油田钢质常压储罐内腐蚀挂片检测及腐蚀机理研究*

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(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心，山东 东营 257000)

油田站库钢质常压储罐(以下简称大罐)由于制造和检验一直未纳入国家强制管理的范畴，相关的标准和规范也比较少，加之服役时间长，介质腐蚀性强，导致内腐蚀严重，致使储罐事故时有发生，危害生产安全，严重污染环境[1]。大罐内腐蚀最为典型的是原油沉降罐，其作用是将高含水采出液通过密度差自然沉降，初步实现油水气分离，罐内介质自下而上依次为淤泥相、水相、水油界面、油相、油气界面和气相，水油界面及油气界面随处理液量的不同而变动。由于6个相区或界面的腐蚀影响因素及腐蚀作用机理不同，引起不同区块大罐、同一大罐不同高度的腐蚀严重程度存在较大差异[2]。利用自主设计研发的钢质常压储罐内腐蚀挂片在线检测装置，对胜利油田两个典型区块的各一个原油沉降罐进行了6个层位的内腐蚀挂片，利用挂片质量损失法对腐蚀速率进行了定量测试，并通过挂片腐蚀产物SEM(扫描电镜)、EDS(能量-色散光谱)及XRD(X射线衍射)分析，研究了腐蚀机理。

1 大罐内腐蚀分层挂片检测

1.1 在线检测装置及评价方法

钢质常压储罐内腐蚀挂片在线检测装置主要组成部件及功能如下：浮漂挂片器(见图1)加柔性连接，实现挂片随水油界面、油气界面的浮动，用于两个界面的腐蚀速率检测；尼龙刚性挂片器，用于淤泥相、水相、油相和气相的腐蚀速率检测；螺纹连接棒状空心杆，用于连接挂片器及定性连续表征储罐不同高度的腐蚀程度。浮漂挂片器设计为空心球形，直径15 cm，材质选用304不锈钢，厚度为1 mm，计算得出浮漂的密度为0.312 g/cm3，原油的密度一般为0.8～1.0 g/mL，浮漂的密度小于原油密度，在油气界面可以实现悬浮；采用配重片调节浮漂密度，让其处于原油与水的密度之间，使其悬浮在水油界面处。

图1 浮漂挂片器

依据SY/T 0087.3—2010 《钢质管道及储罐腐蚀评价标准钢质储罐腐蚀直接评价》标准，依据挂片实测腐蚀速率，将大罐内介质腐蚀性划分为4个等级，见表1。

表1 储罐内介质腐蚀性评价指标

1.2 被检测大罐概况

被检测大罐为胜利油田两个典型区块的原油一级沉降罐各一台，容积分别为3 000 m3和5 000 m3，材质为20R。挂片材质为20R，检测周期为1个月。两个区块主要腐蚀性介质成分见表2。

表2 被检区块主要腐蚀性介质成分及含量 mg/L

2 检测结果

2.1 腐蚀检测及腐蚀规律分析

1号储罐腐蚀区域主要集中在水油界面、淤泥相及水相，腐蚀严重程度依据表1分别评定为“极高”、“高”、“中”； 2号储罐腐蚀区域主要集中在气相(见表3)，腐蚀严重程度依据表1评定为“极高”。 可见2台储罐的腐蚀特点为：1号储罐的腐蚀部位为3.2 m(即水油界面)以下及罐底板，2号储罐的腐蚀部位为6 m(即气相区)以上及罐顶。

表3 2台储罐6个相区腐蚀检测结果

2.2 腐蚀产物分析及腐蚀机理研究

分别对2台储罐6个相区的挂片进行了腐蚀产物XRD分析(见图2至图4)。以2台储罐腐蚀最为严重的1号储罐水油界面、淤泥相，2号储罐气相为例，对比分析2台储罐的腐蚀机理。

2.2.1 1号储罐淤泥相腐蚀机理

1号储罐淤泥相腐蚀产物为FeS，其主要影响因素为硫酸盐还原菌(SRB)。由表2可知，区块一淤泥SRB每立方厘米高达3×106个，腐蚀机理如下：

硫化物与介质中的碳酸等作用生成H2S，进而与Fe反应形成FeS，加速金属的腐蚀，即：

同时阻止阴极上析氢反应所生成的氢原子复合，促进氢向金属渗入，增加设备氢脆的敏感性[3]。

图2 1号储罐淤泥相腐蚀产物XRD分析

图3 2号储罐气相腐蚀产物XRD分析

2.2.2 2号储罐气相腐蚀机理

2号储罐气相腐蚀产物为FeOOH和少量CaCO3垢，其主要影响因素为CO2和O2。由表2可知，区块二气相中CO2和O2质量浓度分别为75.4 mg/L和0.2 mg/L。腐蚀机理如下：

2.2.3 1号储罐水油界面腐蚀机理

1号储罐水油界面腐蚀产物为Fe2O3，其主要影响因素为溶解氧(质量浓度为0.6 mg/L)。腐蚀机理为：水油界面处的氧浓差腐蚀，由于氧在油中的溶解度高，在水中的溶解度低，具备氧浓差腐蚀条件，导致氧浓度高的区域(即油水界面油侧)作为阴极被保护，而氧浓度低的区域(即油水界面水侧)作为阳极被腐蚀。

图4 1号储罐水油界面腐蚀产物XRD分析

3 结 语

利用钢质常压储罐内腐蚀挂片监测装置对2个典型区域的2台储罐的检测及腐蚀机理进行研究,结果表明：不同区块储罐、同一储罐不同层位的腐蚀程度、腐蚀机理存在明显差异，定期开展钢质常压储罐内腐蚀挂片监测，对于全面了解储罐腐蚀现状、及时发现安全隐患并有针对性地进行腐蚀防护和腐蚀治理具有指导意义。目前胜利油田正在对4个典型腐蚀严重区域全面开展大罐内腐蚀在线监测。

[1] 李光海.常压储罐检验检测技术[J].无损检测，2010，32(7)：509-512.

[2] 白新德.材料腐蚀与控制[M].北京：清华大学出版社,2005:353-375.

[3] 石仁委，龙媛媛.油气管道防腐蚀工程[M].北京：中国石化出版社，2008:119-120.

(编辑 张向阳)