儲油罐的腐蝕機理分析和保護措施

張 龍，王立濤，趙盼婷，解 濤，李福然

（中國石油長慶油田分公司第三輸油處，寧夏銀川 750006）

油房莊生產(chǎn)運行庫新站建設過程中，只在罐底外壁加裝柔性陽極進行儲罐保護，對罐底內(nèi)側(cè)、儲罐側(cè)壁及加熱盤管并未設置陰極保護措施。通過總結(jié)先前相關(guān)方面的研究可以得出,儲罐內(nèi)部原油的腐蝕和儲罐下方混凝土基座的腐蝕是儲罐失效的主要原因。截止到2021 年8 月，6 具儲油罐部分運行時間超過10 年，由于各方面的影響，儲罐各區(qū)域已經(jīng)發(fā)生不同程度的腐蝕，防腐問題刻不容緩。

本文將針對儲罐底各區(qū)域進行簡要的腐蝕機理研究，并選用合理的防腐措施進行儲罐防腐。

1 儲罐各區(qū)域腐蝕機理研究

1.1 混凝土基座斷裂造成罐底腐蝕

儲油罐基礎的不均勻沉降和基礎層出現(xiàn)裂縫是罐底腐蝕的主要原因（見圖1），主要受以下幾方面影響：（1）罐底板下瀝青砂的老化；（2）儲罐高低液位長時間轉(zhuǎn)換運行；（3）承包商未按照計劃書標準施工，材料和施工過程不合格；（4）土壤不均質(zhì)性。

基礎層一旦出現(xiàn)裂縫，雨水和大氣侵入，同時底座下方也會有水、氧氣、鹽離子等通過縫隙聚集在儲罐底板表面，形成腐蝕的初步條件。

罐底板腐蝕原因作用機理（見圖1）。

圖1 罐底板腐蝕原因作用機理圖

1.2 罐內(nèi)部腐蝕機理研究

儲油罐內(nèi)部腐蝕主要分為兩部分：罐底水相部位和儲罐儲油部分。

1.2.1 罐底水相部位的腐蝕 罐底內(nèi)表面的腐蝕形貌為點蝕，主要是罐底積聚了酸性沉淀物，酸性水中含有大量的負氧離子，成為較強的電解質(zhì)液，產(chǎn)生電化學腐蝕；加在罐底部分常見的腐蝕有：電化學腐蝕、焊縫腐蝕、沖刷腐蝕、堆集腐蝕、SRB（硫酸鹽還原菌）腐蝕[1]等。

1.2.2 罐周圍儲油部位壁板的腐蝕 該部位相對于罐底腐蝕速率較低，直接與油品接觸，屬于電化學腐蝕，腐蝕程度較低，造成電化學腐蝕的原因是油品中含有水以及各種離子產(chǎn)生的電解質(zhì)。

2 日常生產(chǎn)中加劇儲罐腐蝕的其他因素

（1）罐底攪拌器長期不使用，儲油罐長期處于收發(fā)原油或備用狀態(tài)，長時間罐底污水、油泥積聚，硫酸菌在無氧情況下生長快速，罐中原油含水量、無機鹽、有機酸會不斷累積，營造出良好的腐蝕環(huán)境，造成了儲油罐內(nèi)部的嚴重腐蝕。

（2）2019 年對采油廠來油和外輸油品成分含量進行了測定，發(fā)現(xiàn)油品呈酸性，并含有S 和有機氯等成分，這會加重原油在管道和儲罐的腐蝕速率，給原油的儲輸安全和儲罐的防腐工作帶來了很大影響。

近期通過對接收和外輸油品成分檢測，發(fā)現(xiàn)靖安、吳定兩家上游單位，以及安邊、楊井、胡五聯(lián)來油中氯含量都比較高，外輸長呼油品因為各家來油混合進罐，氯含量有所降低。

2021 年在儲罐常規(guī)檢查中發(fā)現(xiàn)儲罐側(cè)壁第三層壁板出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象（點蝕），罐壁內(nèi)表面有許多凹凸不平的小坑，腐蝕部位為儲罐第3 層，經(jīng)測量最大深度已經(jīng)達到2 mm，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)和腐蝕介質(zhì)中的活性陰離子，尤其是氯離子的存在密切相關(guān)，介質(zhì)中存在活性陰離子時，平衡被破壞，使溶解占優(yōu)勢。嚴重時可能有底板側(cè)壁穿孔漏油和罐頂塌陷出現(xiàn)。

（3）通常情況下儲罐常采用覆蓋層進行防腐（覆蓋層使儲罐鋼板能夠和腐蝕介質(zhì)有效隔離），可是涂層本身有微孔，老化后易發(fā)生龜裂、剝離的現(xiàn)象，如果涂層脫落后不能及時發(fā)現(xiàn)維護處理，就會因為雨水侵蝕和長時間在空氣中裸漏被紫外線照射加速腐蝕（見圖2）。

圖2 護欄漆皮脫落和罐頂浮盤防腐層破損

3 針對儲罐現(xiàn)狀的維護措施

3.1 陰極保護的應用

區(qū)域性陰極保護具有投資少、見效快的特點，實施站庫區(qū)域陰極保護后可在很大程度上減緩站內(nèi)管道、儲罐等金屬設施的腐蝕，延長了儲罐大修周期。

儲罐方面常見的陰極保護方式有兩種：犧牲陽極保護法和外加電流陰極保護法，二者各有優(yōu)缺點，具體（見表1）。

表1 外加電流陰極保護和犧牲陽極保護的比較

3.1.1 現(xiàn)有柔性陰極保護運行情況的分析 油房莊生產(chǎn)運行庫儲油罐設計中的底板下配備有涂層和柔性陽極（見圖3），壁板下設置環(huán)形鋼筋混凝土底座和瀝青砂墊層。

圖3 10 萬立方米儲罐罐底外壁陰極保護柔性陽極敷設圖

每座儲油罐配備一個恒電位儀，各項參數(shù)（見表2），采用外加強制電流陰極保護的方法對每具儲油罐罐底進行電位保護。

表2 陰極保護間各測點保護電位值（2021.2 月～7 月）

儲油罐罐底板外側(cè)的保護主要靠柔性陽極保護，罐底是否處于保護電位以及罐底能否受到保護和恒電位儀的運轉(zhuǎn)好壞有直接的關(guān)系。

通過選取2021 年2 月到7 月正常狀態(tài)時每月的最大最小保護電位作為研究對象，判斷保護電位是否滿足實際需求。

保護電位值處于-0.864～-1.141 V 的范圍，最小值小于-0.85 V，保護電位在-0.850～-1.400 V，儲罐底板下保護電位滿足設計要求，每個儲油罐都得到了保護。

建議：（1）在今后的管理中加強對陰極保護系統(tǒng)的培訓和維護管理。①請專業(yè)人員對陰極保護裝置進行系統(tǒng)專業(yè)的培訓，使員工明白設備運行原理，對常見故障做出判斷和解決。②對陰極保護裝置明確責任人和責任義務，同時注意雜散電流干擾、特殊天氣對陰極保護裝置的干擾，加強設備日常的檢修和維護。

（2）在今后罐底板下柔性陽極的建設中加強施工現(xiàn)場管理，嚴格參照施工圖紙規(guī)范施工，提高罐底混凝土支墩和瀝青砂防護層的施工質(zhì)量，在油罐安裝完畢后對邊緣板做防滲水處理，避免大氣、腐蝕介質(zhì)侵入造成腐蝕。

3.2 犧牲陽極塊保護的應用

3.2.1 罐底、罐壁加裝陽極塊的可行性分析 在罐底板內(nèi)側(cè)和部分罐身圈板采用陰極保護技術(shù)上是可行的，但是考慮到外加電流的輔助陽極在儲罐內(nèi)不易檢測和更換，只能在儲罐內(nèi)部選取體積小、壽命長的陽極塊。2021 年8 月，擬在油房莊生產(chǎn)運行庫3#、4#儲油罐開展清罐作業(yè)，清罐后在罐底、罐壁以及加熱浮盤管處加裝陽極塊，對儲油罐下方及底板進行系統(tǒng)的保護。從穩(wěn)定性和安全上考慮，建議選用鋁合金作為陽極塊。

3.2.2 實施后對儲罐保護的分析 鋁合金陽極塊在氯離子環(huán)境中使用壽命長、產(chǎn)生電量大、陽極性能良好，適宜在積水層中使用，通過實施該保護措施可以使儲罐內(nèi)部罐底內(nèi)和側(cè)壁2 m 以下得到有效保護。

3.3 緩蝕劑的應用

緩蝕劑是解決油、氣、水儲罐腐蝕的有效方法，根據(jù)作用分類，常見的緩蝕劑有三種（見表3）。

表3 不同種類緩蝕劑的劃分

3.4 熱噴涂技術(shù)的應用

3#、4#罐清罐后，可以結(jié)合現(xiàn)場情況，對腐蝕嚴重的部位采取熱噴涂技術(shù)[2]進行儲罐維護。

采用熱噴涂技術(shù)后具有以下優(yōu)點：

（1）涂層與金屬母體的結(jié)合力更強，防腐層的結(jié)構(gòu)更緊密，能夠?qū)崿F(xiàn)終身不脫離的效果；

（2）金屬熱噴涂技術(shù)的防護效果比較好，美國針對金屬熱噴涂技術(shù)進行長達19 年的掛片實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)即使不使用外防護罩只要涂層達到一定厚度就可以實現(xiàn)對金屬母材的保護，而且防腐效果比較好。

（3）在涂層中互滲層、外涂層等不同層都可以采用多種材料，使防腐層具有多種變化情況，無論是高溫、強酸堿還是其他惡劣的環(huán)境都能夠?qū)崿F(xiàn)良好的防腐作用。

（4）金屬防腐熱噴涂技術(shù)的強度比較高，不容易損壞，特別是極端的條件下即使局部位置破損，也不會影響整體防護層，在互滲層的保護下也能夠起到防腐作用。

（5）金屬防腐熱噴涂技術(shù)的價格相對來說比較便宜，同時防腐作用強。

4 結(jié)語

引發(fā)和加快儲罐腐蝕速率的原因是多樣性的，要建立健全管理體系，注重儲罐及其附屬設施的日常巡檢和維護應用，加強對采油廠來油成分的檢驗鑒定，合理安排儲罐運行機制。從技術(shù)上要不斷加深對腐蝕機理的研究探尋，加強新工藝、新材料、新防腐方法的引進，結(jié)合自身生產(chǎn)實際，應用到現(xiàn)場中。