近海油田鋼質原油儲罐腐蝕機理分析與防護

王　萍　煙臺汽車工程職業(yè)學院

近海油田鋼質原油儲罐腐蝕機理分析與防護

王萍
煙臺汽車工程職業(yè)學院

遼河油田原油儲罐儲存的原油含有水、無機鹽、硫化物、有機酸等腐蝕性化學物質，造成儲油罐內(nèi)頂部、底板及加熱盤管發(fā)生嚴重腐蝕，甚至導致某些儲油罐發(fā)生罐頂塌陷和罐底板穿孔漏油事故，影響生產(chǎn)正常運行。原油儲罐腐蝕主要有罐頂與罐壁外腐蝕、罐底外腐蝕以及儲罐內(nèi)腐蝕。通過分析罐底沉積污水中的腐蝕性成分，確定引起腐蝕原因。采取的防護對策包括：改進儲罐的設計，增加防雨檐，減少雨水與罐表面接觸；罐底邊緣板的防腐蝕、防滲水等采用CTPU玻璃布+防水涂料的工藝技術；涂料與犧牲陽極聯(lián)合保護技術。

遼河油田；原油儲罐；沉積污水；犧牲陽極；防腐

遼河油田已開發(fā)建設40年以上，其中鋼質儲罐是儲存原油的重要設備。隨著使用時間的延長，儲罐內(nèi)所儲存的原油含有水、無機鹽、硫化物、有機酸等腐蝕性化學物質［1］，造成儲油罐內(nèi)頂部、底板及加熱盤管發(fā)生嚴重腐蝕，甚至導致某些儲油罐發(fā)生罐頂塌陷和罐底板穿孔漏油事故，影響生產(chǎn)正常運行。

1　原油儲罐腐蝕現(xiàn)狀

2014年，對遼河油田1 000 m3以上的儲罐腐蝕狀況進行了調研，結果發(fā)現(xiàn)很多儲罐發(fā)生了不同程度的腐蝕，儲油罐內(nèi)部腐蝕嚴重，外部腐蝕輕微，儲罐內(nèi)部腐蝕程度以加熱盤管最為嚴重，罐底及與底板“T”形相交的第一、二圈板較嚴重，罐頂次之，罐壁最輕，腐蝕形貌如圖1所示。

圖1　2 000 m3沉降罐內(nèi)加熱盤管投用3年后腐蝕穿孔

遼河油田介于海洋與大陸之間的過渡區(qū)域，其空氣潮濕，雨量豐富，且海風中夾雜著大量鹽類顆粒，沿海岸土壤電阻率低、含鹽高，原油污水中含有酸、堿、鹽等，使儲罐受到了內(nèi)、外腐蝕介質同時作用［2］，且多集中在儲罐底板和罐壁底部。

原油儲罐使用的主體材質為Q235B，內(nèi)部空間分為氣相、油相和水相，處于污水層的罐底板、距罐底2.5 m以下罐壁及加熱盤管腐蝕為大面積麻坑、局部點蝕及點蝕穿孔，形狀多為不規(guī)則圓形，穿孔處孔徑達10 mm左右；罐壁3 m以上是油層，該處腐蝕輕微；罐頂腐蝕表現(xiàn)為麻坑、點蝕。

2　原油儲罐腐蝕機理

遼河油田原油儲罐腐蝕主要有罐頂與罐壁外腐蝕、罐底外腐蝕以及儲罐內(nèi)腐蝕。通過分析罐底沉積污水中的腐蝕性成分，確定引起腐蝕原因［3］。

以某站1 000 m3儲罐為例，采用Z-2000型原子吸收分光光度計、梅特勒全自動電位滴定儀等，參考《油田水分析方法（SY/T 5523—2006）》標準分析罐底沉積污水組分，結果發(fā)現(xiàn)沉積污水成分復雜，Cl-含量高達32 383 mg/L，高濃度Cl-能促進腐蝕過程的發(fā)生。因Cl-半徑小，污水中存在Cl-時，碳鋼易發(fā)生點蝕、甚至穿孔。高礦化度沉積水電導率高，能加速電子遷移，促進腐蝕反應進行；同時腐蝕產(chǎn)物在盤管表面沉積，抑制了氧擴散，形成局部氧濃差電池，產(chǎn)生垢下腐蝕，增加孔蝕深度。

油罐所處地區(qū)空氣潮濕，由于防護措施失效、密封不嚴，海風吹進保溫層使罐壁處于潮氣中。因此，儲罐外表面主要為大氣腐蝕，有以下3點影響因素：

（1）水膜的形成。大氣中夾雜著許多氯化物和鹽類顆粒，極易貼附在鋼罐表面，尤其氯化鈉、氯化鎂等氯化物具有很強的吸濕性，在罐表面冷凝形成一層水膜［4］。由于水的溶解作用，水膜中含有溶解液，同時鹽溶液附在液罐表面，而鹽溶液比純?nèi)軇┑恼羝麎毫Φ停顾菀啄?，加速了水膜的形成?/p>

（2）氧擴散的影響。由于水膜的存在，氧氣極易到達鋼材表面，而鋼材腐蝕速率與罐表面溶液中氧氣含量有直接關系。因此水膜的存在，加快了潮濕環(huán)境中鋼質儲罐的腐蝕速率。

（3）鹽類的影響。近海岸大氣中含有許多鹽類顆粒，很容易吸附在儲罐表面，加速水膜形成，使儲罐外表發(fā)生嚴重點蝕。當儲罐表面有物理性質不均勻或傷痕的區(qū)域，鹽類離子首先會在這些部位與鋼材作用，蝕核也在這些部位率先形成，由于氧富裕，同時伴隨著催化酸化作用，使蝕坑逐漸加深，直到腐蝕穿孔。

3　儲罐防護對策

3.1儲罐外壁

改進儲罐的設計，增加防雨檐，減少雨水與罐表面接觸。儲罐表面涂防銹料作為防腐層（可選用氯磺化聚乙烯、高氯化聚乙烯、過氯乙烯樹脂等），外加巖棉保溫材料，密封鍍鋅鐵皮保溫層，以防止雨水進入保溫層。儲罐外壁底部防腐需拆卸底部20 cm高的保溫層，該板的底部邊緣裸露在大氣中，使罐壁總處于干燥的環(huán)境中，即使有雨水進入保溫層也能很快排出。將護坡頂面降低到與罐底板水平，保證罐壁處不存水，并對內(nèi)、外壁進行補強處理，對所有底圈帶板均作補強，補強高度為50cm。

3.2儲罐底板外表面

鋼質原油儲罐罐底邊緣板的防腐蝕、防滲水等采用CTPU玻璃布+防水涂料的工藝技術，CTPU具有附著力好，防水效果好，抗變形能力好，延長率可達500%，維修方便，使用壽命長。該工藝能使儲罐罐底外邊緣板防腐效果更好，無開裂、無滲水且長久耐用。對土壤電阻率較低的沿海地區(qū)，應采用犧牲陽極保護，犧牲陽極保護關鍵在于陽極材料的選擇，常用的陽極材料主要包括高硅高鉻鑄鐵、石墨、鈦陽極、柔性陽極等。

對于新建原油儲罐采用混合金屬氧化物網(wǎng)狀陽極系統(tǒng)對罐底板外表面進行腐蝕保護。網(wǎng)狀陽極是一種鈦基金屬、貴金屬氧化物帶狀陽極連接片交叉焊接組成的外加電流陰極保護輔助陽極，將該陽極網(wǎng)嵌在防滲膜、混凝土和罐底板基礎或儲罐基礎之間，對原油儲罐底板進行充分保護，可提高儲罐使用壽命。

3.3儲罐內(nèi)部

根據(jù)腐蝕情況，儲罐內(nèi)壁防腐涂層材料須具有如下性能：優(yōu)良附著力，耐蝕性，耐陰極剝離性，耐酸、堿、鹽，耐沖擊性以及耐磨等；還須采用抗靜電涂料，能夠和犧牲陽極保護配合。其內(nèi)壁涂料采用聚氨酯防腐蝕涂層（厚度＞0.15 mm）、防靜電無溶劑環(huán)氧涂層、熱噴涂鋅鋁涂層等，如SY-93型防靜電防腐涂料、SY01環(huán)氧改性涂料，均可取得較好的防腐效果。

3.4涂料與犧牲陽極聯(lián)合保護

針對現(xiàn)場調研的儲罐腐蝕現(xiàn)狀，在含水高、腐蝕嚴重區(qū)塊選擇了1 000～5 000 m3沉降罐5具，采用EEC涂料與Al-Zn-In-Mg-Ti-BI犧牲陽極聯(lián)合保護技術，分區(qū)域采取不同的防腐工藝進行儲罐內(nèi)防腐工藝設計，見表1。2013年，進行儲罐整體防腐施工現(xiàn)場試驗，試驗過程嚴格按照設計方案及施工標準要求進行防腐施工。

表1　儲罐內(nèi)防腐工藝設計

儲罐整體防腐施工現(xiàn)場試驗結束后，通過對儲罐內(nèi)壁被保護部位的電位進行近參比法測量，評價陰極保護效果。測量方法是將飽和硫酸銅參比電極與信號線連接，從儲罐頂部將電極放入罐底，用萬用表進行電化學電位測量。

從測試結果看出，儲罐罐壁電位≤-0.85 V（相對于飽和硫酸銅參比電極），說明安裝的犧牲陽極達到了電化學保護效果。

4　結語

針對遼河油田原油儲罐的防腐需求，采取改進儲罐設計、增加防雨檐，以及犧牲陽極與涂層防護、外加電流法與涂層等多種防腐技術聯(lián)合防護措施，嚴格按施工方案進行施工，對原油儲罐頂板、壁板、底板建立了日常巡檢與腐蝕防護管理制度。對原油儲罐進行防護處理可防止腐蝕對罐體帶來的安全隱患，延長儲罐的使用壽命，保證設備正常運行。

［1］高繼峰，劉德緒，龔金海.鈣離子對L360管線鋼的腐蝕［J］.油氣田地面工程，2014，33（10）：31.

［2］梁洪爽，史艷華，趙杉林，等.我國沿海大型原油儲罐防護技術研究［J］.腐蝕科學與防護技術，2014，26（2）：173-177.

［3］張延豐.影響沿海地區(qū)儲罐腐蝕的因素分析［J］.腐蝕與防腐，2000，21（8）：365-367.

［4］張乃祿，肖榮鴿.油氣儲運安全技術［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2013：44-50.

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.007

2015-05-15