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。