工业用金属储油罐的腐蚀分析及防护措施研究

2017-03-03乔鹏长江电力股份有限公司溪洛渡水力发电厂云南永善657300

化工管理 2017年4期

乔鹏(长江电力股份有限公司溪洛渡水力发电厂, 云南永善 657300)

乔鹏(长江电力股份有限公司溪洛渡水力发电厂, 云南永善 657300)

大型混流式水轮机组三部导轴承及机械液压系统通常以汽轮机油作为润滑及传动介质，因此，汽轮机油的安全稳定性将直接影响设备的运行状态，作为汽轮机油的存储容器，金属储油罐在日常运行及维护过程当中，常发现有被腐蚀的状况，存在安全隐患。本文就此问题，分析了金属油罐发生腐蚀的机理，总结了几种防腐蚀的措施，介绍了一种防腐蚀涂层刷涂的施工工艺，并提出了一种利用数值计算的方法来优化阴极防护的方案。

金属储油罐;腐蚀;防护措施;施工工艺

腐蚀是金属材料在应用过程中不可忽视的问题。在没有采取合理防腐措施的条件下，通常金属储油罐的使用寿命仅为5～10年，在各种复杂条件的相互叠加的情况下，金属储油罐很有可能被腐蚀穿孔，严重影响正常的生产，且存在较大的安全隐患[1]。对金属储油罐而言，只需要少量费用来做合理的防腐蚀措施，就可以明显的延长金属储油罐的使用寿命，同时又能够为安全生产提供适当的保障。本文就金属储油罐发生腐蚀的机理进行总结，并提出了一种根据数值模拟法来优化储油罐阴极防护的方案。

1 金属储油罐的腐蚀原因分析

当金属在和水、空气以及其他不利因素进行充分的接触后，会发生持续的氧化反应，因而出现被腐蚀的现象，最终导致金属失去它原有的功能，从而不能正常使用[2～3]。根据腐蚀作用的机理，金属储油罐的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

1.1 化学腐蚀

金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程，反应过程通常没有电流产生，例如，化工厂里的氯气与铁反应生成氯化亚铁：

Cl2+Fe→FeCl2

1.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀是日常生活中较为常见的现象。电化学腐蚀不同于化学腐蚀，电化学腐蚀反应过程中会有电流产生。通俗来讲，电化学腐蚀就是金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池。例如铁和氧气，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是负极，遭到腐蚀。发生电化学腐蚀的表象为发生氧腐蚀部位的表面会形成许多小鼓包，次层是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷[4]。

根据外界环境不同，电化学腐蚀也可以分为土壤腐蚀和大气腐蚀。我厂所用的金属储油罐发生局部腐蚀现象大多是由大气腐蚀所引起。由于地理原因，空气湿度较大，会在金属储罐外部形成一层水膜，水膜中溶解了空气中的氧气而发生浓差腐蚀，这对于有涂层损伤和缺陷的储油罐来说，腐蚀更加明显，并且油罐外部的水膜中含有的一些物质能够增大水分中的电解质浓度，电导度也随之增加，由此加速了电化学腐蚀的速度[5～6]，如大气中的二氧化硫(SO2),在氧气以及金属储油罐表面水膜等因素的共同作用下形成腐蚀性较大的硫酸：

SO2+O2+H2O→H2SO4

在硫酸的持续作用下，金属储罐不断被腐蚀。

在金属被腐蚀的过程中，金属本身的性能和内部结构不断被外界不利因素损坏，整个腐蚀过程包含两种主要腐蚀类型[7]：

一种是局部腐蚀:局部腐蚀只是对金属的表层部分腐蚀，不会对金属结构产生很大的危害；另一种是均匀腐蚀:均匀腐蚀不仅会对金属表层部分产生腐蚀影响，其腐蚀过程还会贯穿金属晶粒本体，影响到金属内部的结构和金属性能，有较大危害。

2 金属储油罐防腐蚀措施

2.1 刷防腐涂层

为防止金属腐蚀，可在金属构件表面涂上机油、凡士林、油漆或者覆盖搪瓷、塑料等耐腐蚀的非金属材料。也可以用电镀、热镀、喷镀等方法，在构件表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等，这些金属会因氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止水、空气等不利因素对金属构件的腐蚀。工业用储油罐常用刷涂油漆的方法来预防腐蚀，油漆涂料的质量、施工工艺、技术水平都是影响防腐质量的关键因素。

经过比较、分析，发现采用“表面溶剂清洗-打磨除锈-防锈漆封闭”的防腐涂层刷涂工艺比较理想。

(1)表面清理。先用溶剂清除储油罐表面的油脂和污物，再用电动工具彻底清除储油罐外表面所有附着的旧漆膜、腐蚀层和其他杂质，表面处理等级达到GB8923 St2.5级标准，除锈后表面粗糙度应达到80～100μm。

(2)防锈漆涂刷。漆层的涂刷按照“环氧富锌底漆-环氧云铁中间漆-丙烯酸聚氨酯面漆”的顺序进行。为了得到较为理想的防护效果，施工过程中对各涂层的厚度以及涂层总厚度等工艺指标均做出了相应的要求，其中：①经除锈后，钢材表面应尽快涂刷，一般应在2h内涂刷，任何情况下不允许出现再次氧化。②底漆干膜厚度≥80μm；中间漆干膜厚度≥100μm；面漆干膜厚度≥80μm；底漆、中间漆和面漆各刷涂两道；涂层总厚度≥300μm。③每道涂层表面应达到三级精度的标准：颜色一致，可见面无漏漆，无流挂，无触目颗粒，无针孔，无褶皱，无气泡。④当构件表面温度低于大气露点3℃，或相对湿度高于85%时，不应进行涂刷。⑤涂装下一道油漆时，应在上一道油漆完全干透后，经质检人员检验合格后，方可进行下一道涂刷。

2.2 电化学方法防腐

电化学方法防腐蚀主要利用原电池原理，消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应，使金属得到防护。通常可分为阳极防护和阴极防护两大类，在工业金属储油罐防腐蚀中，常采用阴极防护技术。阴极防护是把被保护的金属作为阴极，通过牺牲阳极来保护阴极金属材料，在实际应用中，可以用比钢铁还原性更强的金属与钢铁制品相连接，当发生电化学腐蚀时，这种活泼金属就作为微电池的正极而被腐蚀，从而阴极的钢铁制品得到保护[8]。纪京京等[9]通过在实例中采集的数据分析了石油储罐外底板采用阴极防护工艺后的保护效果。

3 数值模拟法在阴极防护中的应用

边界元法是在有限元法之后发展起来的一种较精确有效的工程数值分析方法，它以定义在边界上的边界积分方程为控制方程，通过边界分元插值离散，化为代数方程组求解，能够用较简单的单元准确地模拟边界形状，最终得到阶数较低的线性代数方程组[10～11]。在实际应用中可以采用下述步骤进行数值计算分析：①对拟进行建模计算的储罐的几何尺寸、涂层状况、电绝缘装置位置以及储罐基础的电阻率等信息进行了资料调研与现场测试。②采用边界元商业软件BEASY对所建立的储罐几何模型进行边界元网格划分，根据所划分的边界元网格，利用BEASY边界元计算程序建立相应的数学模型。③根据现场测试的电位结果进行反演计算，以确定和实际情况相符的极化边界条件，完善储罐阴极保护数值计算模型，为实现最终的汇流点电位分布优化计算奠定基础。④利用修正完善后的储罐阴极保护数学模型，对不同汇流点下阴极保护点位分布进行模拟计算，并与现场测试结果进行对比，从而优化阴极保护的方案。