罐底穿孔是原油儲(chǔ)罐比較常見(jiàn)的腐蝕問(wèn)題，而罐頂?shù)母g減薄甚至穿孔則一直被忽視，沒(méi)有引起足夠的重視。由于受服役時(shí)間長(zhǎng)和原油逐年劣質(zhì)化等因素影響，導(dǎo)致某石化公司零位罐區(qū)4臺(tái)原油緩沖罐罐頂腐蝕減薄嚴(yán)重并有穿孔發(fā)生。該文以罐區(qū)4臺(tái)原油緩沖罐罐頂腐蝕減薄穿孔為例，詳細(xì)分析了罐頂腐蝕的原因，并提出了具體的防護(hù)對(duì)策。
關(guān)鍵詞：原油緩沖罐；腐蝕機(jī)理；防護(hù)對(duì)策
1 原油緩沖罐基本情況
某石化公司零位罐區(qū)于1983年建成投用，有原油緩沖罐(G001至G004)4臺(tái)，輕污油罐4臺(tái),原油緩沖罐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。罐區(qū)主要承擔(dān)進(jìn)廠原油的中轉(zhuǎn)和盛裝各類輕質(zhì)污油的任務(wù)，其中每年中轉(zhuǎn)原油3 Mt左右。
表1 零位罐區(qū)4臺(tái)原油緩沖罐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
2 原油緩沖罐罐頂腐蝕現(xiàn)狀
在2015年裝置停工檢修期間，對(duì)零位罐區(qū)G002和G003罐進(jìn)行了清罐檢修。檢查發(fā)現(xiàn):在兩臺(tái)罐頂板靠近角焊縫300 mm環(huán)形范圍內(nèi)的多個(gè)部位都發(fā)生了腐蝕，而且腐蝕區(qū)域呈片狀剝離脫落和腐蝕穿孔,G002罐頂板腐蝕區(qū)域脫落最大面積約100 mm×200 mm,腐蝕穿孔最大直徑5 mm；G003罐罐頂板腐蝕區(qū)域脫落最大面積約90 mm×150 mm,腐蝕穿孔最大直徑4 mm。在兩臺(tái)罐頂板靠近角焊縫300 mm環(huán)形區(qū)域內(nèi)，取均勻分布的20個(gè)點(diǎn)進(jìn)行超聲波測(cè)厚(見(jiàn)圖1)。測(cè)厚結(jié)果顯示：設(shè)計(jì)4 mm厚的罐頂鋼板，G002罐罐頂測(cè)厚區(qū)域平均厚度為2.49 mm,最薄處2.12 mm；G003罐罐頂測(cè)厚區(qū)域平均厚度為2.71 mm,最薄處2.47 mm。由于4臺(tái)罐的材質(zhì)、介質(zhì)、投用時(shí)間和運(yùn)行環(huán)境相同，懷疑G001和G004罐罐頂也存在同樣的腐蝕問(wèn)題，因此對(duì)G001和G004罐罐頂也進(jìn)行超聲波測(cè)厚，4個(gè)罐各20個(gè)測(cè)厚點(diǎn)的檢測(cè)匯總結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，G001和G004罐罐頂也存在相似的腐蝕減薄情況。
圖1 罐頂超聲波測(cè)厚檢測(cè)點(diǎn)分布
為了進(jìn)一步掌握罐頂整體腐蝕情況，對(duì)G002罐罐頂內(nèi)圈(半徑為1 000 mm范圍內(nèi))區(qū)域取均勻分布的10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行超聲波測(cè)厚，結(jié)果見(jiàn)表3。內(nèi)圈平均厚度為3.45 mm,外圈平均厚度為2.50 mm，說(shuō)明罐頂鋼板腐蝕減薄程度由內(nèi)向外逐步加重。
表2 罐頂超聲波測(cè)厚檢測(cè)匯總結(jié)果 mm
表3 G002罐罐頂內(nèi)外圈測(cè)厚結(jié)果 mm
注：數(shù)據(jù)取罐頂測(cè)厚點(diǎn)奇數(shù)位置數(shù)據(jù)。
由表3可以看出,原油緩沖罐罐頂板腐蝕程度由內(nèi)向外逐步加重，罐頂板靠近角焊縫300 mm環(huán)形范圍區(qū)域均存在嚴(yán)重的腐蝕減薄甚至穿孔問(wèn)題。
3 原油緩沖罐罐頂腐蝕原因
3.1 罐頂內(nèi)壁防腐措施缺失
原油緩沖罐均有保溫，但罐頂未采取保溫措施。定期對(duì)罐頂外部進(jìn)行涂料防腐蝕，很好地保證了原油緩沖罐良好的外觀。由于罐頂內(nèi)壁除銹刷漆作業(yè)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，因此在歷次檢修期間只對(duì)原油緩沖罐進(jìn)行清罐和測(cè)厚，并未對(duì)罐頂內(nèi)壁采取過(guò)任何防腐蝕措施。當(dāng)罐頂外觀狀態(tài)良好，測(cè)厚數(shù)據(jù)顯示腐蝕減薄不明顯時(shí)，清罐檢修周期(6～9 a)較長(zhǎng)，平時(shí)缺乏有效的罐頂腐蝕檢測(cè)手段，罐頂內(nèi)壁腐蝕問(wèn)題容易被忽視，因?yàn)榉栏g措施不到位，最終造成罐頂腐蝕減薄甚至穿孔。
3.2 潮濕空氣環(huán)境下的腐蝕
原油緩沖罐儲(chǔ)存原油，用蒸汽加熱來(lái)提高原油的流動(dòng)性。一般進(jìn)入儲(chǔ)罐的原油溫度較高，加之罐頂外表面無(wú)保溫，當(dāng)外界氣溫較低時(shí)，罐頂氣相空間與外部環(huán)境形成較大的溫差，罐頂氣相空間內(nèi)水汽遇到溫度較低的罐頂板，就會(huì)冷凝在半球型的罐頂內(nèi)壁上，形成水滴，而水滴在重力作用下，沿著罐頂內(nèi)壁弧形面滑落積聚在靠近角焊縫的罐頂板一側(cè)環(huán)形區(qū)域。這種過(guò)程不斷重復(fù)發(fā)生，就給長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境下的罐頂提供了腐蝕的充要條件[1]。腐蝕的過(guò)程如下：
2Fe+2H2O+O2→2Fe(OH)2
鐵在水和氧氣的緩慢作用下生成氫氧化亞鐵，因?yàn)闅溲趸瘉嗚F在含氧環(huán)境中化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)后生成氫氧化鐵。
4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3
氫氧化鐵脫水，在緩慢復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中生成鐵銹。
2Fe(OH)3→ Fe2O3+3H2O
罐頂氣相空間在干濕交替變化下，銹蝕層由表向里逐漸擴(kuò)展，形成鼓包和分層。隨著腐蝕不斷加深和擴(kuò)展，腐蝕區(qū)域在內(nèi)外力作用下呈片狀脫落，最終發(fā)展為嚴(yán)重減薄甚至穿孔。
3.3 濕硫化氫腐蝕
高硫原油中含有較高濃度的硫化氫，硫化氫是引起鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐頂腐蝕的一個(gè)重要因素。表4是由檢測(cè)站每天11∶20對(duì)某進(jìn)口原油硫化氫逸出濃度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從表4可以看出，原油中含有的硫化氫濃度比較高，在潮濕的環(huán)境下，為H2S-H2O型電化學(xué)腐蝕提供了條件。
硫化氫遇水后生成的氫硫酸，在水中發(fā)生電離，對(duì)金屬腐蝕為氫去極化作用，其反應(yīng)式為：
陽(yáng)極：Fe→ Fe2++2e
陰極：2H++2e→ H2
2H2O+O2+4e→ 4OH-
Fe2++S2-→ FeS
表4 原油槽車打蓋時(shí)的硫化氫質(zhì)量濃度
注：冒口濃度是剛開(kāi)蓋時(shí)檢測(cè)；冒口以上50 mm及平臺(tái)的監(jiān)測(cè)是打蓋后8～15 min后的數(shù)據(jù)。
4 防護(hù)措施
近年來(lái)，鋼質(zhì)儲(chǔ)罐腐蝕問(wèn)題日趨嚴(yán)重，儲(chǔ)罐內(nèi)防腐蝕層或襯里成為控制內(nèi)腐蝕的主要措施。結(jié)合罐頂內(nèi)壁實(shí)際腐蝕情況，考慮到襯里防腐蝕對(duì)基體除銹等級(jí)要求高，因此，采用涂刷防腐蝕涂料的措施來(lái)延緩罐頂內(nèi)壁腐蝕，同時(shí)也對(duì)G002和G003罐罐頂外圍徑向1 000 mm環(huán)形區(qū)域用6 mm 厚的鋼板進(jìn)行了補(bǔ)焊加固，確保儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。當(dāng)時(shí)因G001和G004罐不具備安全施工條件，未安排檢修作業(yè)，在2019年裝置停工檢修時(shí)，根據(jù)這兩臺(tái)罐的腐蝕情況，對(duì)這兩臺(tái)罐的罐頂進(jìn)行了更換。
4.1 涂料選擇
針對(duì)原油緩沖罐內(nèi)各氣相部位潮濕和硫化氫濃度較高的問(wèn)題,石油化工行業(yè)通常采用防腐蝕涂料進(jìn)行防腐蝕[2]，常用防腐蝕涂料見(jiàn)表5。從施工難度、環(huán)保經(jīng)濟(jì)和防腐蝕效果的角度考慮，選擇了環(huán)氧類防腐蝕涂料(兩道底漆兩道面漆)。底漆選用環(huán)氧樹(shù)脂底漆與環(huán)氧磷酸鋅底漆配套使用，面漆選用環(huán)氧樹(shù)脂防腐蝕涂料，這樣搭配的漆膜堅(jiān)硬耐久，附著力強(qiáng)，耐潮濕，防腐蝕性能較好。
表5 常用防腐蝕涂料
注：表中“√”表示性能較好，宜選用；“○”表示性能一般，可選用；“×”表示性能較差，不宜選用；“△”表示由于價(jià)格或施工等原因，不宜選用。
4.2 涂料防腐蝕作業(yè)施工技術(shù)要求
(1)罐頂內(nèi)表面預(yù)處理應(yīng)達(dá)到涂料要求的除銹等級(jí)和粗糙度。除銹作業(yè)時(shí)，不能造成金屬表面損傷。
(2)環(huán)氧酯底漆與環(huán)氧磷酸鋅底漆應(yīng)按照規(guī)定的比例配制，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)使用。涂層厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，每道環(huán)氧漆膜厚度不能小于50 μm。
(3)多道涂裝時(shí)，要嚴(yán)格按照涂料產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)所要求的時(shí)間間隔涂裝，每次涂裝前應(yīng)對(duì)前一道涂層進(jìn)行漆膜固化情況檢查。
5 效果及對(duì)策
2019年裝置停工檢修，對(duì)使用了4 a的G002和G003罐進(jìn)行了開(kāi)罐檢查，罐頂內(nèi)壁防腐蝕涂層整體性完好，涂層表面無(wú)龜裂、起皮、鼓包、脫落等現(xiàn)象，也沒(méi)有銹蝕產(chǎn)物附著在防腐層上。按照涂層的完好情況推算，防腐層可以繼續(xù)使用8 a。這說(shuō)明環(huán)氧樹(shù)脂類涂料，對(duì)鋼質(zhì)原油緩沖罐罐頂有很好的防腐蝕效果。G001和G004罐罐頂已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕，罐頂內(nèi)表面出現(xiàn)大面積銹蝕層脫落和多處穿孔現(xiàn)象，多處鋼板厚度不足2 mm。
在今后的原油儲(chǔ)罐管理中，尤其對(duì)投用周期過(guò)長(zhǎng)，超期未檢的儲(chǔ)罐，一定也要重視儲(chǔ)罐罐頂?shù)姆栏g工作。為保證儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行，建議采取以下措施：
(1)加強(qiáng)原油緩沖罐罐頂?shù)臋z修管理。根據(jù)生產(chǎn)情況提前做好清罐檢修計(jì)劃，定期進(jìn)行檢修，對(duì)于罐頂已經(jīng)出現(xiàn)防護(hù)層失效或基體腐蝕的情況，一定要及時(shí)進(jìn)行防腐蝕處理，防止腐蝕進(jìn)一步加劇。
(2)強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)施工管理，把好施工質(zhì)量驗(yàn)收關(guān)。施工前針對(duì)施工人員、設(shè)備、方法、環(huán)境各個(gè)因素對(duì)質(zhì)量的影響，做好全面質(zhì)量控制。施工過(guò)程中，在做好每道工序的質(zhì)量檢查和驗(yàn)收的同時(shí)，防止人為因素對(duì)鋼板基體和防腐層造成損壞。
(3)儲(chǔ)罐材質(zhì)升級(jí)。對(duì)于在用儲(chǔ)罐部分更換或新建儲(chǔ)罐罐體，可考慮選擇性能更好的鋼材。如用Q345鋼替代Q235鋼。
(4)加強(qiáng)儲(chǔ)罐罐頂防腐蝕管理。因?yàn)楣绊斒絻?chǔ)罐罐頂與介質(zhì)不接觸，相較于與介質(zhì)頻繁接觸的罐底、罐壁腐蝕相對(duì)較慢,因此，容易忽視罐頂?shù)姆栏g，造成儲(chǔ)罐的安全隱患。今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)罐頂防腐蝕管理工作，防止因忽視罐頂防腐蝕而影響整個(gè)儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。
作者：趙靜 葛金輝 (中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)石化分公司）
