原油儲罐底板腐蝕原因分析及防治對策
發(fā)布時間：
2020-12-02
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西部某原油站內有四具雙盤浮頂立式原油罐，每具罐容10000m3。儲罐底板材質為20#碳鋼，儲罐底板內壁防腐采取“涂層+犧牲陽極”聯(lián)合防護措施，儲罐底板外側采用強制電流陰極保護措施。2013年底，對該站內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，對罐內沉積污水腐蝕性、罐內犧牲陽極成分及電化學性能、罐底板腐蝕產物、罐底外側瀝青砂腐蝕性等進行了分析，并對站內區(qū)域陰極保護系統(tǒng)進行了檢測和現(xiàn)場調查。
1 儲罐腐蝕環(huán)境分析
1.1 罐內污水的水質分析
取站內平行儲罐內的罐下部含油污水，按照SY/T 5523-2006《油田水質分析》，進行水質成分及其他理化指標分析，分析結果見下表。
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測試
采用Parstat2273 電化學綜合測試儀，測定20# 碳鋼（罐底中幅板所用材質）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，分析結果見下表。
從表2中含鹽量、pH值、Cl-等指標，可以看出瀝青砂墊層樣品的腐蝕性較強。
1.4 罐內犧牲陽極的電化學性能測試
（1）取該儲罐內壁在用的犧牲陽極，參照GB/T 17848-1999《犧牲陽極電化學性能試驗方法》進行陽極成分分析，分析結果見下表。
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）在實驗室內按照GB/T 17848-1999的方法進行犧牲陽極的電化學性能測試，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 儲罐外底板腐蝕產物分析
（1）通過掃描電鏡、EDS能譜儀，對儲罐外底板腐蝕產物進行分析，結果如圖4、圖5。
（2）對儲罐外底板腐蝕產物的主要成分進行分析，分析結果如下表。
從表5可以看出，在腐蝕產物中，質量百分比較大的是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，陰保系統(tǒng)運行正常。
但進入儲罐內部勘查時發(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)據見表7。
通過儲罐底板整體陰極保護現(xiàn)狀調查，認為儲罐底板與墊層下方土壤電位值能夠滿足GB-T21448-2008《埋地鋼質管道陰極保護技術規(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， 故儲罐底板外側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）實驗室分析結果表明，儲罐內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，遠高于SY/T 5329-2012規(guī)定的腐蝕速率≤0.076 mm/a的標準要求。故儲罐內污水腐蝕性強是導致儲罐底板內壁腐蝕的直接原因。
（2）對儲罐內犧牲陽極的成分分析和電化學性能測試結果表明，犧牲陽極質量滿足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生鈍化膜，也會導致電流輸出不暢，致使儲存底板內壁陰極保護效果不佳。
（3）通過儲罐底板腐蝕產物的能譜分析，腐蝕產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)生電化學反應導致腐蝕；
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)生電化學反應導致腐蝕；
三是儲罐底板防腐層質量較差，大大降低了儲罐底板的抗腐蝕能力，導致儲罐底板發(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，底板外側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、調查及分析，筆者認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確保墊層平整、坡降過渡平滑，且密實度符合相關標準規(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嚴格按照GB50393-2008《鋼質石油儲罐防腐蝕工程技術規(guī)范》中相關要求進行施工、檢查及驗收；儲罐底板內表面和油水分界線以下壁板內表面應采用絕緣型防腐涂層。
（3）在儲罐底板焊接過程中，應確保底板與墊層緊密接觸；同時應考慮施工現(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，導致陰極保護電流輸出不暢。◢
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