钢质储油罐腐蚀状况预测研究动态

2014-02-03吴松林杨廷鸿王春林

中国储运 2014年3期

文/但琦何超吴松林杨廷鸿王春林

储油罐安全是油库管理者高度关注的问题之一，不仅关系到经济损失、环境污染，而且直接危害油库的安全和人员的生命安全。

在钢质储油罐安全事故中，腐蚀是产生钢质油罐安全的重要因素之一。美国对过去40年发生的242例储罐事故进行了统计分析，有72台储罐约30%的事故是由于与储罐腐蚀引起的[1]。储油罐腐蚀是非常严重的，腐蚀带来的危害很大，而且损失巨大，但是目前对钢质油罐腐蚀特征和腐蚀规律进行定量研究的文献比较少，更多的是一些零星的油罐腐蚀的报道。

为了进一步研究油罐的腐蚀研究钢质油罐的腐蚀特征和腐蚀规律，做好腐蚀预防，减少储油罐因腐蚀带来的灾难，有必要对钢质储油罐腐蚀状况预测研究状况进行梳理和综述。

钢质储油罐腐蚀状况预测研究的主要困难有：一是检测油库油罐的腐蚀速度比较困难，二是不能每年连续检测油库油罐的腐蚀状况，三是油罐腐蚀状况的评价因素的选取。

基于上述困难，大量的文献在研究钢质储油罐腐蚀状况预测时，主要是采用已有的油罐少量的腐蚀数据来研究，更多的是从理论和方法上来研究油罐的腐蚀情况，为了更全面地研究油罐腐蚀性，很多研究者从检测设备和检测方法上去研究油罐的腐蚀性，取得了一些进展，但检测工作量大，操作比较困难。而对钢质储油罐腐蚀状况预测理论的研究有助于对钢质储油罐腐蚀状况预测研究。

钢质储油罐腐蚀状况预测研究储油罐腐蚀状况预测主要包括两个方面：一是腐蚀速度的预测（动态），二是腐蚀状况评价（静态），通过对腐蚀速度的预测和腐蚀状况的评价，从而达到对钢质储油罐腐蚀状况进行预测。

因此在对钢质储油罐腐蚀状况预测研究动态分析时，主要从钢质储油罐的腐蚀速度的预测和钢质储油罐腐蚀状况评价两个方面进行分析讨论。

1.钢质储油罐腐蚀速度预测

钢质储油罐多的腐蚀是比较复杂的，由于钢质储油罐的部位不同[1]，其主要的腐蚀因素也不同，腐蚀速度也不同。由于储罐腐蚀机理复杂性和随机性，腐蚀速度很难刻画。由于储油罐所处的环境不同，腐蚀速度也不同，实际情况下腐蚀速度的数据也很难获取。

1.1 工程实际中储油罐的腐蚀速度研究

在工程实际中研究储油罐腐蚀速度主要是对储油罐罐底的腐蚀速度的研究。研究工程实际钢质储油罐腐蚀速度有两种方法：一种是利用储油罐的沉积水的成分来分析对罐底腐蚀速度[2]，另一种是采用时间序列方法利用连续5年的腐蚀速度来预测今后几年钢质油罐的腐蚀速度[3]、[4]、[5]。

刘伶俐给出了7个储油罐的不同沉积水的成分对罐底有不同的腐蚀速度。刘伶俐认为储罐罐底沉积水来源于油品本身携带的水份和罐内气体空间水蒸汽的凝结，随着时间推移，沉积水就会积少成多。刘伶俐主要检测了沉积水中的PH，全盐，电导率，她认为这些因素是油罐罐底腐蚀的主要因素，它们影响了油罐腐蚀的速度，并且给出了七个储油罐的沉积水成分的含量以及检测到的腐蚀速率。

赵晓刚[3]、肖杰[4]、王丰[5]利用时间序列的方法来分析油罐罐底腐蚀速度。通过已知连续5年的油罐的腐蚀速度，来预测未来几年的油罐的腐蚀速度。赵晓刚、肖杰采用灰色理论的GM(1，1)，王丰利用一元线性回分析，他们都建立了油罐腐蚀预测模型，得到的腐蚀速度随着时间而不断增加的结论，这一结论与实际的腐蚀情况有一定的差距。

在工程实际中，储油罐的腐蚀很复杂，影响储油罐腐蚀的因素有很多，因此在工程实际中研究储油罐的腐蚀速度文献不多，由于没有直接检测油罐腐蚀速度的设备，每年检测它的腐蚀速度和深度是不现实的，如何通过现有的腐蚀数据来预测钢质储油罐腐蚀速度，许多研究者从实验室的角度来研究钢片的腐蚀速度。

1.2 实验室中钢片的腐蚀速度研究

在实验室中，研究钢片的腐蚀主要分三类，一是钢片在沉积水中的腐蚀，主要是针对沉积水对储油罐的罐底的上表面的腐蚀分析研究，二是钢片在土壤中的腐蚀，主要是针对土壤对储油罐的罐底的下表面的腐蚀研究，三是大气对钢片的腐蚀，主要是针对储油罐的外腐蚀分析研究。

（1）沉积水腐蚀。周永璋[6]、孙啸[7]、赵雪坤[8]、曹华珍[9]从沉积水的成分出发，分析影响腐蚀的主要因素，通过实验的方法，讨论了沉积水成分对钢片腐蚀速度影响。

周永璋[6]通过重量法和极化曲线法，通过配制的沉积水研究了油罐沉积水腐蚀行为因素，在浓度较低时，腐蚀速率随着含量的升高而增大，在Cl−含量为5g/L时，在含量为1g/L时腐蚀速率最大，之后随含量增大而降低。用origin拟合出腐蚀速率和Cl−、S O42−浓度之间的关系式。

孙啸[7]对N80钢在沉积水中的腐蚀规律的实验室进行了研究。用“挂片法”确定腐蚀速率与腐蚀时间之间的关系，腐蚀速率与腐蚀时间呈单调下降并趋于稳定的趋势。温度对腐蚀速率的影响，温度在90度的时候，腐蚀速度最大达到0.6mm/a； C a2+离子对腐蚀速率的影响，当的浓度达到250mg/L，腐蚀速度最大达到0.3mm/a；Cl−离子越高腐蚀性越大，离子对腐蚀速率影响，当离子的浓度达到1000mg/L，腐蚀速度最大达到0.3mm/a；PH值对腐蚀速率影响，腐蚀速度随着PH值的升高而降低。

赵雪娥[8]采用静态挂片方法研究了Q235一B钢在沉积水中的腐蚀行为，比较其在不同温度下的腐蚀速度。研究结果表明：随着温度的升高，腐蚀速度呈上升趋势。

曹华珍[9]采用电化学方法测试了在不同S2−，PH值以及不同温度对碳钢的极化曲线。

从以上的研究者得出比较共同的结论：一是钢片的腐蚀速度随着时间的增加，刚开始的时候腐蚀速度上升，随着时间的增加腐蚀速度单调下降，经过一段时间后腐蚀速度趋于稳定，二是和PH值的浓度对腐蚀速度有很大影响，三是温度越高，腐蚀速度越快。

（2）土壤的腐蚀。郭稚弧[10]、陈沂[11]、梁平[12]、贾思洋[13]、翁永基[14]、何树全[15]从土壤的成分出发，分析影响腐蚀的主要因素，通过实验的方法（实验室方法和埋地实验方法），讨论了土壤的成分对钢片的腐蚀速度影响。

郭稚弧[10]分析了土壤中的成分，并用神经网络定量讨论了碳钢在土壤中的腐蚀速度与土壤的PH值、含水量、Cl−离子含量、离子、Fe2+离子等因素之间的关系，腐蚀速度随含水量的增大而增大，呈非线性关系；当含水量较高时，腐蚀速度随pH值的增大略有减小，而当含水量较低时，腐蚀速度则变化不大。随着Cl−含量的增加，腐蚀速度增大，也呈非线性关系。

陈沂用单因素分析法分析了土壤中单因素与腐蚀速度的关系（采用失重法）。试样在孔隙率55%土壤中的腐蚀速率最大，腐蚀速率为9.0g/h；在含水量为25%土壤中的腐蚀速率最大，腐蚀速率为9.0g/h。腐蚀速率随着土壤总含盐量的增加而增大，腐蚀速率随着土壤中Cl−质量分数的增加而增大，腐蚀速率随着土壤质量分数的增加而增大，腐蚀速度与土壤PH值有很大的关系。

梁平[12]讨论了Q235钢在库尔勒地区土壤腐蚀性，他认为同一地区不同时间测的腐蚀因素含量和腐蚀速度是不同的，随着时间增加，影响腐蚀的腐蚀因素的含量在逐渐减小，对腐蚀的影响逐渐减小，腐蚀速度也在减小。

贾思洋[13]认为金属材料在土壤中的腐蚀速度是随着时间的发展而有所变化的。一般来说，金属在土壤中的腐蚀速度起初比较快，随后因时间的延长而呈现降低的趋势。

翁永基[14]认为钢铁在南部地区，钢铁腐蚀速度随土壤含水量增加而增大，而在北部腐蚀速度反而减小。

综上所述，钢材的腐蚀速度与土壤的PH值、含水量、Cl−离子含量、-离子、电阻率、Fe2+离子等有关，腐蚀速率与土壤酸度和含水量呈正比，

（3）大气的腐蚀。马小彦[16]、蔡建平[17]、汪轩义[18]、梁彩凤[19]、李晓峰[20]从大气腐蚀的影响因素出发，分析影响腐蚀的主要因素，讨论了大气的腐蚀因素对腐蚀速度的影响。

马小彦[16]分析了大气对低合金钢腐蚀影响因素为：年平均温度、年平均相对湿度、年RH>80%时数、年降水量、年降雨日数、年日照时数、Cl−浓度，SO2浓度、NO2浓度、雨水pH值以及腐蚀时间，

蔡建平[17]还增加了碳钢中的成分如硫含量、铜含量、磷含量作为影响因素，用神经网络的方法分析讨论了这些腐蚀因素与平均腐蚀速率的关系。

汪轩义[18]运用湿润因子、浸蚀因子和雨水酸度因子作为特征参数来判定该地区的大气环境腐蚀性．这种方法是将未知不能检测地区的大气环境腐蚀用已知地区的大气环境腐蚀进行模式识别和归类。

综上所述，在工程实际中对储油罐腐蚀速度定量研究很少，也很困难，主要由于数据量比较少，赵晓刚[3]、肖杰[4]、王丰[5]研究的油罐腐蚀速度的变化规律主要是基于同一组腐蚀速度数据来研究，这组同一组油罐的腐蚀速度有每年递增的规律，通过模型预测得到的腐蚀速度也是单调上升的规律。因此与实验室研究腐蚀速度得到的结果不同，这受到腐蚀速度数据有限的局限性。

而在实验室中的研究也比较受局限。这些文献都只从某一个方面（如沉积水、土壤、大气）对碳钢腐蚀速度进行了讨论，没有从综合总体上对碳钢腐蚀速度进行研究，没有讨论它们对钢质储油罐腐蚀速度的关系，而钢质储油罐腐蚀是受多方面因素影响的，是一个综合交叉的影响。研究沉积水、土壤、大气对碳钢的腐蚀，这从理论上对于我们的研究钢质油罐的腐蚀起到了借鉴作用。

2.钢质储油罐腐蚀状况评价

客观、准确地对钢质储油罐腐蚀状况进行评价不是一件容易的事。目前研究油罐腐蚀评价的方法主要有两种方式，一种是单一方面评价，如陈光明[21]提出的油罐沉积水腐蚀评价，宋光铃[22]提出的土壤腐蚀性评价、汪轩义[23]提出的大气腐蚀性评价；另一种是综合评价，如李春树[24]提出的通过表征腐蚀状态的腐蚀特征参量来评价腐蚀状态和肖杰[25]提出的模糊综合评判。单一方面的评价方式在实验室研究比较多，评判腐蚀性的等级比较容易，综合评价的方式在工程实际中比较多，但由于腐蚀评价因素的选取不一致、腐蚀评价因素的数据获取以及评判方法的不同，导致腐蚀评价的结果也不一样。

2.1 钢质储油罐腐蚀单一方面评价

陈光明[21]通过对储油罐罐底沉积水的水质分析，由沉积水理化指标对沉积水腐蚀性的重要程度，建立模糊微元评价，对油罐底部沉积液进行腐蚀评价。

宋光铃[22]运用模糊数学的聚类分析原理，根据土壤的理化性质指标对土壤腐蚀类型进行了模糊评价，初步证明了模糊数学方法在土壤腐蚀性评价这一复杂系统中的适用性。

汪轩义[23]运用模糊综合评价方法，选择合适的隶属函数，对我国典型地区的大气腐蚀性进行了综合评价，综合评价结果能较好地反映我国典型地区大气环境的腐蚀性。

综上所述，不管是沉积水的腐蚀性、土壤的腐蚀性还是大气的腐蚀性，他们讨论的都是介质本身的腐蚀性评价问题，并没有讨论分析介质的腐蚀性对钢质储油罐的腐蚀影响。

2.2 钢质储油罐腐蚀综合评价

钢质储油罐腐蚀状况综合评价有两种评价方法，一种是概率评价方法（李春树[24]），另一种是模糊综合评判法（肖杰[25]）。

李春树[24、26]提出六个腐蚀特征参量，采用概率方法计算出六个腐蚀特征参量，并给出了六个腐蚀特征参量的权重的计算方法，通过六个腐蚀特征参量的权重得到储罐底板安全指数积分，从而确定油罐的腐蚀状态或等级。李春树用了一个简单加权的方法来评价腐蚀，这种没有反映出各个腐蚀特征参量影响程度不同。

肖杰利用模糊综合评判建立油罐底板腐蚀失效严重程度多层次评价模型，给出了（200个罐作为样本）腐蚀速率分布的直方图，利用试验储罐底板腐蚀数据，统计出了油罐底板腐蚀速率分布，油罐底板腐蚀速率分布服从正态分布 X～N（0.0229，0.00916）。

这两个评价方法可以对储油罐当前腐蚀状况进行评价，但不能对腐蚀状况进行预测，要对腐蚀状况进行预测，需要对钢质储油罐腐蚀速度的预测，通过对钢质储油罐腐蚀速度的预测来对钢质储油罐腐蚀状况预测。

综合评价比单一方面的评价方法考虑的因素更加全面，评价的效果也趋于合理，但在评价指标的选定和评价标准的确定方面尚存在着许多问题，必须结合具体情况考虑，否则将出现误判。

由上可知，尽管油罐腐蚀状况的评价方法很多，但效果不是很理想，油罐的腐蚀性与理化性质之间是否存在相关性，能不能由各方面的理化性能预测油罐腐蚀状况，即使有关各方面所有因素都已掌握、能否预测油罐腐蚀状况，还是需要进一步探讨的问题。

3. 钢质储油罐腐蚀状况预测研究

钢质油罐腐蚀状况的预测，目前有Bayes判别预测方法（张颖[27]）。张颖采用多元统计方法中的Bayes判别分析理论，根据单因素方差分析方法，确定与储罐底板腐蚀状况相关的外部因素，利用使用时间、存储介质、使用温度、外观腐蚀情况、基础完好情况和储罐容积这6个表征因素分析油罐的腐蚀。把六个表征因素作为输入向量，以Bayes判别级别作为输出目标，利用提取的120个样本数据，建立的储罐底板腐蚀状况Bayes判别预测方程（多元回归方程组）。Bayes判别预测方法比较好，能对油罐罐底的腐蚀给出初步的评价。

Bayes判别预测方法存在以下不足：一是特征参量选取不能完全反映腐蚀规律，并且带有主观评价，缺乏对油罐内部腐蚀特征的描述。二是由于各因素的复杂性和交互作用的影响，这些因素与油罐腐蚀性问题决非简单的线性关系，显然不能用线性回归的常规方法处理腐蚀指标与腐蚀性之间的对应关系，应该是非线性关系。

4.展望

影响钢质储油罐腐蚀的因素是很复杂的，因此研究钢质储油罐的腐蚀速度有一定的局限，目前研究钢质储油罐腐蚀速度预测的模型较多，但每个模型只是针对某种单一情形来研究，对工程实际中储油罐腐蚀，由于检测腐蚀数据的限制导致了对钢质储油罐腐蚀速度预测的困难，因此建立每个储油罐基础数据和定期腐蚀检测数据，对研究钢质储油罐的腐蚀状况的预测是非常必要的，同时应建立一个钢质储油罐腐蚀程度的评价标准和相应的处理措施，是目前急需解决的问题。

1.李春树.常压储罐底板腐蚀检测与剩余寿命预测技术研究[D].华东理工大学博士论文.2009.1～2

2.刘伶俐.原油储罐沉积水对罐底板的腐蚀分析(J).油田地面工程.1999.Vol.12.No.5.30～32

3.赵晓刚，王道庆.钢制油罐腐蚀状况的灰色预测(J).油气储运.1991.Vol.10.No.3.35～39

4.肖杰，刘丽川.储罐底板腐蚀的预测研究(J).腐蚀与防护.2004.Vol.25.N0.12..526～528

5.王丰.油罐腐蚀状况预测(J).油气储运.1992.Vol.11.No.5.4～6

6.周永璋.影响油罐沉积水腐蚀行为的因素(J).腐蚀科学与防护技术.2009.Vol.21.No.3.260～265

7.孙啸.N80油套管钢腐蚀规律的实验室研究及分析(J).天然气与石油.2008.Vol.26.No.4.27～29

8.赵雪坤等.原油储罐底板腐蚀原因分析及控制措施(J).内蒙古石油化工.2006.NO.7.134～136

9.曹华珍，张九渊.在含硫污水中碳钢的电化学行为研究(J).浙江工业大学学报.20O2.V0l.30.N0.2.126～129

10.郭稚弧，金名惠.神经网络在金属土壤腐蚀研究中的应用(J).腐蚀科学与防护技术.1995.Vol.7.No.3.258～260

11.陈沂，闫爱军，王森.Q235钢在陕西渭南土壤环境中腐蚀规律研究(J).陕西电力.2009.V0l.37.N0.2.34～37

12.梁平，杜翠薇，余杰，李晓刚.Q235钢在库尔勒地区土壤腐蚀性的影响因素分析(J).腐蚀科学与防护技术.2010.Vol.22.N0.2.146～149