油田鋼質常壓儲罐內腐蝕掛片檢測及腐蝕機理研究*

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(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司技術檢測中心，山東 東營 257000)

油田站庫鋼質常壓儲罐(以下簡稱大罐)由于制造和檢驗一直未納入國家強制管理的范疇，相關的標準和規范也比較少，加之服役時間長，介質腐蝕性強，導致內腐蝕嚴重，致使儲罐事故時有發生，危害生產安全，嚴重污染環境[1]。大罐內腐蝕最為典型的是原油沉降罐，其作用是將高含水采出液通過密度差自然沉降，初步實現油水氣分離，罐內介質自下而上依次為淤泥相、水相、水油界面、油相、油氣界面和氣相，水油界面及油氣界面隨處理液量的不同而變動。由于6個相區或界面的腐蝕影響因素及腐蝕作用機理不同，引起不同區塊大罐、同一大罐不同高度的腐蝕嚴重程度存在較大差異[2]。利用自主設計研發的鋼質常壓儲罐內腐蝕掛片在線檢測裝置，對勝利油田兩個典型區塊的各一個原油沉降罐進行了6個層位的內腐蝕掛片，利用掛片質量損失法對腐蝕速率進行了定量測試，并通過掛片腐蝕產物SEM(掃描電鏡)、EDS(能量-色散光譜)及XRD(X射線衍射)分析，研究了腐蝕機理。

1 大罐內腐蝕分層掛片檢測

1.1 在線檢測裝置及評價方法

鋼質常壓儲罐內腐蝕掛片在線檢測裝置主要組成部件及功能如下：浮漂掛片器(見圖1)加柔性連接，實現掛片隨水油界面、油氣界面的浮動，用于兩個界面的腐蝕速率檢測；尼龍剛性掛片器，用于淤泥相、水相、油相和氣相的腐蝕速率檢測；螺紋連接棒狀空心桿，用于連接掛片器及定性連續表征儲罐不同高度的腐蝕程度。浮漂掛片器設計為空心球形，直徑15 cm，材質選用304不銹鋼，厚度為1 mm，計算得出浮漂的密度為0.312 g/cm3，原油的密度一般為0.8～1.0 g/mL，浮漂的密度小于原油密度，在油氣界面可以實現懸浮；采用配重片調節浮漂密度，讓其處于原油與水的密度之間，使其懸浮在水油界面處。

圖1 浮漂掛片器

依據SY/T 0087.3—2010 《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準鋼質儲罐腐蝕直接評價》標準，依據掛片實測腐蝕速率，將大罐內介質腐蝕性劃分為4個等級，見表1。

表1 儲罐內介質腐蝕性評價指標

1.2 被檢測大罐概況

被檢測大罐為勝利油田兩個典型區塊的原油一級沉降罐各一臺，容積分別為3 000 m3和5 000 m3，材質為20R。掛片材質為20R，檢測周期為1個月。兩個區塊主要腐蝕性介質成分見表2。

表2 被檢區塊主要腐蝕性介質成分及含量 mg/L

2 檢測結果

2.1 腐蝕檢測及腐蝕規律分析

1號儲罐腐蝕區域主要集中在水油界面、淤泥相及水相，腐蝕嚴重程度依據表1分別評定為“極高”、“高”、“中”； 2號儲罐腐蝕區域主要集中在氣相(見表3)，腐蝕嚴重程度依據表1評定為“極高”。 可見2臺儲罐的腐蝕特點為：1號儲罐的腐蝕部位為3.2 m(即水油界面)以下及罐底板，2號儲罐的腐蝕部位為6 m(即氣相區)以上及罐頂。

表3 2臺儲罐6個相區腐蝕檢測結果

2.2 腐蝕產物分析及腐蝕機理研究

分別對2臺儲罐6個相區的掛片進行了腐蝕產物XRD分析(見圖2至圖4)。以2臺儲罐腐蝕最為嚴重的1號儲罐水油界面、淤泥相，2號儲罐氣相為例，對比分析2臺儲罐的腐蝕機理。

2.2.1 1號儲罐淤泥相腐蝕機理

1號儲罐淤泥相腐蝕產物為FeS，其主要影響因素為硫酸鹽還原菌(SRB)。由表2可知，區塊一淤泥SRB每立方厘米高達3×106個，腐蝕機理如下：

硫化物與介質中的碳酸等作用生成H2S，進而與Fe反應形成FeS，加速金屬的腐蝕，即：

同時阻止陰極上析氫反應所生成的氫原子復合，促進氫向金屬滲入，增加設備氫脆的敏感性[3]。

圖2 1號儲罐淤泥相腐蝕產物XRD分析

圖3 2號儲罐氣相腐蝕產物XRD分析

2.2.2 2號儲罐氣相腐蝕機理

2號儲罐氣相腐蝕產物為FeOOH和少量CaCO3垢，其主要影響因素為CO2和O2。由表2可知，區塊二氣相中CO2和O2質量濃度分別為75.4 mg/L和0.2 mg/L。腐蝕機理如下：

2.2.3 1號儲罐水油界面腐蝕機理

1號儲罐水油界面腐蝕產物為Fe2O3，其主要影響因素為溶解氧(質量濃度為0.6 mg/L)。腐蝕機理為：水油界面處的氧濃差腐蝕，由于氧在油中的溶解度高，在水中的溶解度低，具備氧濃差腐蝕條件，導致氧濃度高的區域(即油水界面油側)作為陰極被保護，而氧濃度低的區域(即油水界面水側)作為陽極被腐蝕。

圖4 1號儲罐水油界面腐蝕產物XRD分析

3 結 語

利用鋼質常壓儲罐內腐蝕掛片監測裝置對2個典型區域的2臺儲罐的檢測及腐蝕機理進行研究,結果表明：不同區塊儲罐、同一儲罐不同層位的腐蝕程度、腐蝕機理存在明顯差異，定期開展鋼質常壓儲罐內腐蝕掛片監測，對于全面了解儲罐腐蝕現狀、及時發現安全隱患并有針對性地進行腐蝕防護和腐蝕治理具有指導意義。目前勝利油田正在對4個典型腐蝕嚴重區域全面開展大罐內腐蝕在線監測。

[1] 李光海.常壓儲罐檢驗檢測技術[J].無損檢測，2010，32(7)：509-512.

[2] 白新德.材料腐蝕與控制[M].北京：清華大學出版社,2005:353-375.

[3] 石仁委，龍媛媛.油氣管道防腐蝕工程[M].北京：中國石化出版社，2008:119-120.

(編輯 張向陽)