大型柴油储罐的腐蚀检查与完整性评价

季华建, 祝加轩, 安引军2, 李振杰, 王 波

(1.中国石油独山子石化公司研究院，新疆 独山子 833699；2.中国石油独山子石化公司，新疆 独山子 833699)

储罐的完整性评价是以常压储罐本体及其附属设施的风险评估和危险源识别为核心，考虑机、电和仪等专业提出相关系统的技术评价方法，综合评定储罐的完整性等级，进而按完整性等级确定储罐的检验维修周期，按失效可能性选择有针对性的检测方法和内容，按风险的大小确定日常维护、管理的重点，实现储罐的安全管理和长周期运行。

常压储罐完整性评价包括常压储罐罐体、储罐基础、密封系统、阴极保护、防腐蚀涂层、呼吸阀、仪表系统、防雷防静电设施及安全附件等的检验与评价。

1 前期准备

对该柴油储罐设计图、强度计算书、制造竣工图、运行周期内的检查和检验报告、运行记录、操作条件变化情况以及运行中出现异常情况的记录等,为评价做准备。

1.1 储罐概况

该柴油储罐于2008年制造安装，投用日期2009年，生产工艺参数一直按照设计执行，投用至今生产一直平稳。该罐为立式拱顶常压储罐，容积为1×104m3，罐内介质为柴油，操作温度为40 ℃。储罐规格为φ28 000 mm×17 052 mm×16 mm/10 mm/8 mm/6 mm，底圈壁板为16.00 mm,边缘板为10.00 mm,底板中副板为8.00 mm,罐顶壁板为6 mm，材质为Q235B。该储罐自投用以来，分别在2015年和2018年进行了两次开罐检验，2015年开罐检验未发现底板有腐蚀情况，2018年9月因生产原因，再次开罐清理时发现罐底板的防腐蚀涂层局部有破损现象，底板防腐蚀涂层破损部位已经发生了腐蚀，但罐壁、罐顶宏观上未见有腐蚀现象。

1.2 检验方案制定

依据常压储罐失效模式选择相应的检验内容和方法。对于常压储罐，主要的失效模式包括罐体内外部的腐蚀减薄或穿孔、焊接缺陷的扩展、介质和环境引起的开裂以及脆性断裂。腐蚀是常压储罐最主要的失效模式，其次是制造时的焊接缺陷在使用过程中的扩展变化。

依据GB/T 30578—2014《常压储罐基于风险的检验及评价》、SY/T 5921—2017《立式圆筒形钢制焊接油罐操作维护修理规程》以及API 653—2001《储罐的检验、修理、更换和重建》等标准，常压储罐开罐检验考虑的因素大致包括储罐介质侧的内部腐蚀,环境造成的腐蚀,介质密度、温度和腐蚀性特性,罐基、土壤和沉陷情况,储罐顶、壁板及底板的变形,储罐辅助设施的完好状况,应力等级和允许应力等级,在储罐运行地点的设计温度,充装/排放速率和频率等运行条件。

常压储罐开罐检验的方法通常以宏观检查、厚度测定、腐蚀状况检测和焊缝无损检测为主，必要时可以辅以表面无损检测。无损检测包括射线、超声等埋藏缺陷检测,超声导波、漏磁等腐蚀检验,声发射检测、强度校核，应力测定以及真空泄漏检测等。

2 检验项目实施

2.1 宏观检查

对储罐顶板及壁板外部进行宏观检查，储罐外保温完好，未发现有破损和脱落,也无泄漏和开裂现象。顶板及壁板无安全阀、呼吸阀和阻火器外观完好，法兰密封无泄漏痕迹,紧固螺栓外观完好。储罐基础未见下沉、无积水、无倾斜和腐蚀，储罐内部未安装阴极保护装置。

对储罐壁板及顶板内表面进行宏观检查，防腐蚀涂层完好，无腐蚀、锈皮和剥蚀现象。对储罐底板进行宏观检查，底板无明显变形，罐底板上防腐蚀涂层有多处破损，有大量点蚀坑，且点蚀坑形貌各异，主要以湖状蚀坑、杯状蚀坑为主，呈红褐色。腐蚀坑的分布无明显规律，底板母材、搭接焊缝以及底板角焊缝均有发现。中副板防腐蚀涂层破损及腐蚀坑大大小小有72处，边缘板防腐蚀涂层破损及腐蚀坑有40处，最深的腐蚀坑在①边缘板上，直径为25 mm，深度达6.35 mm。防腐蚀涂层破损部位及典型腐蚀坑形貌,见图1和图2。

图1 母材腐蚀坑

2.2 壁厚检测

采用测厚仪对储罐的底圈壁板及底板进行壁厚测量,16.00 mm的底圈壁板壁厚范围在16.30～17.18 mm，实测最小值16.30 mm。顶板的壁厚范围在5.82～6.13 mm，实测最小值为5.82 mm。有腐蚀坑的8.00 mm中副板进行壁厚抽检，原壁厚在7.89～8.29 mm，实测最小值7.89 mm。有腐蚀坑的10.00 mm边缘板进行壁厚抽检，原壁厚在9.88～10.83 mm，实测最小值9.88 mm。

图2 焊缝点蚀坑

2.3 漏磁检测

采用漏磁扫描仪对腐蚀较严重的罐底板进行漏磁检测抽检[1]。漏磁检测抽检的罐底板编号为中副板6/3，7/2，8/1，11/2和11/3，边缘板①和⑦，见图3。

图3 储罐底板漏磁检测示意

经漏磁检测，显示罐底板腐蚀深度当量大部分为20%～29%，腐蚀深度当量30%～59%的有12处，其中腐蚀深度当量60%以上的为3处。对有信号的部位进行目视宏观检查确认，发现有信号部位均为防腐蚀涂层破损部位。对腐蚀深度当量在40%以上的腐蚀部位分别用焊缝检验尺以及测厚仪进行了抽查复检，复检腐蚀深度相对误差在5%以内，说明漏磁检测的结果是有效的，复检结果见表1。防腐蚀涂层完好部位，未见腐蚀，漏磁检测仪也未见信号。

表1 点蚀深度测量及复查结果

2.4 储罐焊缝的无损检测

依据能源局相关标准的检测方法，对该储罐底板腐蚀部位的焊缝进行了荧光磁粉检测抽查,对底圈两层壁板的焊缝分别进行了荧光磁粉检测以及超声波检测抽查，检测的结果并未发现表面有超标缺陷和隐藏超标缺陷。

2.5 腐蚀产物分析

对罐底板腐蚀产物进行能谱和X射线衍射分析,见图4。由图4可以看出，腐蚀产物主要由O和Fe元素组成，其次还含有一定量的Al,Si和S等元素，说明底板金属中含有一定量的杂质。表2为腐蚀产物所含元素成分分析结果。X射线衍射分析结果通过与标准谱图对比，主要腐蚀产物为Fe2O3(见图5)。

图4 能谱分析

表2 元素成分分析结果

图5 X射线衍射分析结果

3 储罐腐蚀原因分析

宏观检查发现，该柴油储罐的罐顶以及罐壁内表面防腐蚀涂层完好，均未发现腐蚀现象;罐底板防腐蚀涂层局部鼓包及破损，破损部位的底板已经出现腐蚀坑，形状多以锥形蚀坑为主[2]。漏磁检测显示，腐蚀信号均来自于底板上表面，储罐底板下表面土壤侧未发现腐蚀，即该罐底板的腐蚀是介质侧造成的。对壁板、顶板、带有腐蚀坑的罐底板以及腐蚀坑边缘分别进行壁厚检测，壁厚均未发现异常，也间接说明了腐蚀产生在介质侧。常压储罐主要的失效模式为罐体内外部的腐蚀或穿孔、焊接缺陷的扩展、介质和环境引起的开裂以及脆性断裂。腐蚀是常压储罐最主要的失效模式，以局部腐蚀为主。腐蚀一般发生在罐顶、罐壁的气液波动区、罐壁底部(积水区)和罐底板。而该储罐的检验发现，腐蚀是产生在罐底板内表面，腐蚀部位为底板防腐蚀涂层破损部位，介质中的水分最容易沉积在这些部位。沉积水中含有一定浓度的腐蚀性离子，容易造成底板腐蚀，其中以坑蚀为主。能谱分析显示，腐蚀产物中含有O,S,Al,Si和Fe元素，沉积水是较强的电解质，致使罐底发生电化学腐蚀。

4 完整性评价

4.1 罐底板的剩余厚度计算

依据API 653—2001的规定，对储罐底板在现有的使用工况下进行评定。

罐底板的剩余最小厚度评定公式：

MRT=(RTbc或RTip的最小值)-Or(StPr+UPr)

(1)

式中：MRT——在运行周期末尾的最小剩余厚度，mm；

RTbc——修补后底板下表面腐蚀的最小剩余厚度，mm；

RTip——修补后底板上表面腐蚀的最小剩余厚度，mm；

Or——操作的运行间隔，即下一次内部检验的时间，a；

StPr——为未经修理的底板上表面的最大腐蚀速率，mm/a；对于罐底有防腐层的区域，StPr=0；

UPr——修理后底板下表面的最大腐蚀速率,mm/a。

使用底板修理后的最小剩余厚度计算腐蚀速率。根据油罐的使用时间假定一个线性比率。对于有效阴极保护的区域，UPr=0。若所计算的储罐运行周期末尾时的最小壁厚小于给出的最小罐底厚度时(见表3)，则应对罐底进行修补，或缩短下一次内部检验周期[3]。当储罐底圈壁板厚度不大于32 mm时，储罐底板的边缘板局部腐蚀部位应不小于4.50 mm，否则应进行补焊或更换[4]。

根据公式(1)计算得到底板最小剩余厚度。

该柴油储罐底板下表面未发现腐蚀，所以RTbc为8.00 mm，UPr为0 mm/a；底板上表面防腐层破损部位，RTip最严重处取3.34 mm；Or取1a，StPr为0.52 mm/a，代入式(1)后得到MRT为2.82 mm。边缘板最小剩余壁厚值为3.51 mm，小于4.50 mm。因此，根据API 653—2001规范中相关要求该储罐能满足现行使用要求，建议在正常工况下最长检验周期应不超过1 a。

表3 底板中幅板最小厚度允许值

4.2 评定依据结果

4.2.1 评定依据

根据SY/T 5921—2000规范的评定要求，结合该储罐检验结果，对储罐底板进行安全评定。结果如下:

(1)点蚀最大深度不大于原设计厚度的40%。

(2)当腐蚀深度超过上述规定的、腐蚀面积大于一块被检测板的50%，且在整块板上呈分散分布时，建议更换整块钢板；面积小于50%时，应考虑补板或局部更换新板。

(3)当罐壁板根部沿圆周方向存在带状严重腐蚀时，应考虑切除严重腐蚀部位并更换边缘板。

(4)罐底板局部凹凸度按GB 50128《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》的要求进行评定，在不影响安全使用时，允许适当放宽要求。

(5)罐底板应无折角、撕裂[5]。

4.2.2 评定结果

检验结果显示,对储罐外部宏观检查，罐基础完好无沉降；外保温层完好，无肉眼可见泄漏及变形；对储罐的呼吸阀、阻火器等附件进行检查，未见异常。储罐的内表面宏观检查中发现，罐底板存在严重的局部腐蚀，壁板及顶板宏观检查完好；对罐顶板、罐壁板以及底板进行壁厚抽检，壁厚检测以及无损检测结果均为合格。对存在局部腐蚀坑的中副板及边缘板进行的漏磁检测结果看，未发现底板土壤侧有腐蚀信号，腐蚀信号均来源于底板上表面介质侧。

5 结论与建议

(1)该储罐的下次开罐检验周期不能超过 1 a，并且对中副板及边缘板点蚀最大深度当量超过40%的部位进行补板修复，在对点蚀坑补板的焊缝要按要求进行渗透检测或者磁粉检测，并达到合格标准；对腐蚀深度当量20%以上的部位进行点焊，可参照GB 50128中第5章节的焊接要求进行。

(2)对焊补区域重新进行防腐蚀涂层处理。防腐前应将底板表面的焊疤、焊瘤、毛刺清理干净，锐角修钝；防腐蚀涂层应无锈斑、粉化、脱落，其厚度、附着力和漏点检测应达到原设计要求。

(3)应对该储罐增加牺牲阳极法阴极保护措施。罐底的阴极保护应按相关标准的要求进行检测和评价,下次开罐检验时，还应检查阳极的溶解情况、与储罐的连接是否完好，测量其保护电位等。