一臺15 000 m3立式常壓儲罐開罐檢驗研究

劉 彪 杜家超 王 健 謝曉東 郭 洪

（1.中國石油天然氣股份有限公司華北石化分公司 滄州 062552）

（2.中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

（3.煙臺港集團有限公司龍口港 煙臺 265700）

大型立式常壓儲罐是石油石化行業中重要的液體介質存儲設備，多用于儲存原油、重油、瓦斯油、爐油、石腦油、汽油和非揮發性化學品。某石化廠為了適應加工能力的提升，建立了大量的大型外浮頂原油儲罐，以提高原油儲存能力，保障煉油源頭供應。但儲罐泄漏時有發生[1]，這可能導致火災、有毒物質暴露或其他環境危害。為了保證儲罐的安全運行，及時發現隱患并治理，應根據相關標準對儲罐進行定期檢驗[2-3]。某一臺公稱容積為15 000 m3的立式常壓儲罐投用時間已超過10年，儲罐基本信息見表1，此次進行開罐檢驗。文章根據儲罐主要損傷模式和檢測方法的有效性制定并實施了儲罐的檢驗策略，對檢測中發現的問題進行維修，使儲罐能夠重新投用和繼續運行，并分析問題的根源，提出相關建議，以提升儲罐的管理水平。

表1 儲罐基本信息

1 儲罐檢驗策略

儲罐檢驗的基本原因是確定儲罐所處狀態，確定損傷模式和相關劣化的類型、速率和原因。儲罐檢驗策略應根據儲罐常出現的損傷模式，確定檢測方法和檢測部位。

對于碳素鋼和低合金鋼儲罐，其損傷模式主要有腐蝕和開裂[4]。腐蝕主要包括外部大氣腐蝕、保溫層下腐蝕、底板土壤側腐蝕、內部腐蝕。開裂則主要發生在罐底大角焊縫、人孔和接管角焊縫、底層壁板對接焊縫、底板搭接焊縫交匯處。

根據儲罐是否開罐，儲罐定期檢驗主要包括在線檢驗和開罐檢驗[2]，該儲罐本次進行的檢驗為開罐檢驗。開罐檢驗實施內容主要包括宏觀檢查、超聲波測厚、磁粉檢測、滲透檢測、漏磁檢測和真空試漏檢測等[5-6]，檢測方法的特點不是本文的論述范圍，這里不再贅述。針對損傷模式實施的檢測方法和主要實施部位見表2。

表2 儲罐檢測方法

2 儲罐腐蝕檢測

2.1 儲罐頂板腐蝕

宏觀檢查發現浮艙頂板有多處腐蝕，腐蝕區域超聲波測厚值最小為1.2 mm，甚至出現穿孔，見圖1和圖2。該腐蝕現象為大氣腐蝕[7]，隨著服役時間的延長，頂板防腐層逐漸老化，出現起皮、鼓泡和脫落等現象[8]，進而使頂板母材暴露于大氣環境。

圖1 頂板腐蝕穿孔1

圖2 頂板腐蝕穿孔2

大氣腐蝕是潮濕環境下大氣產生腐蝕的一種腐蝕形式，其主要影響因數是濕度、溫度和大氣中所含鹽及硫化物[9]。根據金屬表面濕度情況，大氣腐蝕可分為干型大氣腐蝕、潮型大氣腐蝕和濕型大氣腐蝕，后兩者腐蝕速率大于干型大氣腐蝕速率。該儲罐公稱容積為15 000 m3，儲罐內徑較大（36 m），浮艙頂板難免會有凹凸不平，雨后長時間積水為頂板潮型大氣腐蝕和濕型大氣腐蝕創造了條件。另外，大氣腐蝕在121 ℃以下，其腐蝕速率隨溫度的增加而加快[10]，該儲罐操作溫度60～80 ℃，加劇了頂板腐蝕。

為了使頂板重新投用，對局部腐蝕及穿孔處采用同規格板材進行貼板維修，對于腐蝕面積較大處則整體更換。當然，質量高、厚度大的涂層能夠延遲頂板暴露于大氣環境下的時間，從而延長頂板使用壽命，所以對頂板整體噴砂、除銹和重新防腐。另外，在日常維護中，罐頂積水應及時清掃。

2.2 儲罐壁板腐蝕

為降低油品運動黏度，保證油品的運輸，該儲罐壁板外部整體保溫。宏觀檢查發現儲罐壁板加強圈上部保溫破損，見圖3和圖4。設備或其結構在保溫層下或耐火層下因積水發生的腐蝕為保溫層下腐蝕（CUI），主要影響的材質有碳鋼、低合金鋼、300系列不銹鋼和雙相不銹鋼[9]。該儲罐壁板材質為16MnR，屬低合金鋼，拆除破損保溫后發現附近壁板和加強圈出現不同程度的腐蝕，這是由于保溫緊靠加強圈，極易出現長時間雨水或消防水的聚集，造成保溫層下腐蝕[11]。

圖3 壁板保溫破損1

圖4 壁板保溫破損2

保溫層下腐蝕的機理是保溫層下的防腐層在浸水環境下加劇老化和破損[12]，使得母材在水相環境下能夠發生電化學腐蝕。所以，避免或減緩保溫層下腐蝕最好的方法是高質量的防腐層和盡可能少的水相環境存在。因此本次維修時，一方面，在保證保溫需求的前提下，對加強圈向上200 mm內保溫切除，以減少水在加強圈處長時間聚集的可能性；另一方面，提高防腐層的質量，對腐蝕區域打磨后重新防腐。

2.3 儲罐底板上表面腐蝕

在罐內與介質接觸的區域，腐蝕通常由酸鹽、硫化氫（或其他硫化物）、露點腐蝕或沉淀在底板的沉積物和水（BS&W）引起[4]。該儲罐介質為原油，底板存有大量沉積水，沉積水的成分較為復雜，通常都含有溶解氧、氯、二氧化硫、硫化氫等，很容易對油罐底板造成腐蝕[13]。底板上表面涂層由于長時間投用老化、涂層施工質量或配比不符合要求等因素，逐漸出現局部破損的情況，使得母材暴露于沉積水中，發生腐蝕。

通過底板宏觀檢查和漏磁檢測，該儲罐底板已經出現了腐蝕，如局部凹坑腐蝕（見圖5）、單板局部穿孔（見圖6）和單板多處穿孔（見圖7）。維修時，對局部凹坑進行堆焊修復，并打磨光滑；對腐蝕較嚴重部位則進行底板更換[14]。

圖5 底板局部凹坑

圖6 單板局部穿孔

圖7 單板多處穿孔

對于圖8所示的在浮頂支柱下方出現墊板穿孔的現象，因為在儲罐付油的過程中，支柱隨浮頂下降，沖擊墊板，破壞了防腐涂層，沉積水進而腐蝕墊板。為防止墊板進一步腐蝕，對底板造成影響，更換支柱下方墊板。

圖8 浮頂支柱下方墊板穿孔

2.4 儲罐底板下表面腐蝕

該儲罐基礎由下至上為壓實填土、壓實灰土、中粗砂墊層和瀝青砂墊層。底板下表面腐蝕機理主要有土壤腐蝕和雜散電流腐蝕等[15]。從邊緣板處進入的潮濕大氣、雨水，以及原始土壤中的水、氧氣和鹽離子等通過基礎墊層裂縫沉積在底板下方，為底板下表面腐蝕創造了條件[16]。

漏磁檢測能夠發現下表面的腐蝕狀況，該罐在邊緣板下表面出現不同程度的腐蝕，最大腐蝕當量為54%，如圖9所示，圖中藍色標注部位為腐蝕位置。為避免水進入邊緣板土壤側，罐體與基礎間設有密封，但由于罐體、基礎和密封三者為不同材質，伸縮系數差異大，長時間投用后不可避免地出現開裂（見圖10），這導致雨水進入并長時間聚集，加劇了底板的下側腐蝕。所以對下表面腐蝕嚴重的底板進行更換后，對密封進行修復，以避免雨水滲入。

圖9 邊緣板底板下表面漏磁檢測結果

圖10 罐體與基礎間密封開裂

3 儲罐裂紋檢測

在公稱容積較大或操作溫度較高的儲罐中，底層壁板焊縫和壁板焊縫尤其關鍵，由于高應力，該處容易產生裂紋狀缺陷[4]。根據檢驗策略，針對開裂損傷模式，對儲罐底板焊縫、一二層壁板焊縫、接管角焊縫和人孔角焊縫進行磁粉檢測和滲透檢測。在壁板內側、一二層壁板之間環焊縫共發現5處裂紋，裂紋大致相同，其中1處裂紋見圖11。因此，在今后儲罐的檢驗中，焊縫的無損檢測亦是不可或缺的。焊縫的質量要求是不允許裂紋的存在[17]，為使儲罐重新投用，裂紋經打磨后消除。

圖11 焊縫裂紋

4 結論

1）本文根據儲罐的主要損傷模式，有針對性地選擇檢驗檢測方法，能夠發現儲罐的腐蝕和裂紋，具有一定推廣意義。

2）對于頂板的大氣腐蝕、壁板的保溫層下腐蝕和底板的腐蝕，腐蝕前往往是防腐涂層的破損，使母材暴露于水相環境，進而出現腐蝕，所以提高防腐層質量、避免或減少水的存在是減緩上述腐蝕的關鍵。由此在施工時的防腐質量控制，運行時的罐底及時脫水，以及巡檢中對容易出現積水部位的重點檢查等是儲罐管理的重要組成部分。