大型原油儲罐防腐管理

劉曉峰 劉 寧 郭瑞霞 劉 烜 李新建 袁 輝

中國石油廣西石化公司 廣西欽州 535000

老基地建設時間早，工程建設技術水平低，油品本身存在腐蝕性，疊加外界諸多環境因素，導致儲罐部件呈現緩慢的腐蝕。若放任儲罐自由腐蝕沒有加以管控，往往會導致安全生產事故事件，帶來巨大的社會負面反響、經濟損失和環境破壞。根據統計，因腐蝕導致的儲罐安全生產事故中，超過70%是因為外底板腐蝕所致[1]。因此，提高對儲罐腐蝕預防的管控措施和技術尤其重要。

1 國內大型儲罐防腐發展研究

1.1 罐內原油硫分對儲罐金屬部件的腐蝕及危害

胡震等[2]研究表明罐內部的原油含硫元素以非活性硫和活性硫兩種形式存在，其中低分子硫醇、硫單質和硫化氫等活性硫以電化學腐蝕、化學腐蝕和生物腐蝕三種形式對儲罐內部構件進行腐蝕，腐蝕所產生的硫化亞鐵極易自燃。毛光斌等[3]研究認為高含硫原油儲罐硫腐蝕產物的放熱氧化反應過程分為初級、中級和完全氧化三個階段，在高含氧條件下，極易產生自然。陳曉東[4]研究發現上游生產過程產生的高礦化度水含有大量H2S、SRB、O2、CO2、Ba2+、Ca2+、Mg2+、SO42-、CHO3-、CI-等腐蝕物質和元素，經過研究，這些物質和元素會對原油罐加熱盤管產生腐蝕。

1.2 罐外環境對儲罐外部部件的腐蝕及危害

仲為為[5]通過干濕交替實驗和利用鹽霧試驗，提出沿海空氣環境溫度、濕度及氯離子濃度對儲罐外壁材質Q235 具有腐蝕作用的觀點。實驗結果表明:環境溫度介于25～40℃間時，Q235 鋼的腐蝕速率與問度成正相關，隨溫度升高增大；氯化鈉的質量分數介于0.875%～7%范圍時，Q235 鋼的腐蝕速率呈現拋物線變化趨勢，先增大后減小，峰值出現在在氯化鈉的質量分數為1.75%時。相對于鹽霧持續沉降的環境，增大Q235 的腐蝕速率是干濕交替。林冠堂[6]研究發現，沿海空氣環境下的溫差較大變化和快速空氣流動會使球形罐鋼材料外側表面所形成的水膜干濕循環速度變快，加快腐蝕的發生，這是導致氫致開裂型應力腐蝕開裂的根本原因。張倩[7]通過研究提出在Cl-溶液中，Q235 鋼在不同的Cl-溶液重呈現出不同的腐蝕速度，但總體來講Cl-對Q235 鋼存在腐蝕影響。

1.3 基礎不均勻沉降對罐底板的物理損壞和腐蝕危害

淡勇[8]研究提出主要影響儲罐外底板腐蝕的因素是雜散電流腐蝕、土壤腐蝕、陰極保護缺陷和涂層失效。張璐瑩等[9]通過沉降模擬試驗以、有限元模擬分析和聲發射模擬腐蝕速率試驗，提出儲罐不均勻沉降導致罐底板應力發生變化，加快罐底板腐蝕的結論。

2 基本原理

2.1 儲罐內部電化學腐蝕

雨水通過罐壁和緊急排水閥進入關內，H2S 在水中漓解，H2S→H++HS-，HS-→H++S2-。

金屬腐蝕:Fe→Fe2-+2e。

陰極反應:2H++2e→H2。

2.2 管壁外表面環境腐蝕

沿海空氣中所含的鹽分沉積在儲罐外表面。沿海濕度大，宜在儲罐外表面形成水膜溶解鹽分，形成電解池，導致腐蝕。

2.3 罐底板腐蝕

儲罐底邊腐蝕分為上表面腐蝕和下表面腐蝕，上表面腐蝕屬于罐內附屬，下表面屬于罐外腐蝕。下表面的腐蝕成因有兩種，第一種是由于儲罐不均勻沉降，形成空隙，沿海空間進入形成腐蝕，第二種是由于地下水經“毛細血管”滲入瀝青砂層，導致罐底板腐蝕，Fe2++S2-→FeS，FeS+202→Fe2++S042-，Fe2++2H20→Fe(OH)2+2H+。

3 儲罐防腐技術

3.1 內壁防腐

3.1.1 選用優質的防腐涂料

防腐涂層是防止儲罐腐蝕的最經濟、最有效的保護措施。基于對儲罐腐蝕的機理分析，防腐涂層應滿足以下性能要求:穩定的耐化學性；良好的耐水性；高玻璃化溫度；抗彎曲、抗沖擊、耐磨等機械性能良好；附著力和抗陰極剝離性能強;穩定的電性能。宜選用環氧類涂料。

3.1.2 陰極保護

陰極保護是針對電化學腐蝕的防腐蝕技術，常用于儲罐底板上表面的防腐。其原理是為了不使金屬因為失去電子而形成離子被溶液溶解，對金屬進行大量電子補充，使金屬處于整體負電子過剩狀態。這一過程包括陽極反應、陰極反應，和陰陽極之間的電子移動三個部分。陰極反應為還原反應，發生于金屬表面也就是陰極。陽極反應為氧化反應，在輔助陽極的表面進行。陰極保護、外加電流和涂層疊加使用是預防腐蝕的較為合理的方法。

3.1.3 周期性檢查

按照國家標準和企業生產管理規定定期對儲罐進行檢查，條件允許優先采用清罐進罐檢查，若條件不允許可以先采用儲罐在線檢測出具RBI 報告，根據RBI 報告情況決定是否進一步清罐進罐檢查。

儲罐在線檢測是基于聲發射原理的現代設備的應用，即聲發射檢測技術。聲發射原理是材料在應力作用下發生變形或裂紋擴展，局域源快速釋放能量產生瞬態波動的現象。材料在產生變形或者裂紋的全過程以及摩擦或撞擊時，均產生這種聲波，是一種日常現象。不同材料由于上述原因所產生的信號有所差異，信號幅度范圍大小不一，這些信號被先進的檢測儀器接收、記錄存儲、分析，經過推算確定發射源的位置。通過聲音信號來確定檢測對象缺陷程度的技術被稱為聲發射檢測技術。聲發射技術在儲罐檢測中相對于傳統清罐進罐檢擦具有價格優惠、環保、安全等優勢。目前已經成為大型儲罐檢測的首選方式。

RBI 是一種動態的系統檢驗方法，該方法全方位考慮評估對象潛在的失效模式、失效機理、失效可能性和失效后果，注重安全性與經濟性的統一，運用風險理念，將流程中所涉及的全部設備按照風險水平大小進行排序，根據不同的設備風險水平、失效模式和失效機理確定相對應的檢驗策略。允許業主將集中主要資源用在高風險設備上，優先保證高風險設備的檢修維護工作，同時兼顧低風險設備。在大幅提高程生設備的可靠性和安全性前提下，降低檢測維修成本[10]。

3.2 外壁防腐

涂層保護分為金屬涂層和非金屬涂層。金屬涂層保護是通過電鍍、擴散（滲）渡、熱浸渡及熱噴涂等方法對儲罐金屬表面進行金屬或合金涂層的總稱，即金屬鍍層[11]。非金屬涂層是涂抹涂料，外加襯里等方法形成隔離層，以起到對金屬構件的保護作用。

大型地上儲罐幾乎所有鋼制結構均處于大氣環境中，尤其沿海大型儲罐與含海水空氣接觸更容易因氯離子含量高而加速腐蝕。在大型儲罐鋼制結構上涂漆，是大型儲罐金屬、鋼制結構與空氣隔絕，這種防腐方法簡便、節約成本、維修方便。采取在儲罐外表面噴涂環氧云鐵中間漆加環氧富鋅底漆再加丙烯酸聚氨脂面漆的方法，該方法是當前較為常用的方法。

3.3 儲罐底板下表面防腐

常用方法：環氧瀝青或瀝青涂層法；外加電源的陰極和犧牲陽極保護措施；聚氨醋涂層或環氧類涂層配合外加電流的陰極保護法；環氧煤瀝青面漆涂加水性硅酸鋁富鋅涂料層法等。

儲罐底板外邊緣板的防腐主流措施是：將一定量的填充物加入防水涂料CTPU 中配置成粘泥或膠泥，在外邊緣板上涂覆，再用貼覆玻璃布增強涂層強度。

3.4 通用技術

金屬熱噴涂技術的涂層比其他涂層防腐技術與母體金屬的結合力更強，結構更緊密，強度高不易損壞，能夠實金屬母體終身不腐蝕的效果。價格事宜。

4 儲罐防腐工作的保障

4.1 加強風險識別

為了實現大型儲罐生產過程安全管理，首先要針對對儲罐生產過程進行風險識別，針對識別出的風險因素制定風險削弱措施，并剛性落實。風險識別主要對象包括極端天氣、廠外管廊沿線、裝置、物料、過程參數控制等。

設備的風險是指識別出儲罐工藝流程上的所有設備參與工藝生產的風險。主要有由于物料的高壓、高溫、毒性、高腐蝕性、易燃和易爆等特性而導致人員燒傷、中毒、窒息或現場發生著火爆炸以及環境污染等風險。對于此類問題的風險識別要從設備本質安全角度切入開展，即根據設備材質、物料的特性、原理和作業程序等進行深入分析，制定出合乎情理的風險削弱措施。

4.2 理順安全管理系統強化執行力

全面搜集和分析儲罐儲運過程安全管理系統的管理要素，經過人機對話將復雜的社會系統轉化為簡單易懂自然界的二元數字對象，借助數學模型，構建科學的管理體系。經過高層領導的大力支持和深入基層的大力宣傳，使基層員工感受到高層領導對油氣儲運過程安全的重視，對過程安全管理系統貫徹的堅決態度，使基層員工感受到過程安全管理系統對員工本身作業安全的積極作用。促使員工發自內心的主動的貫徹和落實油氣儲運安全管理系統，在平常工作中遵守操作規程不違章，安全巡查工作不流于形式，積極主動學習補充安全防護知識和技能。

4.3 強化安全信息管理

在儲罐儲運過程安全管理中，全面收集生產過程涉及的物料理化性質、動靜設備運行參數和原理、油氣儲運過程控制系統參數、MES 參數、LIMES 參數、應急系統參數、生產輔助系統參數、勞動保護裝備參數等信息。詳細分析不同信息對生產過程的影響，尤其是在安全信息數據波動較大情況下如何采取相應措施保證生產過程安全平穩。例如，來料黏度突然大幅下降，基層單位工程師應當根據來料資料，給一線班組下達開啟換熱站對油品加熱至高于凝點15℃方能進行儲運工作；臺風即將登陸應當提前做好停止生產和一線受影響嚴重崗位員工退守方案；新建改建擴建項目，提前搜集原理、以往事故事件和注意事項編制成教學資料，提前對一線操作員進行培訓等。

4.4 事故事件管理

4.4.1 事故報告

在營運過程中難免發生事故，發生事故以后的報告機制體現了石化企業對事故處置和后期同類事件預防的態度。事故報告主要包括事故報告時間、比例和報告政策，其中事故報告時間對過程安全生產系統影響最大，因此在事故報告方面須要重點關注如何將事故報告時間縮短，同時提高事故報告比例，形成事故報告機制，規范事故報告政策，做到高效完整的傳遞事故報告信息，保證安全生產，從而提高企業安全生產管理水平。

4.4.2 事故學習

公司內部和外部對每一件企業內部事故都會進行事故調查和追責，事故調查包括事故直接原因、間接原因調查，隨后針對原因提出整改意見或風險削弱措施，最后形成事故調查和處理資料進行傳閱。在一線的事故事件學習中側重基于事故事件舉一反三查找本部對應的隱患點，實施有針對性的進行風險識別，而后落實風險削弱措施。

4.4.3 注重事故預防

當下安全防護科技并未達到杜絕由于設備設施的本質安全、人為因素和系統安全漏洞導致風險的技術條件，同時事故事件又具有偶然性、因果關系性。因此，對于事故事件無法完全杜絕。員工要清醒的認識到這一點，為了切實實現本質安全，在過程安全管理系統界面和邏輯走向確定后，更進一步會發現，事故事件管理所起到承上啟下的重要作用。所以，針對內部外部事故事件分類歸檔，尤其是對于內部已經發生的事故，要求當事生產部門進行事故調查，在公司總經理會議上進行安全經驗驗分享，總結不足。從高級領導層面的身體力行告誡和啟發一線員工公司領導對于過程管理安全的高度重視。同時，要基于HAZOP 和PHA 等科學手段針對油氣儲運過程作業任務進行風險識別，識別內容包括員工的不安全行為、不安全狀態、程序偏差、設備和物料的不安全狀態、作業流程、作業過程、員工勞動紀律和操作程序、設備設施、公司周邊居民等，將作業任務細化到不能分解的單元，識別每一個單元發生改變可能帶來的風險，針對這些風險制定風險削弱措施，并積極落實風險削弱措施。在一線過程安全管理過程中時刻保持“安全第一，預防為主”理念，注重“事前”預防。

5 總結

在日常生產過程中，儲罐因腐蝕所導致的重大事故屢見不鮮，社會反響極為不利，環境破壞不小，經濟損失巨大。因此，針對儲罐的防腐工作十分重要，應從深入分析腐蝕機理，尋找對策，制定管控措施，剛性執行，預防儲罐腐蝕和可能產生的事故。