滩海环境下钢质原油储罐腐蚀与防护

孙月文

(胜利油田分公司海洋采油厂,山东东营257237)

滩海环境下钢质原油储罐腐蚀与防护

孙月文

(胜利油田分公司海洋采油厂,山东东营257237)

钢质原油储罐是海上原油处理的重要设施,由于受内、外腐蚀介质的影响,储罐经常会受到不同程度地腐蚀。针对滩海环境下钢质原油储罐腐蚀,分析了清罐检测数据及储罐腐蚀失效原因,提出了滩海地区立式钢质原油储罐的腐蚀防护与管理措施。

滩海油田;钢质储罐;腐蚀;防护

中石化胜利油田分公司海洋采油厂担负着渤海湾浅海区域油田的开发,年产原油238×104t、天然气1.4亿m3。海上油气上岸后到集输站库进行处理,立式圆筒钢质原油储罐是原油处理的重要设施。由于受内、外腐蚀介质的影响,即:在滩海环境下,空气潮湿,大气中含有盐分,加速了钢材表面水膜的形成,因此外露钢材腐蚀;近海岸土壤电阻率低,含盐高,对罐外底板腐蚀严重;原油中污水含有盐、酸、碱等,严重腐蚀内底板和底层壁板等,储罐经常会因不同程度的腐蚀失效而停罐进行修复。结合2001年以来历次清罐检测的数据及储罐腐蚀失效分析,提出滩海地区立式钢储罐的腐蚀防护与管理措施。

1 滩海区域原油储罐腐蚀特点

1.1 罐顶和罐壁外腐蚀

原油储罐大多是保温油罐,罐壁采用底漆+保温材料+防护铁皮的防腐、防护工艺。造成罐壁腐蚀的原因是保护措施失效,密封不严。例如,储罐没有防雨檐,保护层接缝出现缝隙,雨水进入保温层,而保温层为吸湿性强的岩棉,使罐壁尤其是罐壁最上层处在腐蚀环境中;由于保温层一直到罐底,水分不能蒸发,罐壁底部也处在有水的环境中;罐顶外表面暴露在大气环境中,涂层出现坑点剥离时,腐蚀加剧。

与陆地环境比较,滩海地区空气潮湿,空气中夹杂的大量盐类颗粒及氯化物很容易粘附在金属表面,特别是NaCl、MgCl2等氯化物具有很强的吸湿性,极易在金属表面形成水膜,这层水膜实质上是一层含有溶解盐的电解液膜。水膜存在时,氧越容易到达金属表面,因此处于潮湿环境中的金属腐蚀速度加快。

水膜中的氯化物是引起金属发生点蚀的主要因素之一。在金属表面有伤痕或物理性质不均匀的区域,氯离子首先会在这些部位与金属作用,形成点蚀的蚀核,在富氧的条件下会发生自催化酸化作用,使蚀坑不断加深,直到腐蚀穿孔为止[1]。

由于沿海地区的气候也是在不断变化的,金属表面处于干湿的交替变化之中,这样就会使到达金属表面的氧量发生变化而发生氧浓差腐蚀。英国材料保护学家伊文思认为,钢铁表面处于湿润的条件下,当氧的通路被限制时,锈层可以作为氧化剂发生阴极的去极化反应,即

当锈层干燥时是透氧的,这时Fe3O4又会被渗入的氧重新氧化成Fe2O3,即

由此可见,在干湿交替的条件下,带有锈层的钢铁能加速其自身腐蚀。

1.2 储罐底板外腐蚀

1.2.1 腐蚀原因

油罐罐底分为中幅板及边缘板,罐底外边缘板为腐蚀严重部位,在施工中常常会烧蚀油罐底板上的防腐涂层,或由于各种原因进水,形成腐蚀环境。

a) 油罐基座与罐体底板结合部位随着温度的变化,底板发生径向收缩。

b) 油罐装卸油量的变化引起油罐变形,由于边缘板与底板牢固焊接在一起无法向外扩张,导致在边缘板处发生变形产生边缘应力,该应力与基座对边缘板的抵抗力共同作用,导致底板外环部塑性变形。

c) 空罐时罐体恢复原状,边缘板由于塑性变形而向上翘曲。

1.2.2 防腐施工工艺国内油罐底板边缘板防水的习惯做法是用沥青灌缝或敷沥青砂,也有用橡胶沥青或环氧玻璃布进行防水,但使用后发现,前者耐老化性能差,粘结强度不够;后者弹性差,使用后发生开裂、拉脱等现象,

效果很不理想。油罐底板边缘板的防渗水、防腐施工宜采用CTPU防水涂料贴覆玻璃布的施工工艺[2],采用该工艺施工的储罐边缘板防腐层最长的已使用6 a无开裂、渗水,外观良好。CTPU的特点是防水效果好,粘接性好,有很好的抗变形能力,伸长率可达到500%,维修容易,使用寿命长。

1.3 储罐内腐蚀

由于原油中有水分沉积在罐底,罐底积水含有盐、酸、硫化物、溶解氧、氢离子等发生较强烈的腐蚀反应,产生溃疡状斑点和坑蚀,有硫化物时腐蚀反应加剧[3],因此储罐内部腐蚀以罐底内表面和与底板“T”行交接第1、第2圈板较为严重,罐顶次之,罐壁最轻。

2 埕岛油田陆地储罐腐蚀分析

埕岛油田自2001年形成原油储罐定期清罐、检测、维护制度以来,进行过11次清罐检测,发现需要大修6台次,自然泄漏3次,比例非常高。腐蚀情况如表1。

2.1 2001年海二站1#储罐底部

该罐建设于1993年,储存介质为含水原油,油罐底板有中幅板27块,圈板15块,实测壁厚分别为4.8 mm、5.6 mm,边缘板外露尺寸为70 mm,壁厚为5 mm。2001年海二站1#原油罐底板腐蚀检测结果如表2。

2.1.1 罐底腐蚀原因

检测结果表明,该罐防腐层起泡,脱落非常严重;同样是防腐层结构,罐底第1层壁板内防腐层缺完好、坚固。

a) 该罐为含水油罐,运行中底部一直有水。

b) 设计初期采用蒸汽盘管加热,温度高,油漆的耐高温性能差而剥落。

c) 没有严格按照施工工艺施工,到养护期时没有及时进油。

2.1.2 采取的措施

针对腐蚀特点,对罐底板重新涂防腐涂料,更换底板严重变形部分,或采用加强板焊补。

2.2 2001年海二站1#储罐壁板

海二站1#2 000 m3储罐壁板检测重点为第1层(与罐底接触层)、第2层和第3层,用超声波测厚仪检测,检测结果如表3。

由表3看出,第1层共有8块板腐蚀,其中6块板为点蚀,最大腐蚀深度3.3 mm;第2层腐蚀明显减轻。

2.2.1 腐蚀原因

顶层壁板外腐蚀是由于没有防雨檐,雨水进入保温层,而岩棉吸水性强,罐壁一直处于有水的潮气环境中。

2.2.2 采取的措施

储罐壁板重新防腐保温(防锈底漆+面漆,保护方式400 mm岩棉+镀锌铁皮保护),更换3块最下层壁板。在维修过程中发现边缘板贴地面部分腐蚀严重,锈块厚度最大达5 mm,于是又更换了1/3的边缘板。安装了阴极保护接点,但一直未投入使用。储罐增加了防雨檐。

2.3 2007年海二站1#储罐

按照检验规范,海二站1#储罐2007年再次打开,发现增加了新的腐蚀点,罐内原油电加热器支撑处腐蚀严重,已经穿孔;整块罐底板点腐蚀连接成面,多处经除锈后已经穿孔;罐顶板内壁防腐涂层剥落严重。

表1 埕岛油田陆地原油储罐清罐检测统计

表2 2001年海二站1#原油储罐底板腐蚀检测结果

表3 2001年海二站1#原油储罐罐壁板腐蚀检测结果

2.3.1 腐蚀原因

罐内电加热器支撑处严重腐蚀是由于原油罐中采用加热盘管时,罐底温度高,腐蚀反应更强。温度及盘管焊接时形成的电偶因素加剧了罐底板的腐蚀。因此规范要求加热旁管应采用耐高温涂层加强保护。

2.3.2 采取的措施

针对该罐腐蚀情况,更换了整块底板和顶板、壁板内外防腐。

经过2001年、2007年2次维修,更换了所有底板、边缘板和最底层壁板。2001年在更换底板时发现底板外表面较好,且沥青砂垫层完好,没有裂纹、凹坑等缺陷,即该罐底腐蚀不是底板外腐蚀,而是底板内腐蚀,底板腐蚀壁厚只剩1/2。2007年检测结果表明,2001年更换的底板漆面及底板保护较好。

2.4 2001年海二站2#原油储罐

该罐建设于1993年,储存介质为含水原油,罐底板有中幅板27块,圈板12块,实测壁厚分别为5.8 mm、7.9 mm,腐蚀严重,如表4。边缘板外露尺寸为70 mm,壁厚为5 mm,腐蚀区域多,穿孔2处。油罐壁板腐蚀较轻。

表4 2001年海二站2#原油储罐底板腐蚀检测结果

2.4.1 腐蚀原因

罐底板内防腐层起泡、脱落非常严重,其腐蚀直接原因同1#罐。边缘板外露腐蚀是由于该罐基础普遍下沉,最大沉降量15 mm,在这种情况下进油,导致基础下沉,边缘板翘起积水。

2.4.2 采取的措施

a) 更换底板2/3、边缘板2/3,内外重新防腐保温,增加了防雨檐和阴极保护接线点,新安装3台插入式电加热器。

b) 在处理基础下沉时,底板缝隙填充沥青砂,罐底板沥青基础面高出护坡面200 mm。2007年再次打开检测时发现边缘板外露部分仍然有腐蚀,但与2001年比较明显变轻,说明2001年基础处理见到效果。由于生产条件限制,没有全部打开罐底板外表面。

c) 建议在2011年前全部更换边缘板和底板(不包括2001年新更换的)。

2.5 海二站3#储罐

海二站3#3 000 m3原油储罐建设于1996年,原设计为一次沉降罐,2001年在清洗邻近的1#、2 #罐时发现问题多,清洗了3#罐。储罐各部位腐蚀较轻,经过简单防腐保温并安装电加热棒后立即投入使用。2007年清罐发现,罐顶板内部防腐漆严重脱落,局部腐蚀;罐顶板一处穿孔,底板局部严重空鼓。建议立即修复局部顶板,更换穿孔顶板。

2.6 海四站6#储罐

该罐设计储量为3 000 m3,储存净化油或者污水。2007年发生泄漏,开罐检测后发现30#、31#、33#、36#底板腐蚀减薄严重;37#板局部穿孔,最大穿孔直径∅70 mm,最小板厚211 mm。腐蚀原因可能是防腐涂层粘接力弱,出现起泡现象,而罐底常年有污水,污水中盐、酸、碱等导电介质构成了电化学腐蚀环境,涂层的破坏加速了腐蚀,腐蚀又进一步破坏涂层,如此恶性循环,加剧腐蚀。从罐底圈壁板有5条纵向焊缝超标缺陷看出,该罐建设时存在质量问题。

2.7 海四站2#罐

2006-04海四站2#5 000 m3储罐罐底漏油,清罐检测发现储罐底板腐蚀严重,底板分布的57块中幅板(设计壁厚7 mm)几乎每块板都有腐蚀坑,厚度普遍小于5 mm,罐顶板内部防腐漆大面积脱落, 16块边缘板厚度(设计厚度8 mm)普遍为8 mm,壁板完好。

2.7.1 腐蚀原因

该罐边缘板基础为环行混凝土,地下水和雨水无法渗透到边缘板下,所以边缘板外露部位腐蚀非常轻。但罐底沥青砂垫层出现了大量贯穿整个罐基础的裂纹,水分沿着裂纹向罐底板渗透,而底板在焊接时防腐涂料往往被烧掉,使得防腐保护层失去作用。当有水分渗入时,防腐层破坏的部位先被腐蚀,继而向四周扩散。因此储罐基础有大量裂纹是使水分进入底板导致腐蚀的原因。

2.7.2 采取的措施

在储罐基础上浇一层薄沥青(3～10 mm厚),即使焊接过程中外防腐涂料被烧坏,沥青仍然能起到保护作用;在沥青砂上铺一层3 mmSBS防水卷材,现场焊接发现SBS防水卷材在高温下没有出现烧穿现象,且SBS卷材在施工中可以用喷灯烘烤;储罐基础结构严格按照设计要求施工,使其达到要求的承载能力,并留出充裕的维护工期,防止储罐基础出现缺陷。

由以上分析看出,滩海环境下钢质原油储罐腐蚀失效部位罐底最严重,罐底内腐蚀始终存在,罐底外腐蚀尤为严重,二者结合导致罐底腐蚀穿孔的几率最大;边缘板次之;其次是罐壁下数第1、第2层;再其次是罐顶;罐壁最轻。腐蚀的原因是由于滩海环境下土壤的腐蚀性强导致罐底外腐蚀严重;防护层失效导致罐顶、罐壁腐蚀;原油中存在电解质导致罐底及罐壁最下层腐蚀严重。

3 控制措施

新标准[2]已对原油储罐的防腐设计缺陷予以更正。因此,防腐设计和施工工艺比较成熟,本文不再赘述。

原油储罐的维护是一项长期、基础性的工作,储罐的腐蚀管理关键在于管理者转变观念和有一套运行维护和检测的有效制度。

3.1 改进设计

储罐增加防雨檐,设计阴极保护。

3.2 加强涂层保护和运行维护

a) 定期排放罐底水并作相应的记录 有条件时应对储罐内防腐层进行检查,如有脱落、起皮、粉化缺陷,应该及时修复。

b) 建立储罐防腐档案 包括防腐施工资料,防腐涂层使用情况,历次的腐蚀调查情况、防腐记录、测厚记录、事故记录等。

c) 对储罐的外防腐涂层及边缘板防腐层进行日常巡检 每半年至少进行1次专业检查,如发现涂层破损或罐体腐蚀,应进行评估,确定是否维修,并作相应记录。

3.3 加强阴极保护管理

a) 开罐时应检查罐内牺牲阳极的溶解情况,阳极与储罐的接触点是否完好,测量其保护电位,根据检查情况确定是否需要重新安装或更换。

b) 新建的阴极保护启动前及投产后要按照设计要求进行检查、记录。所有相关资料及测试记录有专门的技术管理部门负责保存,包括基础数据、设计图纸和交工图纸、设备手册和说明书、关键的控制部位和测试点位置、定期检测记录及维修记录等。

4 结论

1) 立式圆筒钢质原油储罐受滩海环境下内外腐蚀介质的影响,储罐腐蚀失效几率大大增加。

2) 原油储罐应严格按照防腐规范包括涂层防护、防雨措施、阴极保护、必要的腐蚀余量等进行设计。

3) 使用单位应做好储罐地板、壁板、顶板等易腐蚀部位的日常巡检和管理。

[1] 张延丰.影响沿海地区储罐腐蚀的因素分析[J].腐蚀与防护,2000(8):365-367.

[2] GB50393—2008,钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范[S].

[3] 吴俊杰,陈国明,陈团海.带储罐老龄导管架平台地震响应分析[J].石油矿场机械,2009,38(6):29-33.

Corrosion and Protection in Coast of Crude Oil Steel-tank

SUN Yue-wen
(Of f shore Oil Production Plant,S hengli Oilf ield Company,Dongying257237,China)

Steel tanks along sea coast are he important crude oil storage tanks.Affected by corrosive mediums inside and outside of the tanks,the tanks would be corroded in certain degree.U-sing the material from corroded tanks in sea coast,an analysis was made for parameters and the cause of failure.Thus an anti corrosive protection and management are proposed for vertical steel oil tanks along sea coast.

coast oilfield;steel tank;corrosion;protection

1001-3482(2010)04-0028-05

TE972.1

A

2009-10-20

孙月文(1973-),男,江苏连云港人,高级工程师,1995年毕业于大庆石油学院采油专业,从事油气储运工作,E-mail:hyyw@slof.com。