高壓水力除銹在大型金屬原油儲罐防腐施工中的應用

盧少俊 胡春榮 王 軍 劉 寧 韓志剛 鞠 波

中國石油廣西石化分公司 廣西欽州 535000

某原油庫區位于我國西南沿海，屬于臨海油庫，長期受到海洋鹽霧潮濕等極端氣候的影響，罐壁焊縫及浮盤外表面腐蝕較為嚴重，容易引起儲罐原油泄漏事故，存在較大安全隱患。如果采用傳統方法除銹施工，涉及機械打磨、噴砂除銹等工序，還涉及用電、動火作業，不但效率較低，而且安全隱患大。為保證安全、環保、高效地完成除銹防腐工作，企業一直在探索新的有效方法。

1 常用除銹方式分析對比

在對原油儲罐腐蝕安全隱患治理時，常采用干噴砂除銹、手工或動力除銹、水噴砂除銹和高壓水噴射除銹等，詳見表1。綜合考慮油罐在線除銹存在動火風險及環境污染風險，對比之后，選擇高壓水噴射除銹方式。

表1 原油罐防腐常用除銹方式對比

2 高壓水噴射除銹及防腐處理

2.1 基本原理

高壓水噴射是使用從噴嘴中射出壓力為70M～210MPa 或更高的噴射水[1]來處理金屬儲罐表面涂裝的一種方法，通常選擇170M～180MPa 壓力。它是完全利用高能量的水流沖擊，對鋼板表面涂層或灰塵、污垢、銹蝕、氧化皮等進行破碎、擠壓、沖刷，以達到除銹除污、清洗表面的目的。水噴射使用的高壓水流離開噴嘴時，速度高于340m/ s[2]。此方法對金屬表面的銹渣等雜物去除率達100%，除銹等級≥st3。

高壓水流做功的能力可以表示為有效功率（P有效），如式（1）所示。

式中：P有效——有效功率，kW；

P——水流壓力，MPa；

Q——體積流量，L/ min。

由式（1）可以看出，高壓水流做功的能力取決于其流量和壓力，壓力越高，流量越大，則做功能力越強，除銹效果越好。但是壓力過高，對設備要求更高，成本相應增加，設備穩定性和可靠性降低。

根據伯努利方程，加壓后的水流經過固定管道流出，某一點流量增大時，壓力相應降低，見式（2）。

式中：P——該點水流壓力；

ρ——水的密度；

V——水流速度；

g——為重力加速度；

h——該點所在高度；

C——常量。

綜合以上兩個公式，可以得到公式（3）。

由公式（3）可知，有效功率是體積流量的非線性函數，存在一個最大值，不是隨著流量的增大而無限增大。所以在工程實際中，應根據實際需要，選擇最經濟的流量和壓力作為施工機械的參數。

2.2 設備主要構成

高壓水噴射設備也叫高壓水清洗機，主要由電機、電控箱、移動式地盤、機殼、水箱、高壓柱塞泵、調壓閥、過濾器、高壓膠管、高壓水槍和噴嘴等組成。

（1）高壓柱塞泵：除了最大工作壓力之外，泵工作壓力的可調節性也是影響除銹能力的重要因素。高壓水表面處理工法一般選用歐美進口泵，通常德系泵的壽命更長，維修和配件的要求更高；美系泵的質量和壽命略差，但維修簡單，配件的可替代性強。

（2）高壓水槍：高壓水槍關鍵在于槍頭（噴嘴）的質量，必須要符合水力聚集、承壓耐用的要求。不同的槍頭適合不同的工況（表2），要根據實際情況進行選用，實時更換。

表2 不同高壓水槍槍頭的特點和用途

（3）高壓水管：需要耐壓300MPa 以上，并能適應20多米高的金屬儲罐產生的施工距離，以及拖拽產生的應力、磨損等情況。

（4）操作安全防護：涉及漏電保護、超壓保護、低壓保護、防脫保護、管護套和安全防護服等。

2.3 防腐基層除銹

（1）采用高壓水噴射對油罐表面舊涂層損傷并發生銹蝕的表面或焊縫嚴重腐蝕部位進行除銹，直至露出金屬光澤（除銹等級為St3 及以上，按國標GB/ 8923.1- 2011執行）；損傷或腐蝕區域的邊沿還應水力沖擊成平滑過渡的坡度；然后使用銅刷子或清潔干燥的壓縮空氣清除表面灰塵等殘留物。

（2）施工中發現焊縫、金屬板材等有金屬缺損的部位，采用金屬材料修補劑（注：金屬修補劑的基面要采用專用的不燃爆清潔劑清理油污）填平焊縫，修復高度應達到拼接母材較厚一方的高度（達到《壓力容器規程》對角焊縫的要求）。如不方便測量，要至少達到3mm 的厚度。

（3）對未發生損傷的舊涂層表面，應采用銅刷或高壓水進行拉毛處理，并去掉粉化不牢固的部分，然后使用銅刷子或清潔干燥的壓縮空氣清除表面灰塵等殘留物。

2.4 水噴射作業距離與角度

（1）作業距離：噴嘴離表面距離可在0.6～1m 范圍，一般為5～25cm；

（2）噴射角度：清除舊涂層或氧化皮，約90°；清除膠泥、灰塵，約45°；

（3）除銹用水量約500～900kg/ h，除銹工效為30～80m2/ h。

2.5 防腐處理

除銹后，還要進行防腐處理。一般按油漆種類進行涂刷，通常涉及底漆和面漆，并且對涂刷次數和形式、厚度等均有具體要求。

（1）底漆：除銹結束并干燥后，對露出金屬本體的部位采用低表面處理環氧樹脂涂料，涂200μm 厚（滾涂大約3 道，噴涂2 道，局部涂刷可能需要4 道）。其他外側壁等僅去除面漆的部位，需采用低表面環氧樹脂涂料，涂20～40μm 即可（以上數據以干膜厚度計）。

（2）面漆：采用丙烯酸聚氨酯涂料，滾涂2 道，干膜厚度80μm；外壁以噴涂為主。

（3）所有施工表面的干膜厚度不得低于280μm。

3 高壓水力噴射除銹的優缺點

（1）優點：水力噴射除銹可有效去除鋼板表面涂層或灰塵、污垢、銹蝕、氧化皮、水溶性鹽等，對金屬無損傷。并且不產生灰塵、對環境污染小，生產效率高。對10 萬m3的儲罐施工，施工人員數量可減少2/ 3，效率提高60%，并且除銹質量保證率提高50%，優勢明顯。該方法使用介質為水，不使用鋼砂、石英砂，成本低。因干擾性小，操作者可同時作業。如需要增加表面粗糙度，可加入磨料。水噴射設備通常做成撬裝一體設備，安裝在金屬儲罐圍堰外，圍堰內無需動火作業，保障安全。

（2）缺點：水力除銹受所用水質限制，若水質不符合工藝要求，則無法施工。在低溫環境下水結冰也無法采用此方法。此外，水力除銹還面臨水回收的問題，需要有良好的污水回收或存蓄環境。水力除銹后還會出現閃銹，即經水噴射清理的表面在干燥后若防腐不及時，容易發生輕微的氧化，但不產生額外的粗糙度。

防腐不及時，才會涉及閃銹的處理。閃銹一般在水力除銹干燥后出現，可看到一層黃褐色銹層。銹層可能均勻分布或呈片狀分布，但它們附著不牢固，很容易脫落，用布在表面輕擦即可去除。應對方法有：采用純凈水作為介質可抑制閃銹的生成，或采用銅刷子或風動防爆角磨機在表面輕輕打磨一遍即可。

4 實際應用

4.1 實驗驗證

2018 年，某公司在庫區有3 個10 萬m3的金屬原油儲罐，采用防爆工具手工或動力機械、水噴砂、高壓水噴射等除銹施工工法對儲罐外壁、浮盤、抗風圈、加強圈、浮盤和勞動保護腐蝕部位，尤其是罐體附屬構件盲點死角銹蝕嚴重部位進行除銹實驗論證。結果表明，高壓水噴射除銹污染小、安全風險低、作業效率高、除銹最徹底等優點。

4.2 大規模推廣

基于上述優點，從2019 年開始，某公司綜合考量，在庫區剩余數十個10 萬m3的原油儲罐全面推廣應用高壓水噴射除銹。并對各項工序進行全過程監督管理，對除銹等級、底漆、面漆質量步步確認，確保工序得到嚴格執行。

4.3 應用效果

高壓水力除銹防腐工藝在某公司庫區大規模應用至今已有3 年時間，未發生一起安全環保事故，罐體除銹效果滿足施工規范及設計要求。在應用中，采用撬裝設備遠程加壓引水上罐頂，形成高壓水力除銹，并用氣動隔膜泵輸送油漆上罐頂進行油漆噴涂，避免庫區圍堰內動火、用電作業，保障了本質安全，且效率高，質量可靠。

從使用效果分析，對比傳統手工或動力機械除銹、水噴砂除銹等，該工法可降低噪音，消除金屬粉塵的污染，減少施工人員數量，防止靜電產生，保護施工人員的身體健康，效率提高60%以上。并且在罐體附屬構件的盲點死角除銹方面，可達到無死角除銹的效果，質量保證提高50%。

5 效益分析

該方法在某石化公司原油庫區得到大規模應用，以42 個金屬儲罐為參照，其效益分析見表3。可見，除銹施工總成本可降低140 萬元以上，單罐成本可降低近4 萬元。

表3 水力除銹與氣磨施工的成本對比

基于以上實際驗證數據，某集團公司將該方法在內部各原油庫區推廣，實現了對原油儲罐進行在線安全防腐施工的目的，極大地節省罐體倒油騰罐的成本（每具金屬儲罐清罐成本約120 萬），并降低人工成本（每具罐節約人工成本約8 萬～10 萬元）。另外，該方法在適應原油庫區的安全環保管理方面具有極大的優勢，應用前景廣闊。