保溫油品儲罐外壁腐蝕與防護

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(中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

保溫油品儲罐外壁腐蝕與防護

潘從錦,向長軍,侯丹丹,韓勝顯

(中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

保溫油品儲罐的保溫層下腐蝕是一個長期和隱蔽的過程，其隱蔽和高危害給石油石化企業帶來嚴重的經濟問題和安全問題。保溫層下腐蝕與保溫材料的選擇、施工安裝質量、保溫結構、介質性質和運行環境等均有密切關系。分析保溫油品儲罐外壁腐蝕的現狀及原因，結合目前保溫油品儲罐的特點，提出了提高施工安裝質量、定期定點檢測和全面檢驗及加強運行維修維護等防護措施，以滿足長周期運行要求。

儲罐保溫保溫層下腐蝕

某石化公司現有原油儲罐21座、潤滑油儲罐66座、渣油及瀝青儲罐32座、污油儲罐4座，共計123座重質油品儲罐，大部分建成在1986—2005年，儲罐材質以20號鋼和Q235B鋼為主。原油儲存溫度約為80 ℃，潤滑油儲存溫度約為90 ℃，渣油儲存溫度約為100 ℃，瀝青介質儲存溫度為110 ℃，這些重質油品儲罐運行溫度為60～150 ℃，整體安裝了保溫設施。該公司地處西北邊陲，春秋季大風較多，夏季高溫干燥，冬季低溫寒冷，降雪較多，高溫和寒冷季節持續時間較長。原油儲罐檢驗周期一般不超過6 a，潤滑油儲罐一般不超過12 a，瀝青儲罐一般不超過20 a。近年來，該公司原油加工及油品庫存量不斷擴大，油品儲罐幾乎處于滿負荷運行狀態，造成儲罐運行時間較長，部分儲罐不能按期進行全面檢驗，只能延期使用。重質油品儲罐由于存儲介質的劣質化、油水混合物的腐蝕性，檢修一般以罐底板檢修為主，而忽視外壁板的檢修。由于儲罐保溫的存在，外壁的腐蝕具有長期性和隱蔽性，而破壞性又極強，因此給整個儲罐結構和安全生產帶來了巨大考驗。

1 外壁腐蝕現狀

該公司重質油品儲罐外壁采用紅丹防銹漆防腐；保溫層一般選擇巖棉、礦渣棉和復合硅酸鹽板，罐頂外壁為漿料保溫，罐底大角焊縫及邊緣板為瀝青砂防腐；保溫層外保護層選擇灰鐵皮外涂銀粉漆，后期建成的儲罐保護層為鍍鋅鐵皮。

歷次外壁檢修發現以下共同點：①部分保溫儲罐在大風作用下，外壁保護層的鍍鋅鐵皮撕裂和脫落；②保溫層老化和粉化現象嚴重，粘結在基體外壁上；③罐頂漿料保溫脫落嚴重，罐頂存儲有積水；④外壁大面積均勻腐蝕減薄，最下層圈板腐蝕相對嚴重；⑤大角焊縫和邊緣板發生較嚴重的坑蝕；⑥外壁上保溫支撐圈、熱電偶和溫度計等安裝部位腐蝕嚴重。

2 外壁腐蝕分析

2.1保護層

保護層是防止儲罐基體表面發生保溫層下腐蝕的第一道屏障，防止保溫層系統受到機械或氣候傷害，阻止或減少外部水分或腐蝕性介質的進入和駐留。

2.1.1 施工和外力原因

保護層因風力作用出現局部脫落或破損，或因施工安裝質量問題，外界水分及空氣通過保護層結合部及保溫釘處進入保溫層。由于保溫層吸濕率較高，水分在保護層下形成密閉系統，造成水分和空氣在保溫層中儲存，水分進入快而散發較慢，最終形成吸氧腐蝕。

2.1.2 保護層材料原因

按照保護層失效機理[1]，當采用鍍鋅鐵皮作為保溫絕熱材料的保護層時，應采用0.75 mm厚度，但為了節省成本,實際應用中卻采用了0.5 mm厚度的鍍鋅鐵皮。另外，保護層的鍍鋅層質量未滿足使用要求，規范要求鍍層質量應為每平方米80 g，而實際采用時鍍鋅層質量為每平方米30 g。鍍鋅鐵皮厚度減小后，保護層強度下降，容易受風力或其他外力作用而發生變形、撕裂和脫落；鍍鋅量不足，對碳鋼保護能力下降，減弱鍍鋅層防腐效果，鋅層腐蝕后，使得碳鋼基體曝露在復雜多變的大氣環境中，全面腐蝕使得保護層腐蝕加速?；诣F皮外涂防銹銀粉漆作為保護層早已被實踐證明保護效果差，因為銀粉漆在日光照射和高溫天氣中容易發生老化脫落，進而引起灰鐵皮的吸氧腐蝕，失去保護作用。

2.2保溫層

黃赟[2]研究表明， 有保溫結構的設備，運行5 a后發生保溫層下腐蝕的概率將大幅上升，使用10 a后60%的保溫層都含有腐蝕性冷凝水，極大地增加腐蝕發生的概率。該公司所用的巖棉、礦渣棉、復合硅酸鹽板和漿料均是無機物，其中含有氯化物、氟化物、硫化物等無機鹽，會造成鋼結構腐蝕；同時保溫材料為疏松多孔的結構，具有較大的比表面積，因而具有較強的吸水能力。另外，罐頂所用的漿料是珍珠鹽與水攪拌而成的，在安裝初期就有較多的水分;表面涂抹的防水劑效果不明顯、結構強度低，在雨水或風力的作用下，出現大面積脫落現象。保溫層的破損會導致水分滲入保溫層使其變潮濕，保溫層內外的溫差會使得水氣冷凝在金屬基體表面，形成局部液體聚集。同時，雨水等水分和保溫層中的氯化物等介質溶解聚集形成電解質溶液，當與儲罐基體發生接觸，就會發生電化學腐蝕。此時，保溫層導熱系數增大，使保溫節能效果降低，也會加速保溫層下腐蝕。

2.3儲罐外壁基體表面防腐層

該石化公司重質油品儲罐外表面采用了防腐涂層，但由于建成時間較早，外壁的防腐蝕材料選取品種有限，所使用的防銹漆是一種紅丹(Pb3O4)與干性油混合而成的油漆。雖然該防銹漆附著能力好、防銹性能高及耐水性強，但同時存在密度大、易沉淀、涂刷性較差和不耐酸的缺點,其在酸性電解質溶液的作用下逐漸腐蝕脫落。隨著涂裝工藝的發展，紅丹防銹油漆已沒有優越性；而且Pb3O4會給施工人員健康造成損害，同時給環境帶來嚴重污染而逐步被淘汰。

2.4基礎邊緣板

儲罐使用一段時間后發生沉降，或長期處于滿罐狀態時，罐底邊緣板發生變形，使得邊緣板容易積水。雨季或冰雪融化后，罐頂積水沿罐外壁在重力作用下向下遷移，沉積到基礎邊緣板，水分子向罐底部滲透。同時保溫材料的強吸水性，使罐基礎邊緣板和相鄰的第一層圈板外壁處于潮濕的環境中，加速了腐蝕。原采用的瀝青砂防腐層，短短幾年時間就出現老化、開裂脫落，積水和腐蝕嚴重。

2.5保溫安裝結構

許多老罐罐頂沒有設計防雨檐，雨水和融化的雪水滲入保溫棉，加劇了保溫層下腐蝕。

2.6溫度和環境的影響

大量工程案例和研究表明,最容易發生保溫層下腐蝕的溫度范圍是-4～175 ℃[3]，在達到水的沸點之前，溫度每提高15～20 ℃，腐蝕速率都會加倍。而保溫油品儲罐由于頻繁的油品收發和周期性的溫度變化，會使儲罐本體長期處于干濕及冷熱交替的環境中，導致腐蝕性介質的濃縮和聚集，局部區域腐蝕加速，導致保溫層下腐蝕頻繁發生。呂曉亮等[4]在實驗室模擬了20號鋼的保溫層下腐蝕，結果表明，20號鋼在干濕交替環境下的腐蝕較冷熱交替和恒溫環境下的腐蝕更為嚴重。保溫層下的儲罐基體由于受到油品收發及氣候季節變化的影響，往往經歷熱循環過程，防銹層由于熱膨脹系數與鋼鐵不同，熱循環導致防銹層內應力增加，造成防銹層使用壽命降低。

3 保溫措施的選擇與防護

3.1保溫材料防護層的選擇

對于外防護層的選擇需要考慮經濟成本、實用性和基體的工況溫度等因素。通過提高金屬防護層的厚度來提高抵抗力，此時的抗腐蝕能力相對較高。該公司考慮對于重質油品儲罐外壁保溫統一采用0.75 mm厚鍍鋅鐵皮(鍍鋅層質量每平方米80 g)，并要求做成瓦楞板結構，增強外保護層的密封性，并可以提高外保護層的強度，抵抗大風侵襲造成的破損。

3.2保溫材料的選擇

保溫材料是對油品儲罐進行隔熱保溫的重要組成部分，是包裹在外壁表面的第二道屏障。合理設計和安裝高質量的保溫材料以及正確的維護可以有效提高保溫層下腐蝕的防護效率。保溫材料有憎水性的不同和親水性的不同，該公司所采用的巖棉、礦物棉、珍珠巖漿料和復合硅酸鹽板等保溫材料屬于親水性保溫材料。研究表明[5-6]，在-4～175 ℃，這些吸水性保溫材料加速了保溫層下腐蝕，而憎水性材料可以抑制保溫層下腐蝕。

保溫材料與金屬表面間的環形空隙及金屬表面缺陷都可以吸收水分和腐蝕性介質，從而使得其聚集和濃縮，增強腐蝕性。該公司經過比較篩選，決定從2016年開始采用憎水性復合硅酸鹽板為保溫材料，來減輕保溫層下腐蝕。

3.3外表面的防腐涂層

罐體表面外防護涂層隔斷了腐蝕環境、污染物與金屬表面的直接接觸，能夠在一定程度上預防儲罐外壁金屬基體發生腐蝕。選用的防護涂層要具有耐腐蝕性、耐熱性以及耐熱疲勞性；耐高溫、能夠承受膨脹和收縮引起的應力；能在較低的表面預處理要求下快捷高效地進行噴涂并與金屬基體良好地結合；能夠為金屬基體材料提供足夠的屏障來抵抗水氣、水分及其他腐蝕性污染物的腐蝕。某些國外石油石化企業根據保溫設備及管道不同的服役溫度要求，采用熱噴鋁涂層、冷噴鋁涂層和納米涂層等措施，收到了很好的使用效果;但因其施工條件要求苛刻，材料費用和施工費用較高，并未大面積推廣應用。在選擇涂層時要權衡涂層系統的性能表現，綜合各方面的因素恰當地選擇合適的涂層系統，以實現環境效益和經濟效益相結合。

目前從經濟性和防腐蝕要求及現階段實際應用來看，環氧涂層是一種性價比較高的有機涂層，應用較為普遍。該涂層以環氧樹脂為主要成膜物，通常能夠提供很好的涂層系統，具有耐化學腐蝕、耐磨性，大部分具有延展性，固化快速并且能夠很好地黏附在金屬表面。另外環氧酚醛涂料也是一種常用的有機涂層，易于維修，防腐蝕性能優異，耐酸、耐水和抗滲透性好，但噴涂工藝相對要求嚴格，熱循環和熱沖擊抵抗力稍差。

3.4邊緣板及下圈板外壁防腐

基礎邊緣板及最下一層圈板外壁表面采用礦脂帶、彈性聚氨酯和丙烯酸樹脂玻璃鋼防腐措施。其中彈性聚氨酯玻璃鋼可以隨罐壁和基礎熱脹冷縮、耐腐蝕性和抗老化性能良好；其形狀結構可以導水，防止積水形成，上部延伸至下圈板罐壁，下部延伸到水泥基礎下部200 mm位置，對外壁和基礎均有良好的防腐作用。玻璃鋼防腐層外面是保溫層和防護層，共同形成穩定的保溫防腐結構，可以有效抑制保溫層下腐蝕。

4 儲罐防護管理

4.1強化施工質量和運行維護

對運行中的保溫儲罐頂部、罐壁和基礎邊緣板等定期進行宏觀檢查。隨著季節變化、操作溫度驟變、收發操作頻繁和大風雨雪天氣等情況發生時要重點檢查。對于密封不嚴或破損的部位，要及時進行修復，防止腐蝕性介質侵入。容易引起保溫施工質量問題的結構復雜位置，是發生保溫層下腐蝕的重點部位，要加強檢查，防止不合格的保溫結構加速腐蝕。在施工過程中，嚴格控制關鍵步驟，對施工的難點和關鍵點要反復檢查確認，做到精確施工。

4.2定期定點檢測和全面檢驗

罐頂和罐壁采取定點測厚的方式進行檢測。每年分兩次進行測厚，并對測厚數據進行分析，測算腐蝕速率等變化，做好風險識別和防控措施。對于重點腐蝕部位，要增加測厚頻率，并對測厚點的腐蝕做好風險評估和動態更新工作。儲罐外壁面積較大，定點測厚只能檢查局部腐蝕情況,且保溫層下腐蝕具有隱蔽性，為檢測帶來諸多困難。超聲波檢測能定性地反映外壁的腐蝕情況，定點測厚與超聲波檢測互為補充，做到點與面互相輔助,從而可以做到較為全面的檢測。重質油保溫儲罐服役時間較長，各石油石化企業應根據腐蝕現狀和運行狀態，做好風險評估，確定清罐后的全面檢驗計劃和周期，并定期進行檢驗。

4.3執行新的標準規范和設計導則

隨著油品的變化和儲運技術的研究進展，油品儲罐逐漸向大型化和長周期服役的方向發展,給油品儲罐清罐作業帶來了更大的困難，安全風險增大，對保溫層下腐蝕的防護提出了更高的要求。新建儲罐要積極采用先進科學的保溫技術，舊的儲罐要求對照新的規范標準進行安全隱患專項治理，從而延長儲罐的使用壽命。儲罐頂部必須采用防雨檐，基礎邊緣板要采用新型彈性防水措施，底板采取陰極保護措施等。

5 結束語

油品儲罐因為保溫層設置不當或損壞而導致保溫層下腐蝕，不是短時間形成的，而是一個長期和隱蔽的過程，其隱蔽性和高危害性已經帶來了嚴重的經濟問題和安全問題。為確保儲運系統的正常運行，從設計階段高度重視，就必須采取先進、成熟和高效防護涂層及保溫材料；在施工階段嚴格控制施工程序；運行中，要根據介質溫度、性質、操作條件、外部環境的變化，定期檢查、檢驗和維護，加強控制和預防措施，最大程度地減少保溫層下腐蝕，從而滿足保溫油品儲罐長周期運行的要求。

[1] 楊琴,李增增.設備保溫層下腐蝕機理探討及防控措施[J].化工管理，2016，(4)：223-224.

[2] 黃赟.保溫層下金屬材料的腐蝕與防護[J].石油化工腐蝕與防護，2013，33(3)：15-17.

[3] 叢海濤.保溫層下腐蝕及防腐對策分析[J].涂料技術與文摘，2014,26(6)：7-9.

[4] 呂曉亮，唐建群，鞏建鳴,等.保溫層下腐蝕防護的現狀[J].腐蝕科學與防護技術，2014,26(3)：167-171.

[5] 王軍，李自力，畢海勝,等.保溫原油儲罐外壁腐蝕成因及防護措施[J].腐蝕與防護，2014,35(9)：935-939.

[6] 張顯亮，高洪波，石永軍,等.保溫儲罐腐蝕分析及處理方法[J].油氣儲運，2003,23(1)：53-55.

(編輯 王菁輝)

CorrosionandProtectionofInsulatedOilTankOuterWall

PanCongjin,XiangChangjun,HouDandan,HanShengxian
(PetrochinaKaramayPetrochemicalCo.,Ltd.,Karamay834003,China)

Corrosion under insulation layer of oil tank is a long-term and covert process, and its concealment and harmfulness bring serious economic and security issues to petrochemical enterprises. Corrosion under insulation layer is closely related to the selection of insulation materials, construction and installation quality, insulation structure, medium property and operating environment, etc. Status and corrosion causes of insulated oil tank were studied and analyzed, and several protective measures were put forward, such as improving the construction and installation quality, carrying out regular, fixed point detection and comprehensive inspection, and strengthening the operation and maintenance management.

tank, insulation, corrosion under insulation

2017-02-13；修改稿收到日期：2017-05-12。

潘從錦，高級工程師，碩士，主要從事煉油化工生產、設備技術管理工作。E-mail:pcjksh@petrochina.com.cn