鋼制原油儲罐內(nèi)腐蝕與防護(hù)
鋼制原油儲罐內(nèi)腐蝕與防護(hù)
摘要 本文針對遼陽石化分公司原油罐內(nèi)腐蝕情況，重點分析油罐腐蝕機理及影響因素。認(rèn)為罐底、罐頂腐蝕都是由沉積水、水蒸汽、硫化氫、氧等化合物引起的電化學(xué)腐蝕；兩者的陰極反應(yīng)均為氧的去極化過程，通過對現(xiàn)場調(diào)查和實際情況分析，提出罐內(nèi)防腐措施。
關(guān)鍵詞 原油罐；腐蝕分析；防護(hù)
石油煉廠均有原油儲罐，鋼制儲罐在使用一段時間后，罐底、罐頂、罐壁部位便會相繼發(fā)生腐蝕，嚴(yán)重的會穿孔。一旦罐體腐蝕穿孔,還會出現(xiàn)跑油現(xiàn)象，造成儲運緊張，影響煉油企業(yè)正常生產(chǎn)。
1 鋼制原油罐腐蝕情況與分析
在遼陽石化分公司煉油廠首站原油罐蒸汽加熱器泄漏修復(fù)過程中，發(fā)現(xiàn)油罐發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，我們對油罐腐蝕情況進(jìn)行全面調(diào)查，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1）罐底：腐蝕情況較為嚴(yán)重，大多為潰瘍狀的坑點腐蝕，有的已經(jīng)穿孔，主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)，凹陷及變形處；
2）罐頂：腐蝕次之，為不均勻全面腐蝕；
3）罐壁：腐蝕較輕，為均勻點蝕，主要發(fā)生在有水界面，油與空氣交替接觸處。
1.1 罐底的電化學(xué)腐蝕
由以上腐蝕情況可以看出，罐底腐蝕是油罐內(nèi)腐蝕的主要表現(xiàn)形式；根本原因是由滯留在罐底的沉積水引起的。罐底沉積水主要來源于所攜帶油田注入水和罐內(nèi)氣體空間水蒸汽的凝結(jié)，隨著時間的推移，沉積水會積少成多，盡管原油儲罐定期脫水，但實際罐內(nèi)還殘留沉積水不能完全排凈。我們對罐內(nèi)沉積水進(jìn)行采樣分析，分析結(jié)果如下：
PH
（mg/L） CL-
（mg/l） SO2-4
（mg/l） CO2-4
（mg/l） HCO-3
（mg/l） Mg2+
（mg/l） Ca2+
（mg/l） 電導(dǎo)率
10-4（µS.cm-1）
8.5 15000 387 218 998 82.1 7.0 3.36
沉積水化學(xué)性質(zhì)和腐蝕測試結(jié)果
從幾次測試結(jié)果看，罐底沉積水呈堿性，水中存在大量CL-，極易誘發(fā)縫隙局部腐蝕。SO2-4的存在易引起硫酸鹽還原菌腐蝕。由于可溶鹽和其它離子含量較高，致使沉積水電導(dǎo)率接近海水的電導(dǎo)率。
罐底腐蝕的陰極反應(yīng)是氧的去極化過程，其中氧的來源于原油生產(chǎn)、儲運過程中的溶解氧。溶解氧對沉積水的腐蝕性能影響很大，由于油罐的初期腐蝕使溶解氧被消耗，腐蝕逐漸減弱，但油罐進(jìn)出油次數(shù)較多，其液面沉降、攪拌及加熱形成的自然對流等都給電化學(xué)腐蝕提供和補充擴散氧的機會，使腐蝕持續(xù)發(fā)展。
1.2 罐頂?shù)臍庀喔g
油罐頂部和罐壁上部是不直接與原油相接觸，屬氣相腐蝕，氣相中腐蝕因素主要是O2、H2S、水蒸氣及溫度的影響，由于氣溫的變化水蒸氣在罐頂內(nèi)壁形成凝結(jié)水膜，而罐內(nèi)氣相中含SO2、H2S、CO2、揮發(fā)酚等雜質(zhì)也會溶解在凝結(jié)水膜中，罐頂?shù)哪Y(jié)水膜形成電解質(zhì)溶液。這時，罐內(nèi)空間氧氣很容易通過液膜擴散到金屬表面。因此，氣相腐蝕的陰極過程也是氧的去極化反應(yīng)，即使有較多的SO2、H2S、CO2形成的酸性水膜，其pH＜7，在陰極上雖然也發(fā)生析氫反應(yīng)，由于凝結(jié)水膜很薄，氧的擴散在凝結(jié)水膜條件下，比在全浸狀態(tài)是更容易，所以耗氧腐蝕起主導(dǎo)作用。
根據(jù)氣相中水氣與金屬表面反應(yīng)程度不同，大氣腐蝕分成3類：
從圖1可以看出腐蝕速度與金屬表面水膜厚度的關(guān)系。
圖1 氣蝕速度與凝結(jié)水膜厚度關(guān)系圖
1）區(qū)域A：干氣腐蝕，表面水膜厚度t≈10~100A0時，還不能認(rèn)為是連續(xù)的
電解質(zhì)，相當(dāng)于大氣腐蝕，腐蝕速度很��；
2）區(qū)域B：隨著濕度增大t≈100A0~1µm時，金屬表面形成連續(xù)的電解質(zhì)溶液膜，開始了電化學(xué)腐蝕過程，稱為潮氣腐蝕；
3）區(qū)域C：當(dāng)t≈1µm~1mm時，進(jìn)入到濕大氣腐蝕區(qū)，氧通過水膜擴大至金屬表面變得困難，腐蝕速度隨水膜厚度t增大而下降；
4）區(qū)域D：當(dāng)t＞1mm時腐蝕速度隨著t變化不大 相當(dāng)金屬完全浸入電解質(zhì)溶液中。
應(yīng)該指出，罐頂氣相腐蝕受環(huán)境條件的變化。各種腐蝕形式可以相互轉(zhuǎn)換。由于遼陽石化分公司處于東北地區(qū)，冷暖變化較為明顯，晝夜溫差大，所以白天溫度高，罐頂凝結(jié)水少，這時罐頂?shù)母g表現(xiàn)為干氣和潮氣腐蝕；夜間氣溫降低，水蒸氣凝結(jié)在罐頂內(nèi)壁，這時罐頂?shù)母g表現(xiàn)潮氣和濕氣腐蝕。
1.3 罐壁的電化學(xué)腐蝕
罐壁中部是直接與油品相接觸，屬油相電化學(xué)腐蝕，其腐蝕程度最輕,造成腐蝕的原因是原油中含有水和各種酸、堿、鹽的離子變成電解質(zhì)，而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。
2 鋼制原油內(nèi)防腐措施
2.1 選材
宜選用低碳（C＜0.2％）、低硫（S＜0.5%）、低磷（P＜0.5％）的鋼材做罐體材料。
2.2 增加罐低與罐頂厚度
適當(dāng)增加腐蝕嚴(yán)重部位（罐底和罐頂）的厚度，但不能超過鋼板總厚度的20%。
2.3 采用耐腐蝕涂料作表面涂層保護(hù)
目前，國內(nèi)應(yīng)用罐內(nèi)防腐涂料品種較多，為避免石油靜電火災(zāi)爆炸事故發(fā)生，我國制定出明文規(guī)定，為了促進(jìn)油品靜電泄漏，油罐內(nèi)壁必須使用導(dǎo)靜電防腐涂料，以利于安全生產(chǎn)。
2.4 犧牲陽極保護(hù)
考慮到原油罐底部長期存在沉積水的情況及陰極保護(hù)系統(tǒng)在罐底板應(yīng)用的可行性，我們采用原油罐底環(huán)狀布置陰極保護(hù)系統(tǒng)；該系統(tǒng)用壓制帶狀鎂作犧牲
陽極，通過多年應(yīng)用和評估，取得很好的保護(hù)效果。
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