王成

中石油管道聯(lián)合有限公司西部塔里木輸油氣分公司

【摘要】西部某原油站內(nèi)一儲罐在開罐檢測時發(fā)現(xiàn)，罐底板內(nèi)側(cè)和外側(cè)均發(fā)生了較為嚴(yán)重的腐蝕。為弄清該儲罐底板的腐蝕原因，對罐內(nèi)沉積污水腐蝕性、罐內(nèi)犧牲陽極成分及電化學(xué)性能、罐底板腐蝕產(chǎn)物、罐底外側(cè)瀝青砂腐蝕性等進行了分析，并對站內(nèi)區(qū)域陰保系統(tǒng)進行了檢測和現(xiàn)場實地勘察。分析結(jié)果表明，罐內(nèi)污水腐蝕性強、外加電流陰極保護不佳，是儲罐腐蝕的主要原因，并提出了原油儲罐底板腐蝕的幾種防治措施。

【關(guān)鍵詞】罐底板 腐蝕 原因 分析 防治

西部某原油站內(nèi)有四具雙盤浮頂立式原油罐，每具罐容10000m3。儲罐底板材質(zhì)為20#碳鋼，儲罐底板內(nèi)壁防腐采取“涂層+犧牲陽極”聯(lián)合防護措施，儲罐底板外側(cè)采用強制電流陰極保護措施。2013年底，對該站內(nèi)4號儲罐進行清罐后的開罐檢測時發(fā)現(xiàn)，該儲罐的罐底板內(nèi)外壁均存在多處腐蝕，個別部位甚至穿孔。為弄清罐底板腐蝕原因，對罐內(nèi)沉積污水腐蝕性、罐內(nèi)犧牲陽極成分及電化學(xué)性能、罐底板腐蝕產(chǎn)物、罐底外側(cè)瀝青砂腐蝕性等進行了分析，并對站內(nèi)區(qū)域陰極保護系統(tǒng)進行了檢測和現(xiàn)場調(diào)查。

1 儲罐腐蝕環(huán)境分析

1.1 罐內(nèi)污水的水質(zhì)分析

取站內(nèi)平行儲罐內(nèi)的罐下部含油污水，按照SY/T 5523-2006《油田水質(zhì)分析》，進行水質(zhì)成分及其他理化指標(biāo)分析，分析結(jié)果見下表。

由表1可以看出，儲罐污水的總礦化度高達155310.4mg/L，Cl-含量為92500mg/L，污水的腐蝕性較強。由于Cl-滲透性較強，如果罐內(nèi)壁涂層存在破損，容易發(fā)生點蝕。

1.2 20#碳鋼在含油污水中的電化學(xué)測試

采用Parstat2273 電化學(xué)綜合測試儀，測定20# 碳鋼（罐底中幅板所用材質(zhì)）在污水中的腐蝕速率（實驗條件：20#碳鋼，溫度為常溫，實驗介質(zhì)為儲罐污水）。20#碳鋼在儲罐污水中的極化曲線如下圖。

圖1 碳鋼在儲罐污水中的極化曲線

對極化曲線進行擬合，碳鋼在污水中的自腐蝕電位為-697.53mv，腐蝕電流密度為4.76×10-6A/ cm2，轉(zhuǎn)換成腐蝕速率約為0.56mm/a。

1.3 罐底瀝青砂墊層分析

對該儲罐底部瀝青砂墊層取樣，按照NY/T 1121《土壤檢測》，進行瀝青砂中可溶性離子分析，分析結(jié)果見下表。

從表2中含鹽量、pH值、Cl-等指標(biāo)，可以看出瀝青砂墊層樣品的腐蝕性較強。

1.4 罐內(nèi)犧牲陽極的電化學(xué)性能測試

（1）取該儲罐內(nèi)壁在用的犧牲陽極，參照GB/T 17848-1999《犧牲陽極電化學(xué)性能試驗方法》進行陽極成分分析，分析結(jié)果見下表。

犧牲陽極的元素分析表明，犧牲陽極成分滿足GB/T 4948-2002的要求。

（2）在實驗室內(nèi)按照GB/T 17848-1999的方法進行犧牲陽極的電化學(xué)性能測試，犧牲陽極試樣在常溫下的腐蝕溶解形貌如下圖。

圖2 10%NaCl測試液中犧牲陽極的溶解形貌

除去腐蝕產(chǎn)物后，總體來看，陽極屬于均勻腐蝕，陽極表面出現(xiàn)明顯的腐蝕坑。

實際電容量和電流效率是衡量鋁合金犧牲陽極的重要參數(shù)。經(jīng)測試，犧牲陽極的實際電容量及電流效率如下表。

從表4中可以明顯看出，試驗用犧牲陽極電流有效率均大于85%，材料合格。另外，鋁合金材料作為犧牲陽極時，要求腐蝕均勻，以免有大塊的陽極脫落，影響陽極的使用效率和使用壽命。經(jīng)試驗，3支陽極試樣中的1支出現(xiàn)局部脫落現(xiàn)象（見圖3），使用過程中可能影響陽極的使用效率和使用壽命。

1.5 儲罐外底板腐蝕產(chǎn)物分析

（1）通過掃描電鏡、EDS能譜儀，對儲罐外底板腐蝕產(chǎn)物進行分析，結(jié)果如圖4、圖5。

（2）對儲罐外底板腐蝕產(chǎn)物的主要成分進行分析，分析結(jié)果如下表。

從表5可以看出，在腐蝕產(chǎn)物中，質(zhì)量百分比較大的是Fe、O兩種元素，兩中元素占總量的90% 以上，故腐蝕產(chǎn)物的成分主要是鐵的氧化物。

2 儲罐陰極保護系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查

該儲罐采用強制電流陰極保護系統(tǒng)，地床形式為100m深井陽極，恒電價儀采用恒電流模式運行。儲罐四周4處測試點現(xiàn)場通斷電電位測試結(jié)果見下表。

通過測試，儲罐4處測試點的陰保電位都在有效保護范圍內(nèi)，陰保系統(tǒng)運行正常。

但進入儲罐內(nèi)部勘查時發(fā)現(xiàn)，儲罐底板中部有明顯隆起，與瀝青砂墊層間存在較大間隙（腳踩處為中空）。儲罐底板現(xiàn)場狀態(tài)見下圖。

圖6 儲罐底板現(xiàn)場狀態(tài)

因該儲罐的4處測試點均位于儲罐邊緣，其陰極保護電位不能真實反映儲罐底板中部及其他部位的陰極保護水平。為開展儲罐底板整體陰極保護現(xiàn)狀調(diào)查，將儲罐不同部位的底板切開，進行陰極保護電位測試。測試過程中發(fā)現(xiàn)所有測試處底板均未與瀝青砂墊層有良好接觸，存在1~3cm不等的間隙。儲罐底板陰極保護測試點分布見圖7，測試數(shù)據(jù)見表7。

通過儲罐底板整體陰極保護現(xiàn)狀調(diào)查，認(rèn)為儲罐底板與墊層下方土壤電位值能夠滿足GB-T21448-2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》要求。但在測試過程中發(fā)現(xiàn)，儲罐底板整體與瀝青砂墊層未良好接觸，所以現(xiàn)場測試的電位僅為距參比電極最近的儲罐底板與墊層有良好接觸部位的電位。同時，由于儲罐底板與瀝青砂墊層間存在較大空隙，陰極保護電流無法均勻流入儲罐底板外側(cè)， 故儲罐底板外側(cè)并未得到有效的陰極保護。

3 儲罐底板腐蝕原因綜合分析

（1）實驗室分析結(jié)果表明，儲罐內(nèi)污水的總礦化度高達155310.4mg/L，Cl-含量為92500mg/L， 污水腐蝕性較強，容易發(fā)生點蝕；碳鋼在儲罐污水中的腐蝕性研究表明，腐蝕速率0.56mm/a，遠(yuǎn)高于SY/T 5329-2012規(guī)定的腐蝕速率≤0.076 mm/a的標(biāo)準(zhǔn)要求。故儲罐內(nèi)污水腐蝕性強是導(dǎo)致儲罐底板內(nèi)壁腐蝕的直接原因。

（2）對儲罐內(nèi)犧牲陽極的成分分析和電化學(xué)性能測試結(jié)果表明，犧牲陽極質(zhì)量滿足GB/T 4948- 2002的要求，犧牲陽極電流效率大于85%，材料合格，但試驗后3支陽極試樣中的1支出現(xiàn)局部脫落現(xiàn)象，這可能對犧牲陽極的使用效率和使用壽命造成一定的影響。同時，儲罐運行過程中，若儲罐底板泥沙、油泥等沉積物將犧牲陽極掩埋覆蓋，或鋁合金犧牲陽極消耗后產(chǎn)生鈍化膜，也會導(dǎo)致電流輸出不暢，致使儲存底板內(nèi)壁陰極保護效果不佳。

（3）通過儲罐底板腐蝕產(chǎn)物的能譜分析，腐蝕產(chǎn)物主要成分為鐵的氧化物，主要原因是儲罐底板與地下水和氧作用發(fā)生了電化學(xué)腐蝕，可能由以下原因造成罐底板外壁的腐蝕。

一是地下水通過土壤的毛細(xì)管上升到瀝青砂層，從瀝青砂層中滲透后與儲罐底板接觸，使底板發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕；

二是雨水沿邊緣板與基座之間的縫隙滲入罐底，與儲罐外底板接觸，使底板發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕；

三是儲罐底板防腐層質(zhì)量較差，大大降低了儲罐底板的抗腐蝕能力，導(dǎo)致儲罐底板發(fā)生腐蝕。

四是由于儲罐底板與瀝青砂墊層之間存在空隙，導(dǎo)致儲罐陰極保護系統(tǒng)的陰保電流無法均勻流入儲罐底板外側(cè)，底板外側(cè)無法得到有效的陰極保護。

4 儲罐底板腐蝕的防治措施

通過本案例中以上幾方面的測試、調(diào)查及分析，筆者認(rèn)為防治原油儲罐底板腐蝕可采取以下措施：

（1）在儲罐墊層施工中應(yīng)確保墊層平整、坡降過渡平滑，且密實度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，避免因墊層不平、坡降過渡較大及密實度不足引發(fā)不均勻沉降，導(dǎo)致墊層與儲罐底板不能良好接觸。

（ 2 ） 儲罐底板的防腐涂層應(yīng)嚴(yán)格按照GB50393-2008《鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)要求進行施工、檢查及驗收；儲罐底板內(nèi)表面和油水分界線以下壁板內(nèi)表面應(yīng)采用絕緣型防腐涂層。

（3）在儲罐底板焊接過程中，應(yīng)確保底板與墊層緊密接觸；同時應(yīng)考慮施工現(xiàn)場環(huán)境溫度、運行溫度及焊接過程中對底板造成的熱脹冷縮影響，必要時可采取配重壓覆或先焊接浮頂立柱部位等措施，以降低熱脹冷縮帶來的不良影響。

（4）對儲罐邊緣板與基座之間的縫隙采用防滲材料進行密封，防止雨水等腐蝕介質(zhì)滲入罐底。

（5）利用儲罐大修及底板更換的時機，在底板中部增設(shè)參比電極及測試點，以掌握儲罐底板的整體陰極保護效果。

（6）在儲罐運行過程中，密切關(guān)注上游油田來油的含水率、含砂率等信息，適時增加罐底沉積物的攪拌頻次，防止泥沙、油泥等沉積物將犧牲陽極掩埋覆蓋，導(dǎo)致陰極保護電流輸出不暢。◢

《管道保護》2015年第4期（總第23期）