濱海核電廠室外柴油儲罐腐蝕分析與處理對策

江 鋒 龐 鵬 金 輝 李楊平 舒 同 肖 娜

（1. 中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；2. 中國核動力研究設計院，四川 成都 610213；3. 中國特種設備檢測研究院，北京 100029）

0 引言

秦山第三核電廠位于杭州灣區海邊，電廠配置有1座室外立式拱頂常壓儲罐，用于儲存輔助鍋爐需要的0#柴油，其有效容積400m3，儲罐尺寸為Φ8346×8690mm，底板及底圈壁板厚為8mm，罐壁板及頂壁板厚度均為6mm，材質為碳鋼Q235A，腐蝕裕度1.5mm。工作溫度為-10.8～39.3℃。儲罐內底部后加涂層保護，儲罐底板與水泥基座采用瀝青來隔絕外部腐蝕介質。清罐檢查跟隨受油設備檢修同步實施，周期為6年。

1 柴油罐腐蝕問題

1.1 柴油罐外壁腐蝕

秦三廠為瀕海電廠，外部環境為海洋性潮濕大氣，室外柴油儲罐外表面包括底板邊沿整體采用環氧油漆防腐處理，無保溫層。

柴油罐外表面的腐蝕以化學腐蝕為主，因油罐外表面防腐層出現缺陷后，金屬基體裸露，接觸空氣而發生，一般腐蝕程度較輕[1]。當處于潮濕環境或濱海大氣環境時，也會出現電化學腐蝕，發生防腐層薄弱處的金屬點蝕問題。在有報道的金屬油罐罐頂外部腐蝕穿孔事故中，主要是連片的點蝕造成穿孔，這類點蝕容易集中在罐頂與罐壁的結合部位[2]。柴油罐有定期的外部腐蝕檢查，發現外表面防腐層缺陷，進行缺陷處理。投運20余年以來，柴油罐外表面主要是局部的涂層開裂導致的銹蝕、涂層自然老化而出現的粉化、局部點蝕等現象，罐頂部分區域排水不暢或檢修而造成的防腐層缺陷，經過常規的油漆防腐施工即可完成缺陷消除，未發生明顯的罐壁和罐頂外表面腐蝕問題。

罐體座落在混凝土基座上，使用地腳螺栓結構固定，并設有接地線。底板與混凝土基座之間澆筑瀝青密封，隔絕外部腐蝕介質進入罐體底部。由于儲罐滿載和空載交替、冬夏氣溫變化、太陽紫外線照射等原因，瀝青層已開裂且箱體與水泥基座間存在一定空隙，無法起到阻擋水滲透到箱體底部的作用，雨水沿瀝青裂縫滲入罐底而造成腐蝕；罐底與瀝青接觸不良、罐周與罐中心透氣性差異等，存在氧濃差腐蝕問題[3]，罐體底部狀況如圖1所示。

圖1 柴油罐底板基座

1.2 柴油罐內壁腐蝕

柴油罐內壁常見的失效模式為罐體內外部腐蝕或穿孔、焊接缺陷的擴展、介質和環境引起開裂以及脆性斷裂。柴油腐蝕性主要為油品中的活性硫化物、有機酸性物質、無機酸、鹽類物質和少量的水，引起的腐蝕且以局部腐蝕為主，腐蝕一般發生在罐頂、罐壁的氣液波動區、罐壁底部（積水區）和罐底板。

（1）罐頂氣相空間

柴油罐內頂部常年有一定空間未裝滿柴油，在罐頂部形成油氣空間。在油罐內壁無防腐層保護的情況下，罐頂金屬與油氣直接接觸，以均勻腐蝕類的化學腐蝕為主。這是因為通過呼吸氣閥進入罐內的水分、氧氣、二氧化碳、二氧化硫等及油品中揮發的硫化氫等腐蝕氣體在油罐上凝結成酸性溶液，導致化學腐蝕的發生為0，且為較低水平均勻腐蝕；

（2）油罐儲油部位

油罐的儲油部位，該部位腐蝕速率較低，一般不會造成特殊危險。但罐內氣相、液相交界處，即罐壁氣液波動區，也是干濕交界處，該區域環境潮濕富氧，具備電化學腐蝕的兩大基本要素[4]，該區域的點蝕也是清罐檢查中需要特別關注的問題；

（3）罐底板內壁

GB 252-2015《普通柴油》中標準0#普通柴油油品技術要求表明柴油中含有輕微的水分、S等元素，現場油品取樣結果表明含水量40～65mg/kg，含S量0.005%～0.032%，酸度3.09～4.49mg/100mL（以KOH計）。這些元素隨著沉積水沉積到罐體底部，并將隨著含水量的增加，其腐蝕點越來越多且越來越大。油罐底部含油污水礦化度很高，含有的大量Cl-及硫酸鹽還原菌（SRB）、H2S、CO2等腐蝕性物質形成了電解質溶液，罐底水處于缺氧狀態，正好是硫酸鹽還原菌生存的適宜環境，使腐蝕加劇[3]，在罐底板表面形成大量腐蝕坑。研究表明Q235A鋼材質的柴油罐試片在柴油罐罐底水浸泡30d的腐蝕速率后，均勻腐蝕速率為0.0127～0.023mm/a；點蝕速率為0.292～0.3163mm/a[5]。按照GB/T 50393-2017《鋼質石油儲罐防腐蝕工程技術規范》可以認為在標準柴油環境下，當防腐層出現局部缺陷后，碳鋼底板在在柴油罐底水環境下點蝕等級為“中腐蝕”級別，是罐底板需重點關注的腐蝕問題。

考慮到柴油在運輸、倒運、灌裝等環節中，可能混入的外部雜質等因素，以及儲罐底部罐底水無法徹底清理、長期累積作用下，罐底水的成分發生變化帶來的局部濃度差異導致腐蝕問題，在保守的安全考慮下，柴油儲罐底板內壁最好也能做好防腐保護。

秦三廠柴油儲罐自投運以來執行過2次清罐檢查，2008年檢查時未發現罐體內壁及底板有明顯腐蝕現象，為確保儲罐底板可靠性，在儲罐底板及筒壁1米左右高度范圍內涂刷了防腐涂層。2015年檢查時，防腐層整體狀態良好，未見涂層鼓泡、開裂或脫落等可見缺陷。如圖2和圖3所示。

圖2 柴油罐筒體底部涂層狀態

圖3 柴油罐底板涂層狀態

1.3 應力作用下變形引起的內外部腐蝕

油罐底板邊緣因相鄰殼段彈性薄膜變形而不連續，邊緣兩側的彈性變形相互受到約束，產生彎曲變形，導致邊緣應力的發生。油罐底板與筒體焊接連接區域也正是油罐油料引起的工作應力及焊接殘余應力的高應力分布區。邊緣應力的存在，使得罐底邊緣區域的應力高于其內部區域，當應力達到一定程度時，應力對腐蝕有加速作用[6]。但目前秦三廠柴油罐底部尚未觀察到這種現象。

2 腐蝕監測、檢測及腐蝕防護措施

柴油罐存在內外部腐蝕隱患與現象，電廠從多方面進行柴油罐的腐蝕監測、檢測與防護處理。

2.1 可見部位的監測與檢測

對于柴油罐外表面的防腐層，目前電廠采取定期檢查與隨機發現相結合的方式管理。定期檢查期間，主要檢查柴油罐外部可見的各部件完整性、腐蝕情況，以及油罐整體（包括罐頂、罐體、底板、爬梯等）的油漆防腐有效性狀態；隨機發現，主要是電廠各類工作人員途徑油罐周圍時發現油罐表面可見的銹蝕現象時，及時報告。通過這兩種方式，基本能滿足油罐外表面的腐蝕監督，在油漆防腐工作實施后即可消除腐蝕缺陷。

對于柴油罐內壁，電廠采取定期清罐檢查的策略。按照SY/T 6620-2014《油罐的檢驗、修理、改建及翻建》對油罐的內部檢查推薦的周期要求，從開始運行到首次倒罐檢查不超過10年對罐底原有公稱厚度為7.9mm或更大，最大額定首次檢驗周期為12年。油罐首次檢查之后的檢查間隔推薦周期中，最短20年。秦三廠柴油儲罐2002年開始運行，首次清罐檢查為2008年，第二次檢查為2015年，滿足該標準要求。清罐檢查期間，主要實施油罐內壁的整體腐蝕情況檢查、罐壁及底板的壁厚測量、罐底部的防腐層完整性檢查及缺陷修復。同時，根據秦三廠柴油罐的底板厚度設計值，結合吳愿華研究結果，柴油罐底板內壁的均勻腐蝕問題因腐蝕速率極低，可不考慮其均勻腐蝕問題，而點蝕速率在0.3mm/a左右，如罐底水不能及時清理，則長期點蝕作用下約5年左右即會消耗掉腐蝕裕度，26年左右發生點蝕穿孔。如點蝕部位正好是底板外表面的腐蝕部位，則底板穿孔時間更短。因此，內部腐蝕檢查的重點是罐底板，需要定期檢查。

2.2 不可見部位的監測與檢測

對于室外柴油儲罐，其不可見部位主要是罐底板外表面。目前，行業內對罐底板外表面檢測主要從清罐檢查和不清罐檢查兩種思路。清罐檢查，包括從內部通過超聲波測厚、漏磁檢測、渦流檢測、超聲波A-掃描（或C掃描）等方式確定底板是否有減薄或穿孔，這幾類方法主要存在的缺點是需要清罐進入罐內，工作量大，效率低，成本高，對操作者要求高，儀器笨重，不能準確定性定量等；不清罐檢查，包括罐外直觀檢查、油面高度檢測、就地檢查等確定底板是否有穿孔滲漏，這些方法實施簡單，但當地基滲透性較高、底板滲漏輕微、罐體過大時，適用度有限。因此，行業內目前主要研究應用的技術是腐蝕監測技術，代表性技術是在線聲發射監測及基礎檢漏層實時監測。基礎檢漏層實時監測需要將檢漏層事先至于罐底基礎下，適用于新建儲罐或能吊起新增檢漏層的儲罐，對于已建成的儲罐適用性差。而在線聲發射監測，不需要清罐，不需要將儲罐吊起，直接在罐外實施，非常適合與建成的儲罐。聲發射在線檢測在于整體評價罐底板腐蝕嚴重程度，難以定量評價儲罐底板的腐蝕程度。李明駿等人[7]通過儲罐底板腐蝕聲發射全域監測方法的聲發射特性實驗結果表明，預埋式和浸入式儲罐底板腐蝕聲發射全域監測方法均可應用于儲罐底板腐蝕狀態的檢測，能夠提高檢測的可靠性。

綜合評價以上現有罐底板檢測和監測技術，秦三廠可以考慮采取聲發射技術作為電廠監督室外柴油罐底板腐蝕情況的有效手段，必要時清罐進行全面檢測和驗證。

2.3 柴油罐腐蝕防護措施

秦三廠室外柴油儲罐內壁的防腐涂層已經使用近15年，超出了常規防腐涂層的有效壽命，面臨擇機重新防腐處理的需求。底板外部瀝青也早已老化開裂，罐底板不可避免已發生局部腐蝕，需要進行封閉處理。

柴油儲罐內壁防腐，主要考慮油液及罐底水的腐蝕性，目前國內仍然主要使用環氧樹脂、環氧煤焦瀝青漆、環氧富鋅底漆、鉻鋅無機涂料等常規涂料實施油罐內壁防腐保護。這些涂料價格低、施工簡單，可根據油罐的操作條件選擇不同的涂料和涂層工藝，但一般防腐層壽命較短，無法良好滿足長期使用要求。新開發的油罐內壁防腐技術，如防靜電玻璃鱗片涂料[8]、電弧噴涂鋅鋁合金覆蓋層[9]、玻璃纖維增強樹脂襯里0、陰極保護專用涂料搭配鋁基合金犧牲陽極0的油罐內壁防腐保護方法等，在實際應用中均獲得良好的效果，施工便利、費用較低、防腐壽命長。

秦三廠在一般的儲罐內壁使用樂泰或Resimac系列的高固態陶瓷類涂料，這類涂料多數可用于油罐防腐，因一般涂裝厚度在0.5mm以上，只需要考慮涂料的耐化學腐蝕性即可。實踐證明高固態陶瓷類耐化學腐蝕的防腐涂料能滿足柴油罐內壁防腐的需求，防腐有效性可達15年以上。

對于儲罐底板外部與基座之間的縫隙封閉處理，采用常規的防腐材料因無法適應罐體基座伸縮和邊緣應力的變化而不能滿足防腐需求，需專門設計有彈性、可塑性、不固化、不老化、密封性好、便于檢查、施工方便的密封防腐系統，尤其是對于表面處理要求不能高。上海金屬腐蝕與防護技術有限公司的胡釗等人以橡膠改性瀝青防水底漆、粘彈密封膠帶、礦脂（酯）油性防腐涂層體系組合為主要構成，已開發出滿足上述要求的防腐密封系統，具有水汽無法滲透、所有材料不固化、不硬化、不開裂、柔韌、有彈性、能夠耐無機酸、堿、鹽物質的腐蝕和良好的電絕緣性、阻燃性；施工中不需動火、不需加熱、不需用電、不需動力工具，防火、防靜電安全性有保障；表面處理要求低，施工極其簡便、速度快、效率高，對儲罐的工作運行沒有任何影響。該防腐系統完全可用于秦三廠室外柴油儲罐底板的封閉防腐處理。

3 結語

（1）室外柴油儲罐面臨罐體內外部腐蝕問題，外部主要是表面防腐層在自然條件下的老化引起腐蝕，以及儲罐底板與基座之間的封閉層失效、腐蝕性介質進入底部引起的腐蝕。內部腐蝕主要是油品儲存帶來的油氣空間均勻腐蝕、氣液波動區局部腐蝕、罐底板均勻腐蝕和點蝕等問題；

（2）外壁腐蝕可知可控，容易消除腐蝕缺陷。內壁腐蝕需要借助清罐檢查發現，一般周期長，但總體腐蝕風險低，需重點關注罐底板。罐體內壁建議有條件的情況下使用耐油防腐層保護；

（3）罐底板下與基座之間的封閉層出現缺陷時，存在腐蝕介質進入罐底板引起局部腐蝕的風險，需要借助清罐時的內部無損檢測及不清罐時的聲發射等技術進行監測，同時盡早做好底板與基座之間的封閉防腐處理。