原油儲罐底板腐蝕原因分析及防治對策
發(fā)布時(shí)間：
2020-12-02
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西部某原油站內有四具雙盤(pán)浮頂立式原油罐，每具罐容10000m3。儲罐底板材質(zhì)為20#碳鋼，儲罐底板內壁防腐采取“涂層+犧牲陽(yáng)極”聯(lián)合防護措施，儲罐底板外側采用強制電流陰極保護措施。2013年底，對該站內4號儲罐進(jìn)行清罐后的開(kāi)罐檢測時(shí)發(fā)現，該儲罐的罐底板內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，對罐內沉積污水腐蝕性、罐內犧牲陽(yáng)極成分及電化學(xué)性能、罐底板腐蝕產(chǎn)物、罐底外側瀝青砂腐蝕性等進(jìn)行了分析，并對站內區域陰極保護系統進(jìn)行了檢測和現場(chǎng)調查。
1 儲罐腐蝕環(huán)境分析
1.1 罐內污水的水質(zhì)分析
取站內平行儲罐內的罐下部含油污水，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分析，分析結果見(jiàn)下表。
由表1可以看出，儲罐污水的總礦化度高達155310.4mg/L，Cl-含量為92500mg/L，污水的腐蝕性較強。由于Cl-滲透性較強，如果罐內壁涂層存在破損，容易發(fā)生點(diǎn)蝕。
1.2 20#碳鋼在含油污水中的電化學(xué)測試
采用Parstat2273 電化學(xué)綜合測試儀，測定20# 碳鋼（罐底中幅板所用材質(zhì)）在污水中的腐蝕速率（實(shí)驗條件：20#碳鋼，溫度為常溫，實(shí)驗介質(zhì)為儲罐污水）。20#碳鋼在儲罐污水中的極化曲線(xiàn)如下圖。
圖1 碳鋼在儲罐污水中的極化曲線(xiàn)
對極化曲線(xiàn)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，轉換成腐蝕速率約為0.56mm/a。
1.3 罐底瀝青砂墊層分析
對該儲罐底部瀝青砂墊層取樣，按照NY/T 1121《土壤檢測》，進(jìn)行瀝青砂中可溶性離子分析，分析結果見(jiàn)下表。
從表2中含鹽量、pH值、Cl-等指標，可以看出瀝青砂墊層樣品的腐蝕性較強。
1.4 罐內犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)性能測試
（1）取該儲罐內壁在用的犧牲陽(yáng)極，參照GB/T 17848-1999《犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能試驗方法》進(jìn)行陽(yáng)極成分分析，分析結果見(jiàn)下表。
犧牲陽(yáng)極的元素分析表明，犧牲陽(yáng)極成分滿(mǎn)足GB/T 4948-2002的要求。
（2）在實(shí)驗室內按照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測試液中犧牲陽(yáng)極的溶解形貌
除去腐蝕產(chǎn)物后，總體來(lái)看，陽(yáng)極屬于均勻腐蝕，陽(yáng)極表面出現明顯的腐蝕坑。
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。經(jīng)測試，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，3支陽(yáng)極試樣中的1支出現局部脫落現象（見(jiàn)圖3），使用過(guò)程中可能影響陽(yáng)極的使用效率和使用壽命。
1.5 儲罐外底板腐蝕產(chǎn)物分析
（1）通過(guò)掃描電鏡、EDS能譜儀，對儲罐外底板腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，結果如圖4、圖5。
（2）對儲罐外底板腐蝕產(chǎn)物的主要成分進(jìn)行分析，分析結果如下表。
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 儲罐陰極保護系統現狀調查
該儲罐采用強制電流陰極保護系統，地床形式為100m深井陽(yáng)極，恒電價(jià)儀采用恒電流模式運行。儲罐四周4處測試點(diǎn)現場(chǎng)通斷電電位測試結果見(jiàn)下表。
通過(guò)測試，儲罐4處測試點(diǎn)的陰保電位都在有效保護范圍內，陰保系統運行正常。
但進(jìn)入儲罐內部勘查時(shí)發(fā)現，儲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）。儲罐底板現場(chǎng)狀態(tài)見(jiàn)下圖。
圖6 儲罐底板現場(chǎng)狀態(tài)
因該儲罐的4處測試點(diǎn)均位于儲罐邊緣，其陰極保護電位不能真實(shí)反映儲罐底板中部及其他部位的陰極保護水平。為開(kāi)展儲罐底板整體陰極保護現狀調查，將儲罐不同部位的底板切開(kāi)，進(jìn)行陰極保護電位測試。測試過(guò)程中發(fā)現所有測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。儲罐底板陰極保護測試點(diǎn)分布見(jiàn)圖7，測試數據見(jiàn)表7。
通過(guò)儲罐底板整體陰極保護現狀調查，認為儲罐底板與墊層下方土壤電位值能夠滿(mǎn)足GB-T21448-2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規范》要求。但在測試過(guò)程中發(fā)現，儲罐底板整體與瀝青砂墊層未良好接觸，所以現場(chǎng)測試的電位僅為距參比電極最近的儲罐底板與墊層有良好接觸部位的電位。同時(shí)，由于儲罐底板與瀝青砂墊層間存在較大空隙，陰極保護電流無(wú)法均勻流入儲罐底板外側， 故儲罐底板外側并未得到有效的陰極保護。
3 儲罐底板腐蝕原因綜合分析
（1）實(shí)驗室分析結果表明，儲罐內污水的總礦化度高達155310.4mg/L，Cl-含量為92500mg/L， 污水腐蝕性較強，容易發(fā)生點(diǎn)蝕；碳鋼在儲罐污水中的腐蝕性研究表明，腐蝕速率0.56mm/a，遠高于SY/T 5329-2012規定的腐蝕速率≤0.076 mm/a的標準要求。故儲罐內污水腐蝕性強是導致儲罐底板內壁腐蝕的直接原因。
（2）對儲罐內犧牲陽(yáng)極的成分分析和電化學(xué)性能測試結果表明，犧牲陽(yáng)極質(zhì)量滿(mǎn)足GB/T 4948- 2002的要求，犧牲陽(yáng)極電流效率大于85%，材料合格，但試驗后3支陽(yáng)極試樣中的1支出現局部脫落現象，這可能對犧牲陽(yáng)極的使用效率和使用壽命造成一定的影響。同時(shí)，儲罐運行過(guò)程中，若儲罐底板泥沙、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 )導致電流輸出不暢，致使儲存底板內壁陰極保護效果不佳。
（3）通過(guò)儲罐底板腐蝕產(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(guò)土壤的毛細管上升到瀝青砂層，從瀝青砂層中滲透后與儲罐底板接觸，使底板發(fā)生電化學(xué)反應導致腐蝕；
二是雨水沿邊緣板與基座之間的縫隙滲入罐底，與儲罐外底板接觸，使底板發(fā)生電化學(xué)反應導致腐蝕；
三是儲罐底板防腐層質(zhì)量較差，大大降低了儲罐底板的抗腐蝕能力，導致儲罐底板發(fā)生腐蝕。
四是由于儲罐底板與瀝青砂墊層之間存在空隙，導致儲罐陰極保護系統的陰保電流無(wú)法均勻流入儲罐底板外側，底板外側無(wú)法得到有效的陰極保護。
4 儲罐底板腐蝕的防治措施
通過(guò)本案例中以上幾方面的測試、調查及分析，筆者認為防治原油儲罐底板腐蝕可采取以下措施：
（1）在儲罐墊層施工中應確保墊層平整、坡降過(guò)渡平滑，且密實(shí)度符合相關(guān)標準規范，避免因墊層不平、坡降過(guò)渡較大及密實(shí)度不足引發(fā)不均勻沉降，導致墊層與儲罐底板不能良好接觸。
（ 2 ） 儲罐底板的防腐涂層應嚴格按照GB50393-2008《鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)規范》中相關(guān)要求進(jìn)行施工、檢查及驗收；儲罐底板內表面和油水分界線(xiàn)以下壁板內表面應采用絕緣型防腐涂層。
（3）在儲罐底板焊接過(guò)程中，應確保底板與墊層緊密接觸；同時(shí)應考慮施工現場(chǎng)環(huán)境溫度、運行溫度及焊接過(guò)程中對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(lái)的不良影響。
（4）對儲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）利用儲罐大修及底板更換的時(shí)機，在底板中部增設參比電極及測試點(diǎn)，以掌握儲罐底板的整體陰極保護效果。
（6）在儲罐運行過(guò)程中，密切關(guān)注上游油田來(lái)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，導致陰極保護電流輸出不暢。◢
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