原油儲罐全面檢驗常見腐蝕問題分析及建議

蔣林林 ，韓文禮 ，2，王志濤 ，2，劉 苒 ，2，蘇碧煌 ，2，張彥軍 ，2

1.中國石油集團工程技術研究有限公司，天津 300451

2.CNPC石油管工程重點實驗室-涂層材料與保溫結構研究室，天津 300451

大型常壓儲罐是石油石化行業常用的重要設備，通常用于儲存石油產品或危險化學品[1]。目前，我國已建成各類儲罐總庫容約4 592×104m3，由于儲存大量具有易燃、易爆特性的原油，所以大型原油儲罐一旦發生事故，就會造成十分嚴重的環境污染和經濟損失。對原油儲罐進行定期檢驗及時發現隱患并進行治理是提高儲罐安全運行水平的重要手段。API RP 575[2]明確指出：腐蝕是導致鋼制儲罐及其附件損壞的主要原因，因此查找腐蝕部位和測試腐蝕程度是儲罐檢測的主要目的，腐蝕檢測在儲罐檢測中顯得尤為重要[3]。儲罐的定期檢驗通常采用常規的無損檢測方法，包括超聲測厚、漏磁掃查、磁粉檢測和滲透檢測等。本文總結介紹了原油儲罐定期檢驗過程中遇到的常見腐蝕問題，分析了可能導致腐蝕的原因，提出了相應的防控措施，旨在為儲罐的設計、施工、運維管理提供參考，以便提高儲罐安全運行的可靠性，有效減少突發安全事故造成的人員傷害、財產損失及安全環保事件。

1 全面檢驗中的常見問題

1.1 儲罐底板腐蝕

儲罐內底板通常采用防腐涂層與犧牲陽極陰極保護的聯合保護方式進行防腐蝕控制。儲罐建設期間，塊狀犧牲陽極通過焊接或者螺栓連接的方式均勻布置在儲罐底板內表面，運行期間對罐底板內表面提供陰極保護。當罐底板涂層出現問題時，犧牲陽極為罐底板內表面提供陰極保護，當犧牲陽極的用量設計不足或是超過犧牲陽極的服役時間時（見圖1），儲罐底板內表面就開始發生腐蝕，嚴重時會造成腐蝕穿孔（見圖2），導致介質泄漏。

圖1 消耗嚴重的犧牲陽極

圖2 腐蝕穿孔的罐底板

1.2 儲罐壁板腐蝕

儲罐壁板外側的腐蝕重點關注與罐壁相連的易積水部位，如保溫儲罐加強圈部位、抗風圈踏板與罐壁焊接部位、罐壁連接件部位等。某油庫保溫儲罐在運行過程中出現過加強圈部位罐壁腐蝕造成的儲罐泄漏事故。保溫儲罐加強圈部位罐壁的腐蝕狀況見圖3。

圖3 保溫儲罐加強圈部位罐壁的腐蝕情況

圖3（a）、（b）、（c） 罐壁焊接部位沿儲罐一周分布有鼓起的銹蝕層，厚度5～10 mm，去除銹蝕層后罐壁呈現麻點狀的坑蝕，腐蝕嚴重；圖3（d）呈現為罐壁焊縫邊緣有一條明顯的腐蝕溝槽。

抗風圈踏板與罐壁焊接部位的腐蝕狀況如圖4所示，大面積的鼓包，銹蝕層存在分層現象（見圖5），厚度達到10 mm左右。罐壁連接件部位的腐蝕狀況如圖6所示。

圖4 抗風圈踏板與罐壁焊接部位的腐蝕狀況

圖5 銹蝕層照片

圖6 罐壁連接件位置腐蝕狀況

1.3 儲罐頂板腐蝕

在宏觀檢查過程中曾經發現過儲罐頂板腐蝕穿孔的情況。當儲罐頂板因為設計、施工、運行等環節出現問題，造成部分區域積水或排水不暢時，儲罐頂板容易出現腐蝕穿孔。如圖7所示，涂層出現起鼓，目視檢查表面未發現穿孔，檢查浮艙時發現內部有滲漏現象，將涂層及銹蝕層清除之后，發現頂板腐蝕穿孔。

圖7 儲罐頂板的腐蝕穿孔現象

2 腐蝕原因分析

2.1 防腐涂料選擇不當

防腐層失效是腐蝕發生的前提。涂層是防腐蝕的第一道防線，完好的涂層可提供99%的保護，而剩余的1%則由陰極保護提供[4-5]。防腐涂層選型不符合現場環境要求，涂層質量不合格導致涂層失效腐蝕發生。圖8是新疆地區某油罐罐頂防腐涂層的情況，罐頂一周泡沫板表面的涂層向陽側和背陰側有明顯的區別，向陽側涂層（圖8（a））發生了大面積剝離脫落，而背陰側涂層相對完整，可見光照對涂層（圖8（b））質量產生了影響，同時也可推斷該涂層耐紫外線的性能較差，剝離脫落的涂層下表面還可以看到有涂層存在，可能是防腐層大修時表面涂層未清理干凈就進行涂敷施工或者多次涂敷過程中底層涂層已固化導致的。

圖8 罐頂泡沫板表面涂層狀況

2.2 犧牲陽極用量設計不合理

涂層出現問題、犧牲陽極安裝數量不足或是超過犧牲陽極服役周期時，儲罐內底板處于陰極保護欠保護狀態，就會導致腐蝕的發生。在檢測中發現同一時間建造的1×104m3容積的儲罐，在相同的運行條件下，因為犧牲陽極用量不同，罐底板腐蝕狀況相差很大。采用20塊犧牲陽極的儲罐，需要補板的數量是6塊板、10處位置；采用101塊犧牲陽極的儲罐，需要補板的僅1處。當儲罐運行時間較長，檢修周期超過犧牲陽極的設計壽命時，也會出現罐底板因陰極保護欠保護出現腐蝕的情況。

2.3 結構設計不當

加強圈上表面為安裝保溫層而設置的扁鋼（見圖9）的安裝方式不合理（采用點焊），易形成進水通道。外界降水通過加強圈外緣進入扁鋼內部，與保溫層接觸，不易散失，并易在加強圈與罐壁焊接位置富集，為該處罐壁腐蝕提供了環境條件，導致腐蝕發生。

圖9 加強圈上表面安裝保溫層設置的扁鋼

消防系統噴淋管的設置不合理。為了便于安裝，罐周的消防水管常采用通過支架固定在加強圈上的設計，如圖10所示。現場觀察發現，消防水噴淋裝置是造成罐壁保溫層進水的主要原因。支架的尺寸或噴嘴的角度設置不合理時，噴淋水會通過防水檐進入保溫層。加強圈部位防水檐的設置，可以有效防止自然降雨進入罐壁保溫層，但是消防水管的設置會造成消防水進入保溫層與罐壁接觸。

圖10 儲罐消防水噴淋裝置

一般認為，防水是保溫工程的關鍵，保溫材料一旦進水，不但起不到保溫作用，還會導致保溫層下管道或容器的均勻腐蝕、局部腐蝕或外應力腐蝕開裂（ESCC），也就是常說的保溫層下腐蝕（corrosion under insulation，CUI）。加強圈部位罐壁的腐蝕問題可以認為是保溫層下的腐蝕現象[6]。保溫層下腐蝕是指發生在施加了保溫層材料的管道或設備外表面上的一種腐蝕現象。水分滲入保溫材料中導致基底環境變潮是CUI發生的開始[7]。防腐層出現問題時，金屬表面和保溫材料間形成薄層電解質溶液，為電化學腐蝕發生創造必要條件，最終腐蝕產物為Fe（OH）3和Fe3O4。這些腐蝕產物比較疏松，缺乏保護性，所以一旦在金屬表面某處發生，腐蝕就會持續下去[8]。

2.4 保溫外護層與罐壁固定支架的密封不嚴

通過觀察發現，抗風圈踏板、扶梯等固定斜撐支架與罐壁焊接部位存在明顯的漏水痕跡，如圖11所示。支架與保溫外護層密封不嚴密是造成保溫層進水重要原因。保溫層吸水變潮，且水分不易蒸發，涂層一旦出現破損，罐壁就容易發生腐蝕。

圖11 罐壁固定支架部位進水痕跡

2.5 防腐施工質量管控不到位

在檢測中發現在表面涂層修復之后，存在因為涂層下腐蝕造成鼓包的現象，打開之后可見銹蝕層較厚且分層，除去銹層之后，金屬表面腐蝕嚴重，如圖4、圖5所示。分析原因是進行防腐層大修時，質量監管不到位，表面處理不徹底或是未進行表面處理而直接進行涂敷施工造成的，表面的防腐涂層不能阻止內部腐蝕的進一步發展，造成嚴重的腐蝕現象。

3 建議

針對儲罐全面檢驗遇到的腐蝕問題開展了腐蝕原因分析，提出如下建議：

（1）涂層是防腐蝕的第一道防線，涂層的選材要滿足現場使用條件，如日照強的環境要滿足抗紫外線老化性能的要求。施工過程中（包括防腐層大修）要做好質量控制，剝離的涂層及銹層要徹底清除，滿足涂料的施工要求后再進行防腐涂料涂敷施工。對于加強圈、罐壁附件、支撐桿、人孔、排污孔等與罐壁焊接部位以及小空間不方便進行防腐施工的部位，尤其要注意防腐質量控制。

（2）儲罐內壁犧牲陽極的數量設計要盡量準確，并留有裕量，確保犧牲陽極使用壽命滿足儲罐檢修周期的要求。

（3）消防水噴淋裝置的設置要避免噴淋水進入保溫外護層與罐壁接觸。通過調整安裝支架的尺寸和噴淋角度，可以避免該問題的發生。

（4）加強圈上表面用于安裝保溫層的扁鋼的焊接方式由點焊調整為滿焊，徹底切斷水分通過加強圈上表面進入罐壁保溫層的途徑，避免腐蝕環境的形成。

（5）抗風圈踏板、扶梯的支撐等與罐壁焊接的附件位置，要做好與保溫外護層的密封或采取導流措施，防止自然降雨通過支撐接觸罐壁，造成保溫層變潮濕進而形成腐蝕條件。

（6）強化防腐專業的設計審查。初設、大修方案審查階段，要重視防腐專業的審查，包括涂料的選擇、陰極保護的設計、施工要求、質量管控等方面，從腐蝕控制的全過程來管理防腐。