一臺(tái)15 000 m3立式常壓儲(chǔ)罐開罐檢驗(yàn)研究

劉 彪 杜家超 王 健 謝曉東 郭 洪

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北石化分公司 滄州 062552）

（2.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）

（3.煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司龍口港 煙臺(tái) 265700）

大型立式常壓儲(chǔ)罐是石油石化行業(yè)中重要的液體介質(zhì)存儲(chǔ)設(shè)備，多用于儲(chǔ)存原油、重油、瓦斯油、爐油、石腦油、汽油和非揮發(fā)性化學(xué)品。某石化廠為了適應(yīng)加工能力的提升，建立了大量的大型外浮頂原油儲(chǔ)罐，以提高原油儲(chǔ)存能力，保障煉油源頭供應(yīng)。但儲(chǔ)罐泄漏時(shí)有發(fā)生[1]，這可能導(dǎo)致火災(zāi)、有毒物質(zhì)暴露或其他環(huán)境危害。為了保證儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并治理，應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)[2-3]。某一臺(tái)公稱容積為15 000 m3的立式常壓儲(chǔ)罐投用時(shí)間已超過10年，儲(chǔ)罐基本信息見表1，此次進(jìn)行開罐檢驗(yàn)。文章根據(jù)儲(chǔ)罐主要損傷模式和檢測(cè)方法的有效性制定并實(shí)施了儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)策略，對(duì)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行維修，使儲(chǔ)罐能夠重新投用和繼續(xù)運(yùn)行，并分析問題的根源，提出相關(guān)建議，以提升儲(chǔ)罐的管理水平。

表1 儲(chǔ)罐基本信息

1 儲(chǔ)罐檢驗(yàn)策略

儲(chǔ)罐檢驗(yàn)的基本原因是確定儲(chǔ)罐所處狀態(tài)，確定損傷模式和相關(guān)劣化的類型、速率和原因。儲(chǔ)罐檢驗(yàn)策略應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐常出現(xiàn)的損傷模式，確定檢測(cè)方法和檢測(cè)部位。

對(duì)于碳素鋼和低合金鋼儲(chǔ)罐，其損傷模式主要有腐蝕和開裂[4]。腐蝕主要包括外部大氣腐蝕、保溫層下腐蝕、底板土壤側(cè)腐蝕、內(nèi)部腐蝕。開裂則主要發(fā)生在罐底大角焊縫、人孔和接管角焊縫、底層壁板對(duì)接焊縫、底板搭接焊縫交匯處。

根據(jù)儲(chǔ)罐是否開罐，儲(chǔ)罐定期檢驗(yàn)主要包括在線檢驗(yàn)和開罐檢驗(yàn)[2]，該儲(chǔ)罐本次進(jìn)行的檢驗(yàn)為開罐檢驗(yàn)。開罐檢驗(yàn)實(shí)施內(nèi)容主要包括宏觀檢查、超聲波測(cè)厚、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、漏磁檢測(cè)和真空試漏檢測(cè)等[5-6]，檢測(cè)方法的特點(diǎn)不是本文的論述范圍，這里不再贅述。針對(duì)損傷模式實(shí)施的檢測(cè)方法和主要實(shí)施部位見表2。

表2 儲(chǔ)罐檢測(cè)方法

2 儲(chǔ)罐腐蝕檢測(cè)

2.1 儲(chǔ)罐頂板腐蝕

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)浮艙頂板有多處腐蝕，腐蝕區(qū)域超聲波測(cè)厚值最小為1.2 mm，甚至出現(xiàn)穿孔，見圖1和圖2。該腐蝕現(xiàn)象為大氣腐蝕[7]，隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)，頂板防腐層逐漸老化，出現(xiàn)起皮、鼓泡和脫落等現(xiàn)象[8]，進(jìn)而使頂板母材暴露于大氣環(huán)境。

圖1 頂板腐蝕穿孔1

圖2 頂板腐蝕穿孔2

大氣腐蝕是潮濕環(huán)境下大氣產(chǎn)生腐蝕的一種腐蝕形式，其主要影響因數(shù)是濕度、溫度和大氣中所含鹽及硫化物[9]。根據(jù)金屬表面濕度情況，大氣腐蝕可分為干型大氣腐蝕、潮型大氣腐蝕和濕型大氣腐蝕，后兩者腐蝕速率大于干型大氣腐蝕速率。該儲(chǔ)罐公稱容積為15 000 m3，儲(chǔ)罐內(nèi)徑較大（36 m），浮艙頂板難免會(huì)有凹凸不平，雨后長(zhǎng)時(shí)間積水為頂板潮型大氣腐蝕和濕型大氣腐蝕創(chuàng)造了條件。另外，大氣腐蝕在121 ℃以下，其腐蝕速率隨溫度的增加而加快[10]，該儲(chǔ)罐操作溫度60～80 ℃，加劇了頂板腐蝕。

為了使頂板重新投用，對(duì)局部腐蝕及穿孔處采用同規(guī)格板材進(jìn)行貼板維修，對(duì)于腐蝕面積較大處則整體更換。當(dāng)然，質(zhì)量高、厚度大的涂層能夠延遲頂板暴露于大氣環(huán)境下的時(shí)間，從而延長(zhǎng)頂板使用壽命，所以對(duì)頂板整體噴砂、除銹和重新防腐。另外，在日常維護(hù)中，罐頂積水應(yīng)及時(shí)清掃。

2.2 儲(chǔ)罐壁板腐蝕

為降低油品運(yùn)動(dòng)黏度，保證油品的運(yùn)輸，該儲(chǔ)罐壁板外部整體保溫。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐壁板加強(qiáng)圈上部保溫破損，見圖3和圖4。設(shè)備或其結(jié)構(gòu)在保溫層下或耐火層下因積水發(fā)生的腐蝕為保溫層下腐蝕（CUI），主要影響的材質(zhì)有碳鋼、低合金鋼、300系列不銹鋼和雙相不銹鋼[9]。該儲(chǔ)罐壁板材質(zhì)為16MnR，屬低合金鋼，拆除破損保溫后發(fā)現(xiàn)附近壁板和加強(qiáng)圈出現(xiàn)不同程度的腐蝕，這是由于保溫緊靠加強(qiáng)圈，極易出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間雨水或消防水的聚集，造成保溫層下腐蝕[11]。

圖3 壁板保溫破損1

圖4 壁板保溫破損2

保溫層下腐蝕的機(jī)理是保溫層下的防腐層在浸水環(huán)境下加劇老化和破損[12]，使得母材在水相環(huán)境下能夠發(fā)生電化學(xué)腐蝕。所以，避免或減緩保溫層下腐蝕最好的方法是高質(zhì)量的防腐層和盡可能少的水相環(huán)境存在。因此本次維修時(shí)，一方面，在保證保溫需求的前提下，對(duì)加強(qiáng)圈向上200 mm內(nèi)保溫切除，以減少水在加強(qiáng)圈處長(zhǎng)時(shí)間聚集的可能性；另一方面，提高防腐層的質(zhì)量，對(duì)腐蝕區(qū)域打磨后重新防腐。

2.3 儲(chǔ)罐底板上表面腐蝕

在罐內(nèi)與介質(zhì)接觸的區(qū)域，腐蝕通常由酸鹽、硫化氫（或其他硫化物）、露點(diǎn)腐蝕或沉淀在底板的沉積物和水（BS&W）引起[4]。該儲(chǔ)罐介質(zhì)為原油，底板存有大量沉積水，沉積水的成分較為復(fù)雜，通常都含有溶解氧、氯、二氧化硫、硫化氫等，很容易對(duì)油罐底板造成腐蝕[13]。底板上表面涂層由于長(zhǎng)時(shí)間投用老化、涂層施工質(zhì)量或配比不符合要求等因素，逐漸出現(xiàn)局部破損的情況，使得母材暴露于沉積水中，發(fā)生腐蝕。

通過底板宏觀檢查和漏磁檢測(cè)，該儲(chǔ)罐底板已經(jīng)出現(xiàn)了腐蝕，如局部凹坑腐蝕（見圖5）、單板局部穿孔（見圖6）和單板多處穿孔（見圖7）。維修時(shí)，對(duì)局部凹坑進(jìn)行堆焊修復(fù)，并打磨光滑；對(duì)腐蝕較嚴(yán)重部位則進(jìn)行底板更換[14]。

圖5 底板局部凹坑

圖6 單板局部穿孔

圖7 單板多處穿孔

對(duì)于圖8所示的在浮頂支柱下方出現(xiàn)墊板穿孔的現(xiàn)象，因?yàn)樵趦?chǔ)罐付油的過程中，支柱隨浮頂下降，沖擊墊板，破壞了防腐涂層，沉積水進(jìn)而腐蝕墊板。為防止墊板進(jìn)一步腐蝕，對(duì)底板造成影響，更換支柱下方墊板。

圖8 浮頂支柱下方墊板穿孔

2.4 儲(chǔ)罐底板下表面腐蝕

該儲(chǔ)罐基礎(chǔ)由下至上為壓實(shí)填土、壓實(shí)灰土、中粗砂墊層和瀝青砂墊層。底板下表面腐蝕機(jī)理主要有土壤腐蝕和雜散電流腐蝕等[15]。從邊緣板處進(jìn)入的潮濕大氣、雨水，以及原始土壤中的水、氧氣和鹽離子等通過基礎(chǔ)墊層裂縫沉積在底板下方，為底板下表面腐蝕創(chuàng)造了條件[16]。

漏磁檢測(cè)能夠發(fā)現(xiàn)下表面的腐蝕狀況，該罐在邊緣板下表面出現(xiàn)不同程度的腐蝕，最大腐蝕當(dāng)量為54%，如圖9所示，圖中藍(lán)色標(biāo)注部位為腐蝕位置。為避免水進(jìn)入邊緣板土壤側(cè)，罐體與基礎(chǔ)間設(shè)有密封，但由于罐體、基礎(chǔ)和密封三者為不同材質(zhì)，伸縮系數(shù)差異大，長(zhǎng)時(shí)間投用后不可避免地出現(xiàn)開裂（見圖10），這導(dǎo)致雨水進(jìn)入并長(zhǎng)時(shí)間聚集，加劇了底板的下側(cè)腐蝕。所以對(duì)下表面腐蝕嚴(yán)重的底板進(jìn)行更換后，對(duì)密封進(jìn)行修復(fù)，以避免雨水滲入。

圖9 邊緣板底板下表面漏磁檢測(cè)結(jié)果

圖10 罐體與基礎(chǔ)間密封開裂

3 儲(chǔ)罐裂紋檢測(cè)

在公稱容積較大或操作溫度較高的儲(chǔ)罐中，底層壁板焊縫和壁板焊縫尤其關(guān)鍵，由于高應(yīng)力，該處容易產(chǎn)生裂紋狀缺陷[4]。根據(jù)檢驗(yàn)策略，針對(duì)開裂損傷模式，對(duì)儲(chǔ)罐底板焊縫、一二層壁板焊縫、接管角焊縫和人孔角焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)。在壁板內(nèi)側(cè)、一二層壁板之間環(huán)焊縫共發(fā)現(xiàn)5處裂紋，裂紋大致相同，其中1處裂紋見圖11。因此，在今后儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)中，焊縫的無損檢測(cè)亦是不可或缺的。焊縫的質(zhì)量要求是不允許裂紋的存在[17]，為使儲(chǔ)罐重新投用，裂紋經(jīng)打磨后消除。

圖11 焊縫裂紋

4 結(jié)論

1）本文根據(jù)儲(chǔ)罐的主要損傷模式，有針對(duì)性地選擇檢驗(yàn)檢測(cè)方法，能夠發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐的腐蝕和裂紋，具有一定推廣意義。

2）對(duì)于頂板的大氣腐蝕、壁板的保溫層下腐蝕和底板的腐蝕，腐蝕前往往是防腐涂層的破損，使母材暴露于水相環(huán)境，進(jìn)而出現(xiàn)腐蝕，所以提高防腐層質(zhì)量、避免或減少水的存在是減緩上述腐蝕的關(guān)鍵。由此在施工時(shí)的防腐質(zhì)量控制，運(yùn)行時(shí)的罐底及時(shí)脫水，以及巡檢中對(duì)容易出現(xiàn)積水部位的重點(diǎn)檢查等是儲(chǔ)罐管理的重要組成部分。