鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)研究動(dòng)態(tài)

文/但 琦 何 超 吳松林 楊廷鴻 王春林

儲(chǔ)油罐安全是油庫管理者高度關(guān)注的問題之一，不僅關(guān)系到經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染，而且直接危害油庫的安全和人員的生命安全。

在鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐安全事故中，腐蝕是產(chǎn)生鋼質(zhì)油罐安全的重要因素之一。美國(guó)對(duì)過去40年發(fā)生的242例儲(chǔ)罐事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，有72臺(tái)儲(chǔ)罐約30%的事故是由于與儲(chǔ)罐腐蝕引起的[1]。儲(chǔ)油罐腐蝕是非常嚴(yán)重的，腐蝕帶來的危害很大，而且損失巨大，但是目前對(duì)鋼質(zhì)油罐腐蝕特征和腐蝕規(guī)律進(jìn)行定量研究的文獻(xiàn)比較少，更多的是一些零星的油罐腐蝕的報(bào)道。

為了進(jìn)一步研究油罐的腐蝕研究鋼質(zhì)油罐的腐蝕特征和腐蝕規(guī)律，做好腐蝕預(yù)防，減少儲(chǔ)油罐因腐蝕帶來的災(zāi)難，有必要對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)研究狀況進(jìn)行梳理和綜述。

鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)研究的主要困難有：一是檢測(cè)油庫油罐的腐蝕速度比較困難，二是不能每年連續(xù)檢測(cè)油庫油罐的腐蝕狀況，三是油罐腐蝕狀況的評(píng)價(jià)因素的選取。

基于上述困難，大量的文獻(xiàn)在研究鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)時(shí)，主要是采用已有的油罐少量的腐蝕數(shù)據(jù)來研究，更多的是從理論和方法上來研究油罐的腐蝕情況，為了更全面地研究油罐腐蝕性，很多研究者從檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)方法上去研究油罐的腐蝕性，取得了一些進(jìn)展，但檢測(cè)工作量大，操作比較困難。而對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)理論的研究有助于對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)研究。

鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)研究?jī)?chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)主要包括兩個(gè)方面：一是腐蝕速度的預(yù)測(cè)（動(dòng)態(tài)），二是腐蝕狀況評(píng)價(jià)（靜態(tài)），通過對(duì)腐蝕速度的預(yù)測(cè)和腐蝕狀況的評(píng)價(jià)，從而達(dá)到對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

因此在對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)研究動(dòng)態(tài)分析時(shí)，主要從鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐的腐蝕速度的預(yù)測(cè)和鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況評(píng)價(jià)兩個(gè)方面進(jìn)行分析討論。

1.鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度預(yù)測(cè)

鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐多的腐蝕是比較復(fù)雜的，由于鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐的部位不同[1]，其主要的腐蝕因素也不同，腐蝕速度也不同。由于儲(chǔ)罐腐蝕機(jī)理復(fù)雜性和隨機(jī)性，腐蝕速度很難刻畫。由于儲(chǔ)油罐所處的環(huán)境不同，腐蝕速度也不同，實(shí)際情況下腐蝕速度的數(shù)據(jù)也很難獲取。

1.1 工程實(shí)際中儲(chǔ)油罐的腐蝕速度研究

在工程實(shí)際中研究?jī)?chǔ)油罐腐蝕速度主要是對(duì)儲(chǔ)油罐罐底的腐蝕速度的研究。研究工程實(shí)際鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度有兩種方法：一種是利用儲(chǔ)油罐的沉積水的成分來分析對(duì)罐底腐蝕速度[2]，另一種是采用時(shí)間序列方法利用連續(xù)5年的腐蝕速度來預(yù)測(cè)今后幾年鋼質(zhì)油罐的腐蝕速度[3]、[4]、[5]。

劉伶俐給出了7個(gè)儲(chǔ)油罐的不同沉積水的成分對(duì)罐底有不同的腐蝕速度。劉伶俐認(rèn)為儲(chǔ)罐罐底沉積水來源于油品本身攜帶的水份和罐內(nèi)氣體空間水蒸汽的凝結(jié)，隨著時(shí)間推移，沉積水就會(huì)積少成多。劉伶俐主要檢測(cè)了沉積水中的PH，全鹽，電導(dǎo)率，她認(rèn)為這些因素是油罐罐底腐蝕的主要因素，它們影響了油罐腐蝕的速度，并且給出了七個(gè)儲(chǔ)油罐的沉積水成分的含量以及檢測(cè)到的腐蝕速率。

趙曉剛[3]、肖杰[4]、王豐[5]利用時(shí)間序列的方法來分析油罐罐底腐蝕速度。通過已知連續(xù)5年的油罐的腐蝕速度，來預(yù)測(cè)未來幾年的油罐的腐蝕速度。趙曉剛、肖杰采用灰色理論的GM(1，1)，王豐利用一元線性回分析，他們都建立了油罐腐蝕預(yù)測(cè)模型，得到的腐蝕速度隨著時(shí)間而不斷增加的結(jié)論，這一結(jié)論與實(shí)際的腐蝕情況有一定的差距。

在工程實(shí)際中，儲(chǔ)油罐的腐蝕很復(fù)雜，影響儲(chǔ)油罐腐蝕的因素有很多，因此在工程實(shí)際中研究?jī)?chǔ)油罐的腐蝕速度文獻(xiàn)不多，由于沒有直接檢測(cè)油罐腐蝕速度的設(shè)備，每年檢測(cè)它的腐蝕速度和深度是不現(xiàn)實(shí)的，如何通過現(xiàn)有的腐蝕數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度，許多研究者從實(shí)驗(yàn)室的角度來研究鋼片的腐蝕速度。

1.2 實(shí)驗(yàn)室中鋼片的腐蝕速度研究

在實(shí)驗(yàn)室中，研究鋼片的腐蝕主要分三類，一是鋼片在沉積水中的腐蝕，主要是針對(duì)沉積水對(duì)儲(chǔ)油罐的罐底的上表面的腐蝕分析研究，二是鋼片在土壤中的腐蝕，主要是針對(duì)土壤對(duì)儲(chǔ)油罐的罐底的下表面的腐蝕研究，三是大氣對(duì)鋼片的腐蝕，主要是針對(duì)儲(chǔ)油罐的外腐蝕分析研究。

（1）沉積水腐蝕。周永璋[6]、孫嘯[7]、趙雪坤[8]、曹華珍[9]從沉積水的成分出發(fā)，分析影響腐蝕的主要因素，通過實(shí)驗(yàn)的方法，討論了沉積水成分對(duì)鋼片腐蝕速度影響。

周永璋[6]通過重量法和極化曲線法，通過配制的沉積水研究了油罐沉積水腐蝕行為因素，在濃度較低時(shí)，腐蝕速率隨著含量的升高而增大，在Cl?含量為5g/L時(shí)，在含量為1g/L時(shí)腐蝕速率最大，之后隨含量增大而降低。用origin擬合出腐蝕速率和Cl?、S O42?濃度之間的關(guān)系式。

孫嘯[7]對(duì)N80鋼在沉積水中的腐蝕規(guī)律的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了研究。用“掛片法”確定腐蝕速率與腐蝕時(shí)間之間的關(guān)系，腐蝕速率與腐蝕時(shí)間呈單調(diào)下降并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。溫度對(duì)腐蝕速率的影響，溫度在90度的時(shí)候，腐蝕速度最大達(dá)到0.6mm/a； C a2+離子對(duì)腐蝕速率的影響，當(dāng)?shù)臐舛冗_(dá)到250mg/L，腐蝕速度最大達(dá)到0.3mm/a；Cl?離子越高腐蝕性越大，離子對(duì)腐蝕速率影響，當(dāng)離子的濃度達(dá)到1000mg/L，腐蝕速度最大達(dá)到0.3mm/a；PH值對(duì)腐蝕速率影響，腐蝕速度隨著PH值的升高而降低。

趙雪娥[8]采用靜態(tài)掛片方法研究了Q235一B鋼在沉積水中的腐蝕行為，比較其在不同溫度下的腐蝕速度。研究結(jié)果表明：隨著溫度的升高，腐蝕速度呈上升趨勢(shì)。

曹華珍[9]采用電化學(xué)方法測(cè)試了在不同S2?，PH值以及不同溫度對(duì)碳鋼的極化曲線。

從以上的研究者得出比較共同的結(jié)論：一是鋼片的腐蝕速度隨著時(shí)間的增加，剛開始的時(shí)候腐蝕速度上升，隨著時(shí)間的增加腐蝕速度單調(diào)下降，經(jīng)過一段時(shí)間后腐蝕速度趨于穩(wěn)定，二是和PH值的濃度對(duì)腐蝕速度有很大影響，三是溫度越高，腐蝕速度越快。

（2）土壤的腐蝕。郭稚弧[10]、陳沂[11]、梁平[12]、賈思洋[13]、翁永基[14]、何樹全[15]從土壤的成分出發(fā)，分析影響腐蝕的主要因素，通過實(shí)驗(yàn)的方法（實(shí)驗(yàn)室方法和埋地實(shí)驗(yàn)方法），討論了土壤的成分對(duì)鋼片的腐蝕速度影響。

郭稚弧[10]分析了土壤中的成分，并用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定量討論了碳鋼在土壤中的腐蝕速度與土壤的PH值、含水量、Cl?離子含量、離子、Fe2+離子等因素之間的關(guān)系，腐蝕速度隨含水量的增大而增大，呈非線性關(guān)系；當(dāng)含水量較高時(shí)，腐蝕速度隨pH值的增大略有減小，而當(dāng)含水量較低時(shí)，腐蝕速度則變化不大。隨著Cl?含量的增加，腐蝕速度增大，也呈非線性關(guān)系。

陳沂用單因素分析法分析了土壤中單因素與腐蝕速度的關(guān)系（采用失重法）。試樣在孔隙率55%土壤中的腐蝕速率最大，腐蝕速率為9.0g/h；在含水量為25%土壤中的腐蝕速率最大，腐蝕速率為9.0g/h。腐蝕速率隨著土壤總含鹽量的增加而增大，腐蝕速率隨著土壤中Cl?質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，腐蝕速率隨著土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，腐蝕速度與土壤PH值有很大的關(guān)系。

梁平[12]討論了Q235鋼在庫爾勒地區(qū)土壤腐蝕性，他認(rèn)為同一地區(qū)不同時(shí)間測(cè)的腐蝕因素含量和腐蝕速度是不同的，隨著時(shí)間增加，影響腐蝕的腐蝕因素的含量在逐漸減小，對(duì)腐蝕的影響逐漸減小，腐蝕速度也在減小。

賈思洋[13]認(rèn)為金屬材料在土壤中的腐蝕速度是隨著時(shí)間的發(fā)展而有所變化的。一般來說，金屬在土壤中的腐蝕速度起初比較快，隨后因時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

翁永基[14]認(rèn)為鋼鐵在南部地區(qū)，鋼鐵腐蝕速度隨土壤含水量增加而增大，而在北部腐蝕速度反而減小。

綜上所述，鋼材的腐蝕速度與土壤的PH值、含水量、Cl?離子含量、-離子、電阻率、Fe2+離子等有關(guān)，腐蝕速率與土壤酸度和含水量呈正比，

（3）大氣的腐蝕。馬小彥[16]、蔡建平[17]、汪軒義[18]、梁彩鳳[19]、李曉峰[20]從大氣腐蝕的影響因素出發(fā)，分析影響腐蝕的主要因素，討論了大氣的腐蝕因素對(duì)腐蝕速度的影響。

馬小彥[16]分析了大氣對(duì)低合金鋼腐蝕影響因素為：年平均溫度、年平均相對(duì)濕度、年RH>80%時(shí)數(shù)、年降水量、年降雨日數(shù)、年日照時(shí)數(shù)、Cl?濃度，SO2濃度、NO2濃度、雨水pH值以及腐蝕時(shí)間，

蔡建平[17]還增加了碳鋼中的成分如硫含量、銅含量、磷含量作為影響因素，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法分析討論了這些腐蝕因素與平均腐蝕速率的關(guān)系。

汪軒義[18]運(yùn)用濕潤(rùn)因子、浸蝕因子和雨水酸度因子作為特征參數(shù)來判定該地區(qū)的大氣環(huán)境腐蝕性．這種方法是將未知不能檢測(cè)地區(qū)的大氣環(huán)境腐蝕用已知地區(qū)的大氣環(huán)境腐蝕進(jìn)行模式識(shí)別和歸類。

綜上所述，在工程實(shí)際中對(duì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度定量研究很少，也很困難，主要由于數(shù)據(jù)量比較少，趙曉剛[3]、肖杰[4]、王豐[5]研究的油罐腐蝕速度的變化規(guī)律主要是基于同一組腐蝕速度數(shù)據(jù)來研究，這組同一組油罐的腐蝕速度有每年遞增的規(guī)律，通過模型預(yù)測(cè)得到的腐蝕速度也是單調(diào)上升的規(guī)律。因此與實(shí)驗(yàn)室研究腐蝕速度得到的結(jié)果不同，這受到腐蝕速度數(shù)據(jù)有限的局限性。

而在實(shí)驗(yàn)室中的研究也比較受局限。這些文獻(xiàn)都只從某一個(gè)方面（如沉積水、土壤、大氣）對(duì)碳鋼腐蝕速度進(jìn)行了討論，沒有從綜合總體上對(duì)碳鋼腐蝕速度進(jìn)行研究，沒有討論它們對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度的關(guān)系，而鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕是受多方面因素影響的，是一個(gè)綜合交叉的影響。研究沉積水、土壤、大氣對(duì)碳鋼的腐蝕，這從理論上對(duì)于我們的研究鋼質(zhì)油罐的腐蝕起到了借鑒作用。

2.鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況評(píng)價(jià)

客觀、準(zhǔn)確地對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)不是一件容易的事。目前研究油罐腐蝕評(píng)價(jià)的方法主要有兩種方式，一種是單一方面評(píng)價(jià)，如陳光明[21]提出的油罐沉積水腐蝕評(píng)價(jià)，宋光鈴[22]提出的土壤腐蝕性評(píng)價(jià)、汪軒義[23]提出的大氣腐蝕性評(píng)價(jià)；另一種是綜合評(píng)價(jià)，如李春樹[24]提出的通過表征腐蝕狀態(tài)的腐蝕特征參量來評(píng)價(jià)腐蝕狀態(tài)和肖杰[25]提出的模糊綜合評(píng)判。單一方面的評(píng)價(jià)方式在實(shí)驗(yàn)室研究比較多，評(píng)判腐蝕性的等級(jí)比較容易，綜合評(píng)價(jià)的方式在工程實(shí)際中比較多，但由于腐蝕評(píng)價(jià)因素的選取不一致、腐蝕評(píng)價(jià)因素的數(shù)據(jù)獲取以及評(píng)判方法的不同，導(dǎo)致腐蝕評(píng)價(jià)的結(jié)果也不一樣。

2.1 鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕單一方面評(píng)價(jià)

陳光明[21]通過對(duì)儲(chǔ)油罐罐底沉積水的水質(zhì)分析，由沉積水理化指標(biāo)對(duì)沉積水腐蝕性的重要程度，建立模糊微元評(píng)價(jià)，對(duì)油罐底部沉積液進(jìn)行腐蝕評(píng)價(jià)。

宋光鈴[22]運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的聚類分析原理，根據(jù)土壤的理化性質(zhì)指標(biāo)對(duì)土壤腐蝕類型進(jìn)行了模糊評(píng)價(jià)，初步證明了模糊數(shù)學(xué)方法在土壤腐蝕性評(píng)價(jià)這一復(fù)雜系統(tǒng)中的適用性。

汪軒義[23]運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法，選擇合適的隸屬函數(shù)，對(duì)我國(guó)典型地區(qū)的大氣腐蝕性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果能較好地反映我國(guó)典型地區(qū)大氣環(huán)境的腐蝕性。

綜上所述，不管是沉積水的腐蝕性、土壤的腐蝕性還是大氣的腐蝕性，他們討論的都是介質(zhì)本身的腐蝕性評(píng)價(jià)問題，并沒有討論分析介質(zhì)的腐蝕性對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐的腐蝕影響。

2.2 鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕綜合評(píng)價(jià)

鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況綜合評(píng)價(jià)有兩種評(píng)價(jià)方法，一種是概率評(píng)價(jià)方法（李春樹[24]），另一種是模糊綜合評(píng)判法（肖杰[25]）。

李春樹[24、26]提出六個(gè)腐蝕特征參量，采用概率方法計(jì)算出六個(gè)腐蝕特征參量，并給出了六個(gè)腐蝕特征參量的權(quán)重的計(jì)算方法，通過六個(gè)腐蝕特征參量的權(quán)重得到儲(chǔ)罐底板安全指數(shù)積分，從而確定油罐的腐蝕狀態(tài)或等級(jí)。李春樹用了一個(gè)簡(jiǎn)單加權(quán)的方法來評(píng)價(jià)腐蝕，這種沒有反映出各個(gè)腐蝕特征參量影響程度不同。

肖杰利用模糊綜合評(píng)判建立油罐底板腐蝕失效嚴(yán)重程度多層次評(píng)價(jià)模型，給出了（200個(gè)罐作為樣本）腐蝕速率分布的直方圖，利用試驗(yàn)儲(chǔ)罐底板腐蝕數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出了油罐底板腐蝕速率分布，油罐底板腐蝕速率分布服從正態(tài)分布 X～N（0.0229，0.00916）。

這兩個(gè)評(píng)價(jià)方法可以對(duì)儲(chǔ)油罐當(dāng)前腐蝕狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，但不能對(duì)腐蝕狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，要對(duì)腐蝕狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度的預(yù)測(cè)，通過對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度的預(yù)測(cè)來對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)。

綜合評(píng)價(jià)比單一方面的評(píng)價(jià)方法考慮的因素更加全面，評(píng)價(jià)的效果也趨于合理，但在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選定和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定方面尚存在著許多問題，必須結(jié)合具體情況考慮，否則將出現(xiàn)誤判。

由上可知，盡管油罐腐蝕狀況的評(píng)價(jià)方法很多，但效果不是很理想，油罐的腐蝕性與理化性質(zhì)之間是否存在相關(guān)性，能不能由各方面的理化性能預(yù)測(cè)油罐腐蝕狀況，即使有關(guān)各方面所有因素都已掌握、能否預(yù)測(cè)油罐腐蝕狀況，還是需要進(jìn)一步探討的問題。

3. 鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕狀況預(yù)測(cè)研究

鋼質(zhì)油罐腐蝕狀況的預(yù)測(cè)，目前有Bayes判別預(yù)測(cè)方法（張穎[27]）。張穎采用多元統(tǒng)計(jì)方法中的Bayes判別分析理論，根據(jù)單因素方差分析方法，確定與儲(chǔ)罐底板腐蝕狀況相關(guān)的外部因素，利用使用時(shí)間、存儲(chǔ)介質(zhì)、使用溫度、外觀腐蝕情況、基礎(chǔ)完好情況和儲(chǔ)罐容積這6個(gè)表征因素分析油罐的腐蝕。把六個(gè)表征因素作為輸入向量，以Bayes判別級(jí)別作為輸出目標(biāo)，利用提取的120個(gè)樣本數(shù)據(jù)，建立的儲(chǔ)罐底板腐蝕狀況Bayes判別預(yù)測(cè)方程（多元回歸方程組）。Bayes判別預(yù)測(cè)方法比較好，能對(duì)油罐罐底的腐蝕給出初步的評(píng)價(jià)。

Bayes判別預(yù)測(cè)方法存在以下不足：一是特征參量選取不能完全反映腐蝕規(guī)律，并且?guī)в兄饔^評(píng)價(jià)，缺乏對(duì)油罐內(nèi)部腐蝕特征的描述。二是由于各因素的復(fù)雜性和交互作用的影響，這些因素與油罐腐蝕性問題決非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，顯然不能用線性回歸的常規(guī)方法處理腐蝕指標(biāo)與腐蝕性之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)該是非線性關(guān)系。

4.展望

影響鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕的因素是很復(fù)雜的，因此研究鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐的腐蝕速度有一定的局限，目前研究鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度預(yù)測(cè)的模型較多，但每個(gè)模型只是針對(duì)某種單一情形來研究，對(duì)工程實(shí)際中儲(chǔ)油罐腐蝕，由于檢測(cè)腐蝕數(shù)據(jù)的限制導(dǎo)致了對(duì)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕速度預(yù)測(cè)的困難，因此建立每個(gè)儲(chǔ)油罐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和定期腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)研究鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐的腐蝕狀況的預(yù)測(cè)是非常必要的，同時(shí)應(yīng)建立一個(gè)鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐腐蝕程度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的處理措施，是目前急需解決的問題。

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