡水資源比較匱乏,短缺的淡水資源難以滿足水壓試驗的用水需求。因而豐富的海水資源成為水壓試驗新的供水來源,只需要在海水試壓的同時做好防腐工作,采用海水進行水壓試驗的方式既解決了供水問題,又踐行了國家所倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策[1-3]。

        1 儲罐內(nèi)防腐

        儲罐內(nèi)防腐設(shè)計將根據(jù)不同部位所處的腐蝕環(huán)境,采用不同的防腐結(jié)構(gòu)。有沉積水的區(qū)域(包括罐底、罐壁下部1.5~2 m)腐蝕性較強,可采用無溶劑環(huán)氧樹脂涂料、溶劑型環(huán)氧涂料、環(huán)氧玻璃鱗片涂料、水性環(huán)氧涂料、漆酚環(huán)氧涂料、環(huán)氧酚醛涂料等,涂層干膜厚度不小于300 μm。與原油接觸的罐壁中間部位,可不進行涂層防腐。碳鋼浮盤下表面,采用耐油導(dǎo)靜電涂料,涂層干膜厚度不小于250μm[4-5]。

        金屬材料在海水介質(zhì)環(huán)境中最常見的腐蝕形式是均勻腐蝕,同時儲罐結(jié)構(gòu)難免存在同種或異種金屬材料的焊縫區(qū)、連接點,這些是電偶縫隙腐蝕的高敏感區(qū)域。在應(yīng)用于海水環(huán)境中時,金屬材料上會附著海洋生物,本身的附著形式也會形成縫隙,而海洋生物新陳代謝產(chǎn)生的侵蝕性產(chǎn)物也會引起金屬材料發(fā)生腐蝕[6-7]。鑒于上述腐蝕因素,儲罐內(nèi)壁與海水接觸的罐底、罐壁及浮盤下表面采用涂層防腐,防腐層結(jié)構(gòu)與大罐防腐層施工工藝有關(guān),一種是進行車間底漆預(yù)涂工藝,大罐鋼板預(yù)制時采用臨時車間底漆,罐體焊接完成后,完成海水試壓后清除臨時車間底漆,再按設(shè)計要求重新進行防腐層涂裝[8]。另一種是無車間底漆預(yù)涂,直接按設(shè)計要求進行防腐層涂覆,可直接涂到規(guī)定的厚度,海水試壓后對破損的涂層進行修補。也可按設(shè)計要求預(yù)留最后一道面漆,海水試壓后進行面漆涂覆[9]。

        2 鋼質(zhì)儲罐海水試壓施工工藝

        海水試壓主要工藝流程見圖1。

        圖1 海水試壓工藝流程

        為了防止海水對儲罐內(nèi)的通氣閥、量油管、液位計以及電氣儀表等設(shè)備產(chǎn)生腐蝕,海水試壓前應(yīng)對設(shè)備進行拆除或者標(biāo)記,所有儲罐罐壁上的開孔用盲板和絲盲進行臨時密封。儲罐的一、二次密封裝置試壓之后再進行安裝,以減少拆裝次數(shù)。對罐壁、罐底、浮船底及浮船支柱涂刷車間底漆(無機富鋅底漆75μm厚,也可按設(shè)計要求進行涂裝),但需要檢驗嚴(yán)密性的焊縫處不得涂刷涂料。刮蠟片、排水管等設(shè)備在試壓時應(yīng)根據(jù)圖紙進行安裝,試壓后應(yīng)進行清洗,采用黃油對不銹鋼設(shè)備進行密封保護。

        3 罐內(nèi)陰極保護設(shè)計及安裝

        某沿海工程大罐采用海水試壓,規(guī)格10×104m3,儲罐直徑為80 m,充水高度21.9 m;5×104m3儲罐直徑為60 m,充水高度20 m,試水周期為20 d,采用犧牲陽極的陰極保護方法。

        3.1 陽極選型

        對于海水環(huán)境,犧牲陽極宜選用帶狀鋁合金犧牲陽極[10-11],Al-Zn-In-Si陽極的規(guī)格為19.05 mm×9.5 mm,犧牲陽極的技術(shù)要求參見表1和表2。

        表1 帶狀鋁合金犧牲陽極化學(xué)成分

        表2 帶狀鋁合金犧牲陽極電化學(xué)性能

        3.2 設(shè)計計算[12-13]

        儲罐臨時陰極保護的保護范圍包括:儲罐內(nèi)底板、儲罐內(nèi)側(cè)壁及浮頂下表面。

        3.2.1 保護電流

        式中:I為需求保護電流,A;i為保護電流密度,A/m2;S為保護面積,m2。

        新建儲罐海水試壓,推薦陰極保護電流密度為100 mA/m2。

        3.2.2 罐壁、罐底陽極用量

        根據(jù)被保護對象所需要的保護電流值和犧牲陽極發(fā)生電流值,按照每根帶狀鋁合金犧牲陽極的長度為22 m,求得儲罐各犧牲陽極用量。

        10×104m3儲罐罐壁、罐底犧牲陽極用量分別為33根、30根,5×104m3儲罐罐壁、罐底犧牲陽極用量分別為23根、17根。

        儲罐內(nèi)底板上犧牲陽極帶呈圓環(huán)分布,設(shè)計每根帶狀鋁合金犧牲陽極的長度為22 m。各環(huán)直徑及陽極數(shù)量參見表3和表4。

        表3 10×104m3儲罐內(nèi)底板犧牲陽極用量

        表4 5×104m3儲罐內(nèi)底板犧牲陽極用量

        3.2.3 儲罐浮盤下表面犧牲陽極用量

        儲罐浮盤下表面的面積與罐底內(nèi)表面相差不大,犧牲陽極的布置與用量與罐內(nèi)底板一致。

        3.2.4 保護壽命

        犧牲陽極使用壽命按如下公式計算:

        式中:Y為犧牲陽極使用壽命,d;W為犧牲陽極實際質(zhì)量,kg;Im為犧牲陽極發(fā)生的平均電流,按0.5I取值,A;ε為犧牲陽極電流效率;μ為犧牲陽極實際消耗率,kg/(A·d)。

        計算結(jié)果為67 d,滿足設(shè)計要求。

        3.3 鋁合金犧牲陽極安裝[14-15]

        儲罐底板、內(nèi)壁鋁合金犧牲陽極安裝時,先將成卷的鋁帶置于罐底,將鋁合金犧牲陽極一端焊接于儲罐底板處,另一端直接焊接到浮頂內(nèi)壁處。兩個焊點垂直線與儲罐側(cè)壁距離為750 mm。

        儲罐內(nèi)底板和浮盤下表面上陽極帶呈圓環(huán)分布,陽極環(huán)安裝直徑和數(shù)量參見表3和表4。陽極安裝完成后需要絕緣支撐架,防止陽極與底板直接接觸。帶狀鋁合金犧牲陽極在罐底水平安裝見圖2,鋁合金犧牲陽極在浮盤下垂直安裝見圖3,鋁合金犧牲陽極在浮盤下水平安裝見圖4。

        圖2 帶狀鋁合金犧牲陽極在罐底水平安裝

        圖3 鋁合金犧牲陽極在浮盤下垂直安裝

        圖4 鋁合金犧牲陽極在浮盤下水平安裝

        為了檢測儲罐臨時陰極保護的保護效果,在儲罐內(nèi)浮盤邊緣處安裝1條吊線,吊線上安裝1支Ag/AgCl參比電極,并將參比電極引線引至浮盤上部,在試壓過程中的沖水、保水、放水階段,應(yīng)對陰極保護電位進行日常監(jiān)測[16-18]。

        4 保護效果

        浮盤下表面涂有非碳系淺色環(huán)氧導(dǎo)靜電涂層,涂料固含量≥70%,涂層干膜厚度≥250 μm。試壓前涂層厚度125μm,擬試壓清洗后再涂125μm。試壓后發(fā)現(xiàn)鋼板涂層破損較多,銹蝕較嚴(yán)重(見圖5)。據(jù)現(xiàn)場人員介紹,浮盤在試壓前涂層就已有破損;另外,導(dǎo)靜電涂層的絕緣性相對較低,防腐性能較絕緣涂層差。

        圖5 浮盤下表面腐蝕

        罐壁內(nèi)表面涂敷環(huán)氧玻璃鱗片涂料,涂料固含量≥80%,涂層干膜厚度≥300 μm。試壓后涂層基本完好,涂層表面附著了一層白色產(chǎn)物,主要為Ca、Mg化合物,采用噴射清洗即可除掉[19-20]。

        海水試壓后,鋁合金犧牲陽極發(fā)生了明顯的消耗(見圖6),表面有一層腐蝕產(chǎn)物,較易除掉,腐蝕狀況較為細(xì)密,局部自動翹起脫落,呈白色,說明犧牲陽極起到了保護作用。

        圖6 鋁合金犧牲陽極消耗

        5 結(jié)論

        根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研證明,通過在儲罐試壓期間采用涂層和陰極保護的聯(lián)合保護,可以起到良好的防腐蝕作用。浮盤下表面涂層未達(dá)到一定的防腐厚度,造成海水試壓過程中產(chǎn)生一定的銹蝕,因此應(yīng)考慮加大浮盤下表面涂層厚度。

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