柳巖(中海石油大榭石化有限公司，浙江 寧波 315000)

0 引言

某一沿海地區(qū)煉化企業(yè)拱頂保溫儲罐G145A，自建成投用已有將近20 年，此拱頂保溫儲罐主要用于儲存200#道路瀝青油品。后因公司生產(chǎn)需要改存常壓渣油，2021 年公司在對儲罐G145A 進行檢修時發(fā)現(xiàn)，儲罐各部位均出現(xiàn)不同情況的腐蝕，直接影響企業(yè)安全生產(chǎn)，公司為消除儲罐因腐蝕帶來的安全隱患，保證儲罐在運行過程中安全可靠，通過對儲罐G145A 各部位的腐蝕情況進行分析并制定相應(yīng)有效的防腐措施[1]。

1 儲罐工況條件

拱頂保溫儲罐G145A 罐容20 000 m3，設(shè)計溫度120 ℃，儲罐采用Q235-A 鋼材制成，結(jié)構(gòu)形式為拱頂儲罐，儲罐外表面采用保溫層覆蓋，2002 年10 月建成投用。投用以來一直用于儲存200#道路瀝青，油品儲存溫度90.5～120 ℃，2016 年因生產(chǎn)需要改存常壓渣油，儲存溫度90.5～105 ℃[2]。

2 拱頂保溫儲罐罐頂腐蝕機理

2.1 罐頂外側(cè)腐蝕機理

由于儲罐G145A 罐頂外側(cè)直接與大氣接觸，因此罐頂外側(cè)腐蝕主要以大氣腐蝕為主。罐頂外壁因保溫層腐蝕破損以及罐頂保溫層與儲罐罐頂支架、呼吸閥、透光孔、計量孔等附件的接管處存在的縫隙密封不好，這些都極易造成雨水滲入保溫層內(nèi)部保溫棉，從而使罐頂外側(cè)鋼板長期處在潮濕環(huán)境中，水會溶解空氣中的二氧化碳，生成含有碳酸根的電解質(zhì)溶液，從而導(dǎo)致罐頂外側(cè)鋼板發(fā)生電化學(xué)腐蝕，其腐蝕機理化學(xué)反應(yīng)式如下所示：

除此之外，罐頂外側(cè)鋼板中的雜質(zhì)，如碳等也會與鐵形成原電池反應(yīng)，加速鐵的銹蝕。如果罐頂外側(cè)鋼板未處于潮濕的環(huán)境也因為其與空氣中氧氣和水蒸氣接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成Fe2O3、FeOOH 等產(chǎn)物，罐頂外壁腐蝕情況如圖1 所示。

圖1 罐頂外側(cè)鋼材表面腐蝕情況

其儲罐頂部外側(cè)腐蝕機理如下所示：

另外由于G145A 處于沿海地區(qū)，海洋大氣環(huán)境也是引起儲罐外壁腐蝕的原因，在對碳鋼在氯離子環(huán)境中的腐蝕機理研究過程中表明，碳鋼在海洋大氣環(huán)境中由于Cl-的存在，在碳鋼表面會形成以γFeOOH、αFeOOH、Fe3O4，由 于αFeOOH 和Fe3O4顆 粒 大、結(jié)構(gòu)松，易脫落[3]，與儲罐G145A 外壁腐蝕情況相似如圖2 所示。

圖2 儲罐外壁腐蝕情況

2.2 罐頂內(nèi)側(cè)腐蝕機理

儲罐罐頂內(nèi)側(cè)鋼板表面由于儲存油品溫度較高，油品中少量的H2O、H2S、CO2等隨著油蒸汽附著在罐頂鋼板表面，在罐頂內(nèi)側(cè)鋼板表面形成一層水膜。由于水膜中含有S、CO2等腐蝕成分，同時儲罐在富油狀態(tài)下由呼吸閥吸入大量空氣，空氣中的大量O2以及儲罐頂部溫度變化，從而導(dǎo)致罐頂內(nèi)側(cè)鋼板發(fā)生電化學(xué)腐蝕。圖3 為罐頂內(nèi)側(cè)腐蝕脫落下來的銹層，其主要成分為FeOOH 及Fe3O4，其具有結(jié)構(gòu)松、顆粒大等特點，易脫落。儲罐頂部鋼板在內(nèi)外腐蝕作用下導(dǎo)致罐頂鋼板厚度變薄最終造成罐頂鋼板銹穿[4]。

圖3 罐頂內(nèi)側(cè)鋼板脫落銹層

其罐頂內(nèi)側(cè)鋼板腐蝕機理如下所示：

3 拱頂保溫儲罐罐壁腐蝕機理

3.1 罐壁外側(cè)腐蝕機理

拱頂保溫儲罐外壁腐蝕機理基本與罐頂外側(cè)腐蝕機理一致，都是因在潮濕環(huán)境中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕所導(dǎo)致。不同之處在于拱頂保溫儲罐罐壁外側(cè)腐蝕主要發(fā)生在罐壁加強圈、附件支架及罐壁接管焊縫處，如圖4 所示。由于這些部位在除銹防腐施工過程中存在死角，同時加強圈、附件支架及罐壁接管焊縫的焊渣都對儲罐罐壁這些部位的防腐質(zhì)量有一定影響。通過對儲罐G145A 罐壁腐蝕部位檢查發(fā)現(xiàn)，罐壁外側(cè)加強圈處焊縫及靠近罐底附近的罐壁鋼板和角焊縫處，如圖5 所示。這些區(qū)域由于罐頂保溫層與罐壁保溫層拼接處存在的縫隙以及罐壁支架、接管與保溫層之間的縫隙，雨水極易滲入保溫層，在加強圈上部及靠近罐底區(qū)域的罐壁板集聚，從而造成電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。保溫層的溫度也是其腐蝕的一大原因，據(jù)相關(guān)資料顯示，溫度每增10 ℃，其銹蝕的速率呈倍數(shù)增長，通過溫度越高，其空氣的擴散速度就越大，同時會導(dǎo)致電解液的電阻下降，繼而加快銹蝕速率。

圖4 罐壁支架焊縫處腐蝕情況

圖5 儲罐罐壁加強圈焊縫處腐蝕情況

除此之外，儲罐外壁保溫層的主要材料玻璃纖維也易被無機酸腐蝕，由于玻璃纖維的主要成分為BO3和BO4，其硼被無機酸腐蝕之后會形成通道，這會使得酸液進一步侵蝕保溫層整個結(jié)構(gòu)，加速其銹蝕。玻璃纖維在成型之后會涂抹一層浸潤劑，這會幫助玻璃纖維阻止酸化，但隨著時間的延長，待浸潤劑失去功效，玻璃纖維仍然會被腐蝕[5]。

3.2 罐壁內(nèi)側(cè)腐蝕機理分析

保溫儲罐罐壁內(nèi)側(cè)腐蝕主要發(fā)生在儲罐罐壁靠近罐頂區(qū)域的最上層兩圈罐壁鋼板表面以及罐壁與罐頂連接處的焊縫處，這些區(qū)域的鋼材由于沒有跟儲罐油品直接接觸。因此，最上層兩圈鋼板表面發(fā)生的腐蝕其機理與罐頂內(nèi)側(cè)腐蝕機理一致，也是由于油蒸汽在鋼板表面附著形成一層水膜，水膜中的S2-、CO2等腐蝕性離子造成鋼材表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕。另外，則是由于儲罐在焊接施工和防腐施工過程中施工質(zhì)量造成的，儲罐罐壁與罐頂連接焊縫處由于在防腐施工中存在死角，以及焊接過程中焊縫表面的焊渣、焊接造成的咬邊，都在一定程度上造成焊縫處腐蝕發(fā)生的原因[6]。

4 拱頂保溫儲罐罐底腐蝕機理分析

4.1 罐底內(nèi)側(cè)腐蝕機理分析

儲罐底板內(nèi)側(cè)的腐蝕主要以鋼材表面的點蝕的形式腐蝕如圖6 所示。造成鋼材表面局部點腐蝕的原因一方面是由于罐底滋生的微生物引起的局部點腐蝕；另一方則是由于儲罐儲存油品中所含Cl-造成的鋼材表面局部點蝕?？紤]到G145A 儲存的油品為減壓渣油，減壓渣油屬于是常減壓裝置常壓塔底部的重質(zhì)油品，因其成分組成復(fù)雜，在常壓渣油里面還有S2-、Cl-等腐蝕性介質(zhì)。資料顯示，微生物繁殖的溫度為50～60 ℃，而儲罐G145A 儲存常壓渣油的控制溫度為90.5～105 ℃，在此溫度下不會有微生物的繁殖，因此排除微生物造成的點蝕情況，造成G145A 罐底板點蝕的主要原因是由于儲存油品中S2-、Cl-造成，G145A 罐底板內(nèi)表面腐蝕情況如圖6 所示。

圖6 儲罐罐底內(nèi)側(cè)鋼板表面腐蝕情況

4.2 罐底外側(cè)腐蝕機理分析

在對儲罐G145A 地板割除后發(fā)現(xiàn)，儲罐底板與儲罐基礎(chǔ)接觸側(cè)發(fā)生的腐蝕相對于罐底內(nèi)側(cè)鋼板表面腐蝕情況要更加嚴重。考慮到儲罐G145A 現(xiàn)場基礎(chǔ)邊緣防水施工的情況，如圖7 所示，外側(cè)為保溫 鐵皮搭接到基礎(chǔ)外側(cè)使順罐壁流下的雨水流到地面，內(nèi)側(cè)則是用水泥將儲罐基礎(chǔ)與邊緣板之間縫隙填充，因此造成罐底板外側(cè)鋼板腐蝕的原因主要是由于儲罐底板與罐基礎(chǔ)之間防水措施失效或未有效防水造成雨水滲入儲罐基礎(chǔ)內(nèi)部，從而引起鋼材表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕。由于雨水滲入是從罐底鋼板邊緣向中心滲入，因此靠近罐底邊緣板發(fā)生的腐蝕相對于中間較為嚴重，其主要是由于儲罐底板在發(fā)生電化學(xué)腐蝕過程O2濃度不同造成的腐蝕程度不同，如圖8 所示。為中幅板處腐蝕情況，由于缺氧因此要比氧含量充足的環(huán)境中腐蝕發(fā)生的緩慢如圖9 所示為儲罐邊緣板區(qū)域腐蝕情況。

圖7 儲罐G145A 基礎(chǔ)防水情況

圖8 儲罐底部中幅板外側(cè)腐蝕情況

圖9 儲罐底部邊緣板腐蝕情況

5 拱頂保溫儲罐防腐措施

5.1 非金屬有機涂層的選用

對于保溫儲罐，保溫層的防水效果直接決定儲罐外側(cè)的腐蝕情況，因此在儲罐外壁進行保溫施工過程中，應(yīng)對保溫鐵皮接縫處、儲罐外壁的支架和接管與保溫層銜接處、罐壁測厚檢查孔處的縫隙做防水處理，對該部位涂抹聚氨酯防水涂料防止雨水滲入。聚氨酯防水涂料具有強度高、延伸率大、耐水性能耗等特點，與空氣之中的水蒸氣接觸后會固化，在所涂物體表面形成一層無接縫整體防膜。同時，為進一步預(yù)防銹蝕，可在保溫層內(nèi)的保溫棉與保溫鐵皮之間設(shè)置防潮層，避免雨水進入，減緩儲罐外壁的電化學(xué)腐蝕，以達到防腐的目的。

針對儲罐底板及其外壁的腐蝕情況，可在其表面涂抹云鐵漆或者富鋅漆預(yù)防腐蝕。云鐵漆就是環(huán)氧樹脂、磷片狀云母氧化鐵等成分組成的雙組份環(huán)氧防銹漆，涂抹成膜后顏料可平行定向重疊排列，具有較高的封閉性，并且耐熱，抗腐蝕能力較好。而富鋅漆涂抹之后可防止鋼鐵表面與氧氣、水蒸氣等有害介質(zhì)接觸，對鋼材也有一定的鈍化作用。富鋅漆中鋅粉含量較多，并且其與鐵離子相比活性更強，可代替鐵在電解質(zhì)溶液中成為陽極，讓鋼鐵表面不斷得到電子，防止銹蝕。除此之外，該涂層還具有自修補的功能，如涂膜部分出現(xiàn)損失，使得鋼鐵裸露，鋅產(chǎn)物會在此處集聚，以達到阻止鋼鐵銹蝕的目的。

5.2 做好儲罐日常防腐工作

除對其表面涂抹漆料使其具備防水、防銹蝕的功能外，還應(yīng)該做好儲罐的日常防腐工作。對于儲罐保溫層，應(yīng)對其進行日常的基礎(chǔ)防水巡檢檢查，同時定期對儲罐壁厚進行檢測，及時了解儲罐腐蝕情況，定期對儲罐進行檢修。儲罐底部最易受到腐蝕，這是由于其底部最易積水或含有雜質(zhì)，加速其腐蝕，所以可利用罐底的基礎(chǔ)排水孔對儲罐內(nèi)積水進行定期排放，油罐輪換時及時清洗儲罐。在應(yīng)用儲罐時，應(yīng)盡量減少油料的收發(fā)次數(shù)，不讓罐內(nèi)氣體進行頻繁改變，避免空氣內(nèi)的水蒸氣和氧氣進入儲罐。在儲罐閑置時，可向內(nèi)充滿惰性氣體，避免其發(fā)生腐蝕。

6 結(jié)語

綜上所述，對于拱頂保溫儲罐而言，做好保溫層及基礎(chǔ)的防水工作對于儲罐防腐工作來說是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，同時可對儲罐底板及外壁涂抹云鐵漆或富鋅漆阻止儲罐發(fā)生腐蝕。除此之外，應(yīng)該做好儲罐的日常管理工作，如定期檢查維修、避免罐內(nèi)積水或有其余雜質(zhì)、空罐閑置后充滿惰性氣體等，以加強其防腐效果。