石油儲罐內(nèi)外防腐技術

潘 一，張明明，梁丹丹，胡志勇，王金巖，楊雙春*

（遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001）

石油儲罐是當今最重要能源的重要儲存設備，在國家石油戰(zhàn)略儲備、原油生產(chǎn)、石油煉制以及成品油銷售中都有重要的作用。儲罐所儲存的油品往往含有酸（硫酸、鹽酸等）、氫、有機鹽、無機鹽和水等腐蝕性雜質(zhì)，會對金屬罐造成腐蝕，這樣不僅會縮短儲罐使用壽命，還會對油品摻入鐵銹等雜質(zhì)從而加劇了內(nèi)燃機和其他機械的磨損[1]；嚴重的會造成油品泄露，不僅污染環(huán)境還加大了火災和爆炸事故的發(fā)生概率，嚴重威脅人身安全，同時還會造成嚴重的經(jīng)濟損失。因此，利用腐蝕與防護技術保護儲罐具有十分重要的意義。

1 儲罐內(nèi)防腐

儲罐按儲備油品性質(zhì)的不同可分為：原油儲罐，中間產(chǎn)品儲罐，成品油（汽油、煤油、柴油、潤滑油等）儲罐等；按儲罐自身結構不同又可分為：拱頂罐、浮頂（內(nèi)浮頂、外浮頂）罐等。不同種類的儲罐其腐蝕機理也不盡相同，故其防腐措施也不盡相同，但又大同小異。下面著重就成品油儲罐來進一步探討儲罐的內(nèi)腐蝕機理及內(nèi)防腐措施。

1.1 儲罐內(nèi)腐蝕機理

儲罐內(nèi)腐蝕一般為液體腐蝕(油品及油品沉積水對罐壁及底板的腐蝕（既有化學腐蝕也有電化學腐蝕)和氣體腐蝕(油罐氣相部位由于油料中揮發(fā)出的酸性氣體H2S、HCl，外加通過呼吸閥進入罐內(nèi)的水分、氧氣、二氧化碳等腐蝕氣在油罐上凝結成酸性溶液從而引起腐蝕，同樣既有化學腐蝕又有電化學腐蝕)[1]。

1.1.1 油罐氣相部位

油罐氣相部位包括罐頂、罐壁上部及氣液交界處。這個部位不直接接觸油品，屬于氣體腐蝕。氣相中的介質(zhì)包括油品中揮發(fā)出來的硫化氫、二氧化硫、氯化氫等酸性氣體，還有當油罐進油、轉油以及呼吸閥吸氣時帶進的氧氣、水蒸汽、二氧化碳等。這樣，硫化物、氧氣、水三者在罐頂就構成了電化學腐蝕，這個反應主要依靠了氧的去極化作用[2]。即由于水蒸汽與油氣的存在，加上日照的影響，晝夜溫差較大，從而水蒸氣會在鋼板上結露，在罐頂和罐壁上部形成一層很薄的液膜，而氧在液膜的作用下更容易擴散到鋼材表面，氧的去極化反應更為迅速，因此罐壁在這種情況下遭到腐蝕的速度更快，是浸在油品中的數(shù)十倍[3]。此外，液位的波動，會使氣液交界處液膜呈周期性反復形成，最終使得該部位的腐蝕情況比罐頂及罐壁上部更為嚴重。

1.1.2 油罐儲油部位

油罐儲油部位就是罐底以上氣液交界面以下的部位。該部位與油品直接接觸，主要受油品及油品的硫化氫、有機、無機鹽等腐蝕性化學物質(zhì)腐蝕，腐蝕速率較低，腐蝕程度最輕，一般不會造成特殊危險[4]。但如果液位經(jīng)常變化，則氣液交界面也經(jīng)常變化，這樣會給罐壁帶來比較嚴重的腐蝕。

1.1.3 油罐底部

油罐底部包括罐底內(nèi)表面及罐壁底部1米以下的部位。這個部位的腐蝕較為嚴重，腐蝕形貌為點蝕，易形成罐底穿孔[4]。其腐蝕的主要原因是：油品中的水分沉積于此，同時還有油品中的各種雜質(zhì)（泥沙、二氧化硫、二氧化碳、硫化氫、氧、氯離子等）沉降或溶解于其中，此外還有硫酸鹽還原菌等，這些物質(zhì)混合在一起就形成了油罐底部腐蝕性極強的液體環(huán)境;這種情況下的腐蝕同時包含化學腐蝕與電化學腐蝕，在罐壁下部和罐底板上表面油水結合處存在濃差腐蝕，但主要表現(xiàn)為電化學腐蝕。其腐蝕機理為：

又由于存在氯離子，則又能使腐蝕產(chǎn)物分解并向深處進行，從而就形成了點蝕或坑蝕。當?shù)匕迳显O置加熱盤管時，由于溫度和焊接形成的電偶會加劇局部腐蝕。又由于罐底存在向外的坡度，因此罐壁和罐底結合處的腐蝕最為嚴重。

1.2 儲罐內(nèi)防腐措施

1.2.1 選用優(yōu)質(zhì)的防腐涂料

涂層保護是儲罐防腐最基礎、最常用、最實用、最經(jīng)濟有效的保護措施。由儲罐的腐蝕機理分析知，防腐涂層必須具備以下幾方面的基本性能要求：①耐化學性穩(wěn)定,涂層應耐油、酸、堿、鹽等；②耐水性良好；③玻璃化溫度高；④抗沖擊、抗彎曲、耐磨等機械性能好；⑤附著力好，抗陰極剝離性能強；⑥電性能穩(wěn)定。

涂料的種類有很多，最常用的是環(huán)氧類涂料，環(huán)氧類涂料抗化學性能良好、附著力優(yōu)異、機械性能良好、電絕緣性能良好，由于這么些優(yōu)點這類涂料成為國內(nèi)外儲油儲罐內(nèi)防腐的首選。環(huán)氧類涂料包括：環(huán)氧瀝青涂料、環(huán)氧玻璃鱗片涂料、環(huán)氧防靜電涂料、酚醛環(huán)氧涂料、高固體份環(huán)氧涂料、無溶劑環(huán)氧涂料等[4]。此外，鈦納米聚合物涂料因其良好的耐溫性在輕烴罐的防腐上也得到了廣泛的應用[5]；近年來，由環(huán)氧樹脂改性而來的乙烯基酯樹脂因其更加良好的耐熱性、耐腐蝕性、耐溶劑性、施工性也得到了很快的發(fā)展[6]。

1.2.2 在涂層保護上加涂緩蝕劑

緩蝕劑就是在基體材料中添加少量即能減緩或抑制金屬腐蝕的添加劑[7]。它的用量很小，但效果顯著。添加緩蝕劑是防止鋼鐵腐蝕的一種簡單而有效的方法。在油罐防腐中，在防腐涂料上加涂緩蝕劑是很常用的方法。

1.2.3 陰極保護

陰極保護是電化學腐蝕原理的一種防腐蝕方法。這種方法主要針對電化學腐蝕，因此經(jīng)常用于油罐底部的防腐。目前涂層和陰極保護聯(lián)合使用的方法是防止腐蝕最為合理的手段。

1.2.4 適當增加腐蝕嚴重部位的鋼材厚度

由內(nèi)腐蝕機理知，儲罐腐蝕嚴重的部位是罐頂和罐底，合理增加罐頂和罐底的厚度，可以提高儲罐的防腐能力，增加儲罐的使用年限[7]。

1.2.5 周期性檢查

油罐的外部檢查和油罐測厚檢查每年至少做一次。對盛裝腐蝕性強的油品的油罐，每年要進行一次開罐檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時解決[7]。如果經(jīng)濟許可，可選用更加優(yōu)質(zhì)的儲罐材質(zhì)、防腐涂料等。

2 儲罐外防腐

儲罐的外防腐包括儲罐外壁防腐、罐底板下表面防腐和罐底外邊緣板防腐3個部分。

2.1 儲罐外防腐機理

2.1.1 儲罐外壁腐蝕

儲罐外壁包括罐壁和罐壁外附件（抗風圈、加強圈、罐壁金屬結構附件、盤梯平臺等）。儲罐的外壁腐蝕主要是典型的大氣腐蝕，它與儲罐所在地的氣候狀況和大氣污染程度有密切關系，因此不同地域的儲罐其外壁腐蝕狀況不同，一般沿海城市和工業(yè)化程度高的城市，腐蝕情況最為嚴重，廣東、海南的等地的儲罐腐蝕相對明顯就是證明。大氣腐蝕的機理是通過冷凝水膜，在有害氣體（鹽類、二氧化硫、二氧化碳、硫化氫、氧氣等）的作用下形成的腐蝕原電池，其實質(zhì)屬于電化學腐蝕。影響大氣腐蝕的因素有以下幾點[8]：①水膜的形成?？諝庵袏A雜的鹽類顆粒和氯化物（尤其是沿海地區(qū)），很容易粘附在金屬表面，而鹽類和氯化物又具有很強的吸濕性，在空氣濕度較大的情況下，很容易在金屬表面形成水膜，氧在有水膜的情況下更容易到達金屬表面（水膜厚度越薄，氧越容易擴散），因此氧的去極化反應也就更容易發(fā)生。②氧擴散的影響。氧氣作為主要的去極化劑 是任何金屬在溶液中發(fā)生電化學腐蝕的根本原因，所以溶液中的氧與金屬的腐蝕有直接的關系。一般來說，在有水的情況下，氧越容易到達金屬表面，金屬的腐蝕速度越快。③鹽類的影響。這類因素在沿海地區(qū)尤其突出，鹽類會加速金屬表面水膜的形成，此外其中的氯化物又是引起金屬發(fā)生點蝕的主要因素之一。④腐蝕產(chǎn)物自身的影響。腐蝕產(chǎn)物在一定條件下也會影響大氣腐蝕的電極反應。

2.1.2 儲罐底板下表面的腐蝕

罐底板外側是儲罐外部腐蝕最為嚴重的部分。其主要為土壤腐蝕和水腐蝕，也存在氧濃差腐蝕和電偶腐蝕等；腐蝕性質(zhì)主要為電化學腐蝕，同時也存在化學腐蝕。土壤腐蝕和水腐蝕的原因：油罐底在實際中不與土壤直接接觸，通常用瀝青砂作為防水墊層，但是盡管如此，含鹽的地下水還是會從毛細管土壤上升到瀝青砂底面，又從瀝青砂中滲透到罐底直接腐蝕；此外，罐底四周的雨水或從罐壁流下的水也很容易侵入罐底造成腐蝕。氧濃差腐蝕主要是由于罐底板與瀝青砂接觸不良以及管周和罐中部位透氣性德差別引起的，氧濃度小得部位成為陽極而被腐蝕。

2.1.3 罐底外邊緣板的腐蝕

罐底外邊緣板腐蝕是油罐失效的一個主要原因。其腐蝕原因是：儲罐底板與基座的接觸部位，隨溫度的變化底板會發(fā)生徑向伸縮，長期使用又由于液位的不斷波動也會造成罐底板變形，甚至造成罐底板與基座脫開罐底邊緣向上翹起。在這種情況下，雨水、雪水以及腐蝕性氣體會侵入罐底板與基座的縫隙，從而發(fā)生電化學腐蝕。另外，水在縫隙中也會導致縫隙腐蝕[9]。

2.2 儲罐外防腐措施

罐頂與罐壁表面的防腐措施有很多種。目前廣泛使用的是：環(huán)氧富鋅底漆加環(huán)氧云鐵中間漆再加丙烯酸聚氨脂面漆，這一配套涂層。另外常用的還有，環(huán)氧富鋅底漆加氯化橡膠中間漆再加氯化橡膠面漆配套涂層和環(huán)氧富鋅底漆加環(huán)氧云鐵中間漆再加氯磺化聚乙烯面漆配套涂層。比較新的工藝措施是：環(huán)氧富鋅底漆加GR隔熱反射涂料的配套中間漆再加GR隔熱反射涂料面漆配套涂層[10]。GR隔熱反射涂料耐候性強、耐沾污、使用壽命長，能夠?qū)μ柟狻徇M行反射、阻隔，這種方法不僅能防止儲罐表面腐蝕，同時還起到隔熱降溫的作用，可使物體表面溫度降低5~10 ℃，從而降低了油品的小呼吸蒸發(fā)損失，是目前比較好的罐壁表面防腐措施。

罐底外表面防腐較常用的方法有：瀝青或環(huán)氧瀝青涂層法; 犧牲陽極3和外加電源的陰極保護措施；環(huán)氧類涂層或聚氨酯涂層配合外加電流陰極保護法[11]；水性硅酸鋁富鋅涂料加環(huán)氧煤瀝青面漆涂層法等[12]。

罐底外邊緣板的防腐的主流方法是：將防水涂料CTPU中加入一定量的填充物配置成膠泥或粘泥，涂覆在底層邊緣板上，再利用貼覆玻璃布加強涂層強度。此外還有用三元乙丙彈性橡膠帶包覆等方法。

3 結束語

石油儲油罐的不同部位，腐蝕機理不同，故其防腐措施也有所差別。在儲罐選用防腐措施時，應根據(jù)其腐蝕機理，針對性的選用防腐措施，這樣才能做到經(jīng)濟節(jié)約的同時，高效的利用油罐，增大石油儲油罐的使用壽命，增強石油儲油罐的安全性，有效的降低因儲罐腐蝕而帶來的火災及爆炸事故的發(fā)生概率，不僅人身安全得到了進一步保障，同時還減少了經(jīng)濟損失。因此，石油儲罐的內(nèi)外防腐具有極其重要的意義。

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