鋼質(zhì)外浮頂原油儲(chǔ)罐海水試壓防腐技術(shù)應(yīng)用

趙常英，米 磊，秦海燕，吳依霖

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華北分公司，河北任丘 062552

隨著我國(guó)石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的需要，很多大規(guī)模石油庫(kù)區(qū)開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)工建造，大部分儲(chǔ)備庫(kù)建設(shè)于沿海地帶，如舟山、鎮(zhèn)海、大連、黃島等。大罐建造期間，水壓試驗(yàn)是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，在試驗(yàn)周期內(nèi)（1～3個(gè)月不等）檢驗(yàn)儲(chǔ)罐在各種負(fù)載情況下的各種性能。水壓試驗(yàn)時(shí)需要大量水，然而在許多沿海地區(qū)淡水資源比較匱乏，短缺的淡水資源難以滿足水壓試驗(yàn)的用水需求。因而豐富的海水資源成為水壓試驗(yàn)新的供水來(lái)源，只需要在海水試壓的同時(shí)做好防腐工作，采用海水進(jìn)行水壓試驗(yàn)的方式既解決了供水問(wèn)題，又踐行了國(guó)家所倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策[1-3]。

1 儲(chǔ)罐內(nèi)防腐

儲(chǔ)罐內(nèi)防腐設(shè)計(jì)將根據(jù)不同部位所處的腐蝕環(huán)境，采用不同的防腐結(jié)構(gòu)。有沉積水的區(qū)域（包括罐底、罐壁下部1.5～2 m）腐蝕性較強(qiáng)，可采用無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂涂料、溶劑型環(huán)氧涂料、環(huán)氧玻璃鱗片涂料、水性環(huán)氧涂料、漆酚環(huán)氧涂料、環(huán)氧酚醛涂料等，涂層干膜厚度不小于300 μm。與原油接觸的罐壁中間部位，可不進(jìn)行涂層防腐。碳鋼浮盤(pán)下表面，采用耐油導(dǎo)靜電涂料，涂層干膜厚度不小于250μm[4-5]。

金屬材料在海水介質(zhì)環(huán)境中最常見(jiàn)的腐蝕形式是均勻腐蝕，同時(shí)儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)難免存在同種或異種金屬材料的焊縫區(qū)、連接點(diǎn)，這些是電偶縫隙腐蝕的高敏感區(qū)域。在應(yīng)用于海水環(huán)境中時(shí)，金屬材料上會(huì)附著海洋生物，本身的附著形式也會(huì)形成縫隙，而海洋生物新陳代謝產(chǎn)生的侵蝕性產(chǎn)物也會(huì)引起金屬材料發(fā)生腐蝕[6-7]。鑒于上述腐蝕因素，儲(chǔ)罐內(nèi)壁與海水接觸的罐底、罐壁及浮盤(pán)下表面采用涂層防腐，防腐層結(jié)構(gòu)與大罐防腐層施工工藝有關(guān)，一種是進(jìn)行車(chē)間底漆預(yù)涂工藝，大罐鋼板預(yù)制時(shí)采用臨時(shí)車(chē)間底漆，罐體焊接完成后，完成海水試壓后清除臨時(shí)車(chē)間底漆，再按設(shè)計(jì)要求重新進(jìn)行防腐層涂裝[8]。另一種是無(wú)車(chē)間底漆預(yù)涂，直接按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐層涂覆，可直接涂到規(guī)定的厚度，海水試壓后對(duì)破損的涂層進(jìn)行修補(bǔ)。也可按設(shè)計(jì)要求預(yù)留最后一道面漆，海水試壓后進(jìn)行面漆涂覆[9]。

2 鋼質(zhì)儲(chǔ)罐海水試壓施工工藝

海水試壓主要工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 海水試壓工藝流程

為了防止海水對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的通氣閥、量油管、液位計(jì)以及電氣儀表等設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，海水試壓前應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆除或者標(biāo)記，所有儲(chǔ)罐罐壁上的開(kāi)孔用盲板和絲盲進(jìn)行臨時(shí)密封。儲(chǔ)罐的一、二次密封裝置試壓之后再進(jìn)行安裝，以減少拆裝次數(shù)。對(duì)罐壁、罐底、浮船底及浮船支柱涂刷車(chē)間底漆（無(wú)機(jī)富鋅底漆75μm厚，也可按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行涂裝），但需要檢驗(yàn)嚴(yán)密性的焊縫處不得涂刷涂料。刮蠟片、排水管等設(shè)備在試壓時(shí)應(yīng)根據(jù)圖紙進(jìn)行安裝，試壓后應(yīng)進(jìn)行清洗，采用黃油對(duì)不銹鋼設(shè)備進(jìn)行密封保護(hù)。

3 罐內(nèi)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)及安裝

某沿海工程大罐采用海水試壓，規(guī)格10×104m3，儲(chǔ)罐直徑為80 m，充水高度21.9 m；5×104m3儲(chǔ)罐直徑為60 m，充水高度20 m，試水周期為20 d，采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)方法。

3.1 陽(yáng)極選型

對(duì)于海水環(huán)境，犧牲陽(yáng)極宜選用帶狀鋁合金犧牲陽(yáng)極[10-11]，Al-Zn-In-Si陽(yáng)極的規(guī)格為19.05 mm×9.5 mm，犧牲陽(yáng)極的技術(shù)要求參見(jiàn)表1和表2。

表1 帶狀鋁合金犧牲陽(yáng)極化學(xué)成分

表2 帶狀鋁合金犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算[12-13]

儲(chǔ)罐臨時(shí)陰極保護(hù)的保護(hù)范圍包括：儲(chǔ)罐內(nèi)底板、儲(chǔ)罐內(nèi)側(cè)壁及浮頂下表面。

3.2.1 保護(hù)電流

式中：I為需求保護(hù)電流，A；i為保護(hù)電流密度，A/m2；S為保護(hù)面積，m2。

新建儲(chǔ)罐海水試壓，推薦陰極保護(hù)電流密度為100 mA/m2。

3.2.2 罐壁、罐底陽(yáng)極用量

根據(jù)被保護(hù)對(duì)象所需要的保護(hù)電流值和犧牲陽(yáng)極發(fā)生電流值，按照每根帶狀鋁合金犧牲陽(yáng)極的長(zhǎng)度為22 m，求得儲(chǔ)罐各犧牲陽(yáng)極用量。

10×104m3儲(chǔ)罐罐壁、罐底犧牲陽(yáng)極用量分別為33根、30根，5×104m3儲(chǔ)罐罐壁、罐底犧牲陽(yáng)極用量分別為23根、17根。

儲(chǔ)罐內(nèi)底板上犧牲陽(yáng)極帶呈圓環(huán)分布，設(shè)計(jì)每根帶狀鋁合金犧牲陽(yáng)極的長(zhǎng)度為22 m。各環(huán)直徑及陽(yáng)極數(shù)量參見(jiàn)表3和表4。

表3 10×104m3儲(chǔ)罐內(nèi)底板犧牲陽(yáng)極用量

表4 5×104m3儲(chǔ)罐內(nèi)底板犧牲陽(yáng)極用量

3.2.3 儲(chǔ)罐浮盤(pán)下表面犧牲陽(yáng)極用量

儲(chǔ)罐浮盤(pán)下表面的面積與罐底內(nèi)表面相差不大，犧牲陽(yáng)極的布置與用量與罐內(nèi)底板一致。

3.2.4 保護(hù)壽命

犧牲陽(yáng)極使用壽命按如下公式計(jì)算：

式中：Y為犧牲陽(yáng)極使用壽命，d；W為犧牲陽(yáng)極實(shí)際質(zhì)量，kg；Im為犧牲陽(yáng)極發(fā)生的平均電流，按0.5I取值，A；ε為犧牲陽(yáng)極電流效率；μ為犧牲陽(yáng)極實(shí)際消耗率，kg/（A·d）。

計(jì)算結(jié)果為67 d，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 鋁合金犧牲陽(yáng)極安裝[14-15]

儲(chǔ)罐底板、內(nèi)壁鋁合金犧牲陽(yáng)極安裝時(shí)，先將成卷的鋁帶置于罐底，將鋁合金犧牲陽(yáng)極一端焊接于儲(chǔ)罐底板處，另一端直接焊接到浮頂內(nèi)壁處。兩個(gè)焊點(diǎn)垂直線與儲(chǔ)罐側(cè)壁距離為750 mm。

儲(chǔ)罐內(nèi)底板和浮盤(pán)下表面上陽(yáng)極帶呈圓環(huán)分布，陽(yáng)極環(huán)安裝直徑和數(shù)量參見(jiàn)表3和表4。陽(yáng)極安裝完成后需要絕緣支撐架，防止陽(yáng)極與底板直接接觸。帶狀鋁合金犧牲陽(yáng)極在罐底水平安裝見(jiàn)圖2，鋁合金犧牲陽(yáng)極在浮盤(pán)下垂直安裝見(jiàn)圖3，鋁合金犧牲陽(yáng)極在浮盤(pán)下水平安裝見(jiàn)圖4。

圖2 帶狀鋁合金犧牲陽(yáng)極在罐底水平安裝

圖3 鋁合金犧牲陽(yáng)極在浮盤(pán)下垂直安裝

圖4 鋁合金犧牲陽(yáng)極在浮盤(pán)下水平安裝

為了檢測(cè)儲(chǔ)罐臨時(shí)陰極保護(hù)的保護(hù)效果，在儲(chǔ)罐內(nèi)浮盤(pán)邊緣處安裝1條吊線，吊線上安裝1支Ag/AgCl參比電極，并將參比電極引線引至浮盤(pán)上部，在試壓過(guò)程中的沖水、保水、放水階段，應(yīng)對(duì)陰極保護(hù)電位進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)[16-18]。

4 保護(hù)效果

浮盤(pán)下表面涂有非碳系淺色環(huán)氧導(dǎo)靜電涂層，涂料固含量≥70%，涂層干膜厚度≥250 μm。試壓前涂層厚度125μm，擬試壓清洗后再涂125μm。試壓后發(fā)現(xiàn)鋼板涂層破損較多，銹蝕較嚴(yán)重（見(jiàn)圖5）。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員介紹，浮盤(pán)在試壓前涂層就已有破損；另外，導(dǎo)靜電涂層的絕緣性相對(duì)較低，防腐性能較絕緣涂層差。

圖5 浮盤(pán)下表面腐蝕

罐壁內(nèi)表面涂敷環(huán)氧玻璃鱗片涂料，涂料固含量≥80%，涂層干膜厚度≥300 μm。試壓后涂層基本完好，涂層表面附著了一層白色產(chǎn)物，主要為Ca、Mg化合物，采用噴射清洗即可除掉[19-20]。

海水試壓后，鋁合金犧牲陽(yáng)極發(fā)生了明顯的消耗（見(jiàn)圖6），表面有一層腐蝕產(chǎn)物，較易除掉，腐蝕狀況較為細(xì)密，局部自動(dòng)翹起脫落，呈白色，說(shuō)明犧牲陽(yáng)極起到了保護(hù)作用。

圖6 鋁合金犧牲陽(yáng)極消耗

5 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研證明，通過(guò)在儲(chǔ)罐試壓期間采用涂層和陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù)，可以起到良好的防腐蝕作用。浮盤(pán)下表面涂層未達(dá)到一定的防腐厚度，造成海水試壓過(guò)程中產(chǎn)生一定的銹蝕，因此應(yīng)考慮加大浮盤(pán)下表面涂層厚度。