原油儲(chǔ)罐底板腐蝕原因分析及防治對(duì)策
發(fā)布時(shí)間：
2020-12-02
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西部某原油站內(nèi)有四具雙盤浮頂立式原油罐，每具罐容10000m3。儲(chǔ)罐底板材質(zhì)為20#碳鋼，儲(chǔ)罐底板內(nèi)壁防腐采取“涂層+犧牲陽(yáng)極”聯(lián)合防護(hù)措施，儲(chǔ)罐底板外側(cè)采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)措施。2013年底，對(duì)該站內(nèi)4號(hào)儲(chǔ)罐進(jìn)行清罐后的開罐檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，該儲(chǔ)罐的罐底板內(nèi)外壁均存在多處腐蝕，個(gè)別部位甚至穿孔。為弄清罐底板腐蝕原因，對(duì)罐內(nèi)沉積污水腐蝕性、罐內(nèi)犧牲陽(yáng)極成分及電化學(xué)性能、罐底板腐蝕產(chǎn)物、罐底外側(cè)瀝青砂腐蝕性等進(jìn)行了分析，并對(duì)站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。
1 儲(chǔ)罐腐蝕環(huán)境分析
1.1 罐內(nèi)污水的水質(zhì)分析
取站內(nèi)平行儲(chǔ)罐內(nèi)的罐下部含油污水，按照SY/T 5523-2006《油田水質(zhì)分析》，進(jìn)行水質(zhì)成分及其他理化指標(biāo)分析，分析結(jié)果見下表。
由表1可以看出，儲(chǔ)罐污水的總礦化度高達(dá)155310.4mg/L，Cl-含量為92500mg/L，污水的腐蝕性較強(qiáng)。由于Cl-滲透性較強(qiáng)，如果罐內(nèi)壁涂層存在破損，容易發(fā)生點(diǎn)蝕。
1.2 20#碳鋼在含油污水中的電化學(xué)測(cè)試
采用Parstat2273 電化學(xué)綜合測(cè)試儀，測(cè)定20# 碳鋼（罐底中幅板所用材質(zhì)）在污水中的腐蝕速率（實(shí)驗(yàn)條件：20#碳鋼，溫度為常溫，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為儲(chǔ)罐污水）。20#碳鋼在儲(chǔ)罐污水中的極化曲線如下圖。
圖1 碳鋼在儲(chǔ)罐污水中的極化曲線
對(duì)極化曲線進(jìn)行擬合，碳鋼在污水中的自腐蝕電位為-697.53mv，腐蝕電流密度為4.76×10-6A/ cm2，轉(zhuǎn)換成腐蝕速率約為0.56mm/a。
1.3 罐底瀝青砂墊層分析
對(duì)該儲(chǔ)罐底部瀝青砂墊層取樣，按照NY/T 1121《土壤檢測(cè)》，進(jìn)行瀝青砂中可溶性離子分析，分析結(jié)果見下表。
從表2中含鹽量、pH值、Cl-等指標(biāo)，可以看出瀝青砂墊層樣品的腐蝕性較強(qiáng)。
1.4 罐內(nèi)犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)性能測(cè)試
（1）取該儲(chǔ)罐內(nèi)壁在用的犧牲陽(yáng)極，參照GB/T 17848-1999《犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行陽(yáng)極成分分析，分析結(jié)果見下表。
犧牲陽(yáng)極的元素分析表明，犧牲陽(yáng)極成分滿足GB/T 4948-2002的要求。
（2）在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按照GB/T 17848-1999的方法進(jìn)行犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)性能測(cè)試，犧牲陽(yáng)極試樣在常溫下的腐蝕溶解形貌如下圖。
圖2 10%NaCl測(cè)試液中犧牲陽(yáng)極的溶解形貌
除去腐蝕產(chǎn)物后，總體來看，陽(yáng)極屬于均勻腐蝕，陽(yáng)極表面出現(xiàn)明顯的腐蝕坑。
實(shí)際電容量和電流效率是衡量鋁合金犧牲陽(yáng)極的重要參數(shù)。經(jīng)測(cè)試，犧牲陽(yáng)極的實(shí)際電容量及電流效率如下表。
從表4中可以明顯看出，試驗(yàn)用犧牲陽(yáng)極電流有效率均大于85%，材料合格。另外，鋁合金材料作為犧牲陽(yáng)極時(shí)，要求腐蝕均勻，以免有大塊的陽(yáng)極脫落，影響陽(yáng)極的使用效率和使用壽命。經(jīng)試驗(yàn)，3支陽(yáng)極試樣中的1支出現(xiàn)局部脫落現(xiàn)象（見圖3），使用過程中可能影響陽(yáng)極的使用效率和使用壽命。
1.5 儲(chǔ)罐外底板腐蝕產(chǎn)物分析
（1）通過掃描電鏡、EDS能譜儀，對(duì)儲(chǔ)罐外底板腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4、圖5。
（2）對(duì)儲(chǔ)罐外底板腐蝕產(chǎn)物的主要成分進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下表。
從表5可以看出，在腐蝕產(chǎn)物中，質(zhì)量百分比較大的是Fe、O兩種元素，兩中元素占總量的90% 以上，故腐蝕產(chǎn)物的成分主要是鐵的氧化物。
2 儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查
該儲(chǔ)罐采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，地床形式為100m深井陽(yáng)極，恒電價(jià)儀采用恒電流模式運(yùn)行。儲(chǔ)罐四周4處測(cè)試點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)通斷電電位測(cè)試結(jié)果見下表。
通過測(cè)試，儲(chǔ)罐4處測(cè)試點(diǎn)的陰保電位都在有效保護(hù)范圍內(nèi)，陰保系統(tǒng)運(yùn)行正常。
但進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)部勘查時(shí)發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)罐底板中部有明顯隆起，與瀝青砂墊層間存在較大間隙（腳踩處為中空）。儲(chǔ)罐底板現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)見下圖。
圖6 儲(chǔ)罐底板現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)
因該儲(chǔ)罐的4處測(cè)試點(diǎn)均位于儲(chǔ)罐邊緣，其陰極保護(hù)電位不能真實(shí)反映儲(chǔ)罐底板中部及其他部位的陰極保護(hù)水平。為開展儲(chǔ)罐底板整體陰極保護(hù)現(xiàn)狀調(diào)查，將儲(chǔ)罐不同部位的底板切開，進(jìn)行陰極保護(hù)電位測(cè)試。測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)所有測(cè)試處底板均未與瀝青砂墊層有良好接觸，存在1~3cm不等的間隙。儲(chǔ)罐底板陰極保護(hù)測(cè)試點(diǎn)分布見圖7，測(cè)試數(shù)據(jù)見表7。
通過儲(chǔ)罐底板整體陰極保護(hù)現(xiàn)狀調(diào)查，認(rèn)為儲(chǔ)罐底板與墊層下方土壤電位值能夠滿足GB-T21448-2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求。但在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)罐底板整體與瀝青砂墊層未良好接觸，所以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的電位僅為距參比電極最近的儲(chǔ)罐底板與墊層有良好接觸部位的電位。同時(shí)，由于儲(chǔ)罐底板與瀝青砂墊層間存在較大空隙，陰極保護(hù)電流無法均勻流入儲(chǔ)罐底板外側(cè)， 故儲(chǔ)罐底板外側(cè)并未得到有效的陰極保護(hù)。
3 儲(chǔ)罐底板腐蝕原因綜合分析
（1）實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果表明，儲(chǔ)罐內(nèi)污水的總礦化度高達(dá)155310.4mg/L，Cl-含量為92500mg/L， 污水腐蝕性較強(qiáng)，容易發(fā)生點(diǎn)蝕；碳鋼在儲(chǔ)罐污水中的腐蝕性研究表明，腐蝕速率0.56mm/a，遠(yuǎn)高于SY/T 5329-2012規(guī)定的腐蝕速率≤0.076 mm/a的標(biāo)準(zhǔn)要求。故儲(chǔ)罐內(nèi)污水腐蝕性強(qiáng)是導(dǎo)致儲(chǔ)罐底板內(nèi)壁腐蝕的直接原因。
（2）對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)犧牲陽(yáng)極的成分分析和電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，犧牲陽(yáng)極質(zhì)量滿足GB/T 4948- 2002的要求，犧牲陽(yáng)極電流效率大于85%，材料合格，但試驗(yàn)后3支陽(yáng)極試樣中的1支出現(xiàn)局部脫落現(xiàn)象，這可能對(duì)犧牲陽(yáng)極的使用效率和使用壽命造成一定的影響。同時(shí)，儲(chǔ)罐運(yùn)行過程中，若儲(chǔ)罐底板泥沙、油泥等沉積物將犧牲陽(yáng)極掩埋覆蓋，或鋁合金犧牲陽(yáng)極消耗后產(chǎn)生鈍化膜，也會(huì)導(dǎo)致電流輸出不暢，致使儲(chǔ)存底板內(nèi)壁陰極保護(hù)效果不佳。
（3）通過儲(chǔ)罐底板腐蝕產(chǎn)物的能譜分析，腐蝕產(chǎn)物主要成分為鐵的氧化物，主要原因是儲(chǔ)罐底板與地下水和氧作用發(fā)生了電化學(xué)腐蝕，可能由以下原因造成罐底板外壁的腐蝕。
一是地下水通過土壤的毛細(xì)管上升到瀝青砂層，從瀝青砂層中滲透后與儲(chǔ)罐底板接觸，使底板發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕；
二是雨水沿邊緣板與基座之間的縫隙滲入罐底，與儲(chǔ)罐外底板接觸，使底板發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕；
三是儲(chǔ)罐底板防腐層質(zhì)量較差，大大降低了儲(chǔ)罐底板的抗腐蝕能力，導(dǎo)致儲(chǔ)罐底板發(fā)生腐蝕。
四是由于儲(chǔ)罐底板與瀝青砂墊層之間存在空隙，導(dǎo)致儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)的陰保電流無法均勻流入儲(chǔ)罐底板外側(cè)，底板外側(cè)無法得到有效的陰極保護(hù)。
4 儲(chǔ)罐底板腐蝕的防治措施
通過本案例中以上幾方面的測(cè)試、調(diào)查及分析，筆者認(rèn)為防治原油儲(chǔ)罐底板腐蝕可采取以下措施：
（1）在儲(chǔ)罐墊層施工中應(yīng)確保墊層平整、坡降過渡平滑，且密實(shí)度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，避免因墊層不平、坡降過渡較大及密實(shí)度不足引發(fā)不均勻沉降，導(dǎo)致墊層與儲(chǔ)罐底板不能良好接觸。
（ 2 ） 儲(chǔ)罐底板的防腐涂層應(yīng)嚴(yán)格按照GB50393-2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)要求進(jìn)行施工、檢查及驗(yàn)收；儲(chǔ)罐底板內(nèi)表面和油水分界線以下壁板內(nèi)表面應(yīng)采用絕緣型防腐涂層。
（3）在儲(chǔ)罐底板焊接過程中，應(yīng)確保底板與墊層緊密接觸；同時(shí)應(yīng)考慮施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、運(yùn)行溫度及焊接過程中對(duì)底板造成的熱脹冷縮影響，必要時(shí)可采取配重壓覆或先焊接浮頂立柱部位等措施，以降低熱脹冷縮帶來的不良影響。
（4）對(duì)儲(chǔ)罐邊緣板與基座之間的縫隙采用防滲材料進(jìn)行密封，防止雨水等腐蝕介質(zhì)滲入罐底。
（5）利用儲(chǔ)罐大修及底板更換的時(shí)機(jī)，在底板中部增設(shè)參比電極及測(cè)試點(diǎn)，以掌握儲(chǔ)罐底板的整體陰極保護(hù)效果。
（6）在儲(chǔ)罐運(yùn)行過程中，密切關(guān)注上游油田來油的含水率、含砂率等信息，適時(shí)增加罐底沉積物的攪拌頻次，防止泥沙、油泥等沉積物將犧牲陽(yáng)極掩埋覆蓋，導(dǎo)致陰極保護(hù)電流輸出不暢。◢
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