國(guó)內(nèi)成品油儲(chǔ)罐和長(zhǎng)輸管線腐蝕現(xiàn)狀與防護(hù)

余杭輝

(中國(guó)石化浙江麗水石油分公司，浙江麗水323000)

幾十年的成品油工業(yè)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋼質(zhì)成品油儲(chǔ)罐和長(zhǎng)輸管線存在的嚴(yán)重內(nèi)、外腐蝕阻礙著其正常運(yùn)營(yíng)，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會(huì)影響油品質(zhì)量或堵塞管線附件，腐蝕嚴(yán)重的地方會(huì)導(dǎo)致設(shè)施失效、提前報(bào)廢甚至油品泄漏，造成不可估量的環(huán)境污染和巨大經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)綜述國(guó)內(nèi)前人在鋼質(zhì)油儲(chǔ)罐和長(zhǎng)輸管線腐蝕及防護(hù)方面研究結(jié)果，旨在系統(tǒng)分析這兩種基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕原因及防護(hù)措施，為今后防腐蝕工程建設(shè)和后續(xù)防護(hù)提供借鑒和參考。

1 腐蝕現(xiàn)狀及原因

1.1 成品油儲(chǔ)罐腐蝕現(xiàn)狀和原因

1．1．1 外腐蝕現(xiàn)狀和原因

引起成品油儲(chǔ)罐外腐蝕的因素主要為大氣腐蝕、水、土壤、雜散電流和風(fēng)沙等。其中大氣腐蝕是最主要的因素，特別是工業(yè)大氣和海洋大氣的腐蝕性較強(qiáng)，表現(xiàn)為表面防腐蝕涂層的老化破壞。大氣中溶有電解質(zhì)的水分黏結(jié)在罐體鋼表面發(fā)生耗氧或析氫腐蝕，生成疏松狀Fe2O3鐵銹，使腐蝕不斷進(jìn)行。

根據(jù)腐蝕因素的不同，將成品油儲(chǔ)罐外腐蝕劃分為包括罐頂和外壁的第一腐蝕區(qū)以及罐底板外側(cè)的第二腐蝕區(qū)。第一腐蝕區(qū)的主要腐蝕成因?yàn)榇髿飧g，環(huán)境潮濕度越高，腐蝕速度越快;第二腐蝕區(qū)主要體現(xiàn)為因土壤引起的電化學(xué)腐蝕。由于土壤中含有較多水分和電解質(zhì)，因此第二腐蝕區(qū)的腐蝕程度較為嚴(yán)重。

1．1．2 內(nèi)腐蝕現(xiàn)狀和原因

成品油本身腐蝕性很弱，但成品油中所含的雜質(zhì)、溶解氧和水分對(duì)油儲(chǔ)罐內(nèi)壁具有一定的腐蝕作用。多年的油庫(kù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)表明:成品油腐蝕危害嚴(yán)重，油罐腐蝕穿孔、漏油現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，銹蝕產(chǎn)物不僅影響油品質(zhì)量并影響輸送設(shè)備和計(jì)量設(shè)備的正常運(yùn)行。

罐頂主要為氣相空間腐蝕，腐蝕呈不均勻全面腐蝕，局部可見(jiàn)孔蝕;罐壁為均勻點(diǎn)蝕，主要發(fā)生在油水界面、油與空氣交替處，與儲(chǔ)存油品中的溶解氧含量、水凝結(jié)有關(guān);罐底大多為潰瘍狀的坑點(diǎn)腐蝕，主要發(fā)生在焊接影響區(qū)、凹陷及變形處。引起底板外側(cè)腐蝕的原因主要有局部積水氧濃差電池腐蝕、硬質(zhì)尖銳物引起的應(yīng)力腐蝕和底板鋼材材質(zhì)缺陷。罐底沉積水腐蝕是引起罐底腐蝕的主要原因，與水中所含離子種類和數(shù)量、溶解氧、硫酸還原菌及溫度有關(guān)。對(duì)油儲(chǔ)罐底部沉積水取樣進(jìn)行了化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)沉積水中含有較高的Cl－和等，整體上偏堿性。針對(duì)罐底內(nèi)腐蝕，對(duì)鋼底板內(nèi)側(cè)腐蝕處進(jìn)行取材分析，認(rèn)為厭氧型硫酸鹽還原菌落繁衍腐蝕對(duì)儲(chǔ)罐金屬底板穿孔腐蝕具有很大的促成作用，同時(shí)油品轉(zhuǎn)存過(guò)程中的靜電放電現(xiàn)象也是引起底板腐蝕的一個(gè)重要原因。

不同油品中所含雜質(zhì)不同所引起的腐蝕有所不同，如:汽油中含硫化物和四乙基鉛;柴油中含硫化物和抗靜電劑;石腦油中含硫、氯和鹽。這些雜質(zhì)的存在對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)鋼表面均有腐蝕作用，特別是石腦油中的硫和氯雜質(zhì)易形成HCl+H2O+H2S腐蝕體系，對(duì)鋼的腐蝕作用很強(qiáng)。

1.2 長(zhǎng)輸管線腐蝕現(xiàn)狀和原因

1．2．1 外腐蝕現(xiàn)狀和原因

土壤是多相、多孔的復(fù)雜系統(tǒng)，易儲(chǔ)存水分及大量的酸堿鹽介質(zhì)，微生物和植物根莖易繁衍生長(zhǎng)。因此長(zhǎng)輸管線相對(duì)地上管線更易腐蝕，在地質(zhì)環(huán)境惡劣處外腐蝕尤為嚴(yán)重。埋地管線外腐蝕原因:(1)土壤中水和空氣引起的鋼表面氧腐蝕;(2)管道鋪設(shè)過(guò)程中的大氣腐蝕;(3)土壤中電解質(zhì)引起的電化學(xué)腐蝕;(4)微生物腐蝕，包括氧化菌和厭氧菌(硫酸還原菌等)繁衍腐蝕;(5)雜散電流腐蝕，埋地管線作為地下金屬構(gòu)筑物，不可避免地接收來(lái)自其他地方的雜散電流。其中土壤腐蝕是引起長(zhǎng)輸管線外腐蝕破壞失效的主要原因。通過(guò)理化檢測(cè)手段定量分析表明:土壤水含量、有機(jī)質(zhì)和全鹽量的高低對(duì)外腐蝕的影響最為明顯。含水量和全鹽量與土質(zhì)、氣候環(huán)境相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量則與微生物繁衍生長(zhǎng)相關(guān)。

應(yīng)力腐蝕也是引起埋地管線外腐蝕的原因之一。浙江某油庫(kù)在發(fā)油臺(tái)整體改造結(jié)束后2 a內(nèi)發(fā)現(xiàn)埋地輸油管線漏油現(xiàn)象，分析發(fā)現(xiàn)是因管道敷設(shè)后回填土過(guò)程中施工不當(dāng)引起的。將塊石作為回填材料，在油罐車的反復(fù)碾壓下塊石與金屬管道外表面發(fā)生應(yīng)力擠壓和摩擦，最后輸油管道發(fā)生應(yīng)力穿孔腐蝕。

1．2．2 內(nèi)腐蝕現(xiàn)狀和原因

用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)掛片方法對(duì)管輸成品油腐蝕進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)成品油輸運(yùn)過(guò)程本身對(duì)鋼的腐蝕性很小。然而，在實(shí)際的工程運(yùn)營(yíng)中，長(zhǎng)輸管線內(nèi)腐蝕較為嚴(yán)重，銹蝕產(chǎn)物堵塞和管道低洼處穿孔腐蝕現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

成品油管線內(nèi)腐蝕的主要原因是由于H2O，O2，CaCO3，SiO2和鐵銹等雜質(zhì)的存在，使極弱的成品油化學(xué)腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀瘜W(xué)腐蝕所致。通過(guò)掃描電鏡、X射線衍射等測(cè)試手段對(duì)某成品油管線鐵銹腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):銹蝕物呈典型的鋼鐵電化學(xué)腐蝕特征，部分樣品可見(jiàn)磨粒磨損痕跡。

從腐蝕程度上看，管線低洼處和彎管底部等位置的腐蝕最為嚴(yán)重。這是因?yàn)榉e水容易在這些場(chǎng)所存在且不易隨油品的輸運(yùn)帶出，而積水的存在為電化學(xué)腐蝕和細(xì)菌腐蝕提供介質(zhì)和場(chǎng)所，加速了管道內(nèi)壁的腐蝕。

2 腐蝕原理

2.1 電化學(xué)腐蝕

鋼表面的電化學(xué)腐蝕根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境不同分為耗氧腐蝕和析氫腐蝕兩類，前者主要發(fā)生在中堿性環(huán)境下，如油儲(chǔ)罐外表面大氣腐蝕、罐底沉積水腐蝕和長(zhǎng)輸管線土壤腐蝕等;后者主要發(fā)生在酸性環(huán)境下，如石腦油罐內(nèi)壁腐蝕、工業(yè)大氣環(huán)境腐蝕等。

耗氧腐蝕是通過(guò)H2O和O2以水膜形式吸附在鋼表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕，是鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕最廣泛的形式。由于得到的銹蝕產(chǎn)物為疏松狀Fe2O3，因此腐蝕可以不斷進(jìn)行，直至鋼結(jié)構(gòu)失效。

析氫腐蝕是因吸附在鋼表面的水膜中溶解了酸性介質(zhì)如CO2，HCl和SO2等，使電化學(xué)腐蝕環(huán)境發(fā)生了變化，電解質(zhì)中的H+被還原以H2形式釋放出來(lái)。

由于析氫腐蝕的要求較嚴(yán)格，當(dāng)電解質(zhì)中的H+被消耗完就不再發(fā)生，因此耗氧腐蝕是鋼質(zhì)油儲(chǔ)罐和長(zhǎng)輸管線的主要腐蝕形式。

2.2 硫酸鹽還原菌(SBR)腐蝕

成品油因其含有雜質(zhì)硫或硫化物，在無(wú)氧或缺氧環(huán)境下，易產(chǎn)生硫酸鹽還原菌腐蝕。硫酸鹽還原菌腐蝕危害嚴(yán)重，是造成儲(chǔ)罐底部和管線低洼處穿孔腐蝕的主要原因之一。厭氧環(huán)境下硫酸鹽(SO2等)的存在會(huì)誘導(dǎo)硫酸還原菌的出現(xiàn)和生長(zhǎng)，而硫酸鹽還原菌菌落的繁衍會(huì)侵蝕鋼表面，其反應(yīng)過(guò)程如下:

其中硫酸鹽還原菌的作用是陰極的去極化，使硫化鹽還原成硫化物。上述反應(yīng)過(guò)程可以看出，當(dāng)以硫酸鹽還原菌腐蝕為主時(shí)，得到的銹蝕產(chǎn)物中氧化鐵和硫化鐵的含量比例大致為3∶1。

3 防護(hù)現(xiàn)狀

3.1 儲(chǔ)油罐防護(hù)現(xiàn)狀

3．1．1 儲(chǔ)油罐外腐蝕防護(hù)

國(guó)內(nèi)儲(chǔ)油罐外防腐蝕涂料在近幾十年發(fā)展較快，從20世紀(jì)80年代前的亞麻油、醇酸樹(shù)脂保護(hù)涂料到90年代初的氯磺化聚乙烯涂料和氯化橡膠涂料再到現(xiàn)在的重防腐涂料體系。然而在實(shí)際工程建設(shè)中，因大氣防腐蝕重視程度不足和施工不當(dāng)引起的儲(chǔ)油罐外防腐蝕效果差，防腐蝕涂層的剝離在較短的年限里發(fā)生，成品儲(chǔ)油罐的維護(hù)成本高的現(xiàn)象廣泛存在。

對(duì)于大氣鋼結(jié)構(gòu)外腐蝕，面漆的選擇對(duì)防腐蝕涂層使用壽命非常重要。目前工程中應(yīng)用面漆涂料的耐候性順序依次為:醇酸涂料＜氯化橡膠涂料＜丙烯酸聚氨酯涂料＜氟碳涂料。防腐蝕涂裝體系應(yīng)當(dāng)完整，由底漆、中漆和面漆配套完成。底漆與鋼表面結(jié)合力要好，并加入活性顏料起鈍化或犧牲延期保護(hù)作用;中漆與底、面漆結(jié)合好，并加入片狀填料以加大對(duì)水的滲透阻擋作用;面漆應(yīng)具有高的耐候性及防腐蝕屏蔽作用。

針對(duì)儲(chǔ)油罐外壁不同部位選擇的防腐涂料應(yīng)不同，罐頂和外壁大氣腐蝕部位應(yīng)采用環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中間漆和聚氨面漆防腐涂層體系;接觸地面或土壤的部位，應(yīng)與埋地管線外壁防腐保護(hù)類似，采用環(huán)氧瀝青涂料或厚膜改性環(huán)氧涂料防腐蝕涂層。

3．1．2 儲(chǔ)油罐內(nèi)腐蝕防護(hù)

成品油儲(chǔ)油罐內(nèi)防護(hù)是整體成品油儲(chǔ)罐的防護(hù)重點(diǎn)，特別是底板和沉積水區(qū)域。內(nèi)壁涂層必須具有一定的導(dǎo)靜電能力以防止油品輸轉(zhuǎn)過(guò)程中靜電積聚對(duì)儲(chǔ)油罐產(chǎn)生安全危害，一般要求內(nèi)防護(hù)涂層的體電阻率不大于1010Ω·m。同時(shí)為保證油品質(zhì)量，還需要內(nèi)涂層在長(zhǎng)期的油品介質(zhì)浸泡中不起泡、不溶脹、不剝離和不污染油品，內(nèi)涂層在鋼表面的附著力不低于3級(jí)。

根據(jù)設(shè)計(jì)原則，汽油、柴油罐內(nèi)壁可采用純環(huán)氧涂料、酚醛環(huán)氧涂料加淺色導(dǎo)電防腐蝕涂層，或噴鋁/鋅加導(dǎo)靜電涂料，且總涂層厚度不得小于200 μm;儲(chǔ)罐內(nèi)底板及積水部位應(yīng)采用防腐蝕性能優(yōu)良、表面電阻率不大于1010Ω的絕緣防護(hù)涂料，涂層總厚度不小于350 μm。目前應(yīng)用于汽油、柴油罐內(nèi)壁的典型導(dǎo)電防腐蝕涂層體系見(jiàn)表1。

表1 汽油和柴油罐導(dǎo)靜電內(nèi)壁防護(hù)涂層Table 1 Gasoline and diesel oil tank wall protective antistatic layer passers

目前國(guó)內(nèi)主要采用環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧富鋅底漆和鉻鋅無(wú)機(jī)涂料對(duì)腐蝕處進(jìn)行修復(fù)，而國(guó)外大都采用玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂襯里。玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂襯里具有較好耐蝕性、耐機(jī)械沖擊性，且施工速度快，不含溶劑，一次涂覆即可形成較厚的涂膜的優(yōu)點(diǎn)，可大大延長(zhǎng)維護(hù)年限，是今后國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐內(nèi)壁腐蝕修復(fù)的發(fā)展方向。

3.2 長(zhǎng)輸管線防護(hù)現(xiàn)狀

3.2.1 長(zhǎng)輸管線外防腐蝕

長(zhǎng)輸管線外防腐蝕主要針對(duì)土壤中電解質(zhì)、細(xì)菌和植物根莖腐蝕，由于其腐蝕情況較為嚴(yán)重，因此普遍采用防腐蝕層加陰極保護(hù)結(jié)合的方法進(jìn)行防護(hù)，在穿越鐵路、河流等地段還采用套管防護(hù)的方法。陰極保護(hù)則作為附加保護(hù)方式，主要是對(duì)破損處管線表面提供防蝕保護(hù)，工程中大多采用外加電流陰極保護(hù)方式。長(zhǎng)輸管線的外防腐蝕層應(yīng)具有抗水滲透性好、抗微生物侵蝕和耐陰極剝離等基本要求。

對(duì)于新建埋地管線，國(guó)內(nèi)目前主要采用環(huán)氧粉末或復(fù)合涂層防腐蝕。環(huán)氧粉末涂層是應(yīng)用較廣的一種長(zhǎng)輸管線外防腐蝕涂料，具有較好的防腐蝕效果、與鋼材黏合力好和一次噴涂成膜等特點(diǎn)，但其防水性差。復(fù)合涂層則通過(guò)將不同防腐蝕特點(diǎn)的涂層材料按照化學(xué)或物理方法聯(lián)為一體，形成綜合性能良好的涂層體系，一般為二層和三層體系。復(fù)合涂層通常采用環(huán)氧粉末作底漆，整體上具有良好的機(jī)械性能和抗?jié)B透性能，可以滿足大多數(shù)土壤環(huán)境防護(hù)要求，特別是三層體系可滿足鹽堿地等環(huán)境惡劣地段的防護(hù)，是國(guó)內(nèi)今后長(zhǎng)輸管線外防腐蝕的發(fā)展趨勢(shì)。

對(duì)于老管道防腐蝕層破損處的修復(fù)，主要采用纏帶和液體涂料兩種方法。纏帶法主要采用PE和膠黏劑襯背對(duì)破損處進(jìn)行纏繞修補(bǔ)，但都存在黏結(jié)問(wèn)題和對(duì)土壤應(yīng)力抵抗性差等缺點(diǎn)。液體涂料法是指在破損處涂刷液體環(huán)氧涂層，這種方法得到的修復(fù)層具有良好的抗土壤應(yīng)力和抗陰極剝離性，且施工簡(jiǎn)單、固化速度快。相較于纏帶法，液體涂料法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)部分成品油長(zhǎng)輸管線修復(fù)上已有應(yīng)用。

3.2.2 長(zhǎng)輸管線內(nèi)防腐蝕

成品油長(zhǎng)輸管線因里程長(zhǎng)、管徑約束和投產(chǎn)初期需通球?qū)嶒?yàn)等原因，一般不進(jìn)行內(nèi)防腐蝕層施工。目前，在輸送油品過(guò)程中主要采用添加緩蝕劑的方法進(jìn)行管線內(nèi)腐蝕防護(hù)。緩蝕劑通過(guò)油品分散到管線內(nèi)壁表面，形成保護(hù)膜，阻斷電化學(xué)腐蝕的進(jìn)行。在實(shí)際輸運(yùn)過(guò)程中，管線輸送是開(kāi)式流程，緩蝕劑的添加數(shù)量很難確定，因此保護(hù)效果不明顯。特別是在管線低洼和管彎底部積水處，緩蝕劑幾乎沒(méi)有任何效果。針對(duì)管線底部積水腐蝕，對(duì)局部低點(diǎn)和易腐蝕管段采用定向鉆等手段進(jìn)行內(nèi)涂層施工防護(hù)，并在油品輸運(yùn)期間，加大清管頻次，盡量使管線內(nèi)的殘水和殘?jiān)宄蓛簟?/p>

長(zhǎng)輸管線的油品沖刷腐蝕及低點(diǎn)管段銹蝕產(chǎn)物阻塞一直是影響長(zhǎng)輸管線正常運(yùn)行的重要原因。在全管線段都采用內(nèi)涂層技術(shù)，其具有減阻、提高輸送量、防止施工期間腐蝕等特點(diǎn)，從而大大降低管線維護(hù)成本。對(duì)管線低洼處積水和銹蝕產(chǎn)物，可以通過(guò)高速油流和優(yōu)化輸送方式將積水?dāng)y出管線，從而達(dá)到減輕管線內(nèi)腐蝕的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋼制成品儲(chǔ)油罐和長(zhǎng)輸管線防腐蝕工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，防腐蝕質(zhì)量的好壞與規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程施工和后續(xù)維護(hù)管理各個(gè)環(huán)節(jié)息息相關(guān)。因此，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要引起足夠重視，認(rèn)真對(duì)待。在實(shí)際維護(hù)管理過(guò)程中，要堅(jiān)持三個(gè)不斷:不斷積累工程防腐蝕經(jīng)驗(yàn);不斷創(chuàng)新防腐蝕方法;不斷學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)防腐蝕技術(shù)。根據(jù)實(shí)際工程情況，正確分析腐蝕機(jī)理，制定合適的防腐蝕方案并認(rèn)真實(shí)施，以促進(jìn)中國(guó)成品油儲(chǔ)運(yùn)工業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。