Q235B钢原油储罐底板腐蚀穿孔原因

2021-03-02张庶鑫孙冰冰周会萍马建朝

理化检验(物理分册) 2021年2期

武刚, 徐帅, 张楠，张庶鑫, 孙冰冰, 周会萍, 马建朝

(1.中国石油集团石油管工程技术研究院，西安 710077；2.石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室，西安 710077；3.中石油管道有限责任公司西部分公司，乌鲁木齐 830013)

储罐是石油化工行业中非常重要的设备，其对石油化工装置的“安、稳、长、满、优”运行起到重要作用，还被广泛用于港口、石油化工企业和油库的液体原料、中间产品储存以及原油运输业中[1-2]。原油储罐底板是储罐比较容易腐蚀的部位，而原油储罐底板腐蚀主要是由罐底沉积水和沉积物引起的。沉积水主要是原油在开采、运输等过程中所带入的水分在储存时通过沉降沉积出的(由于储罐罐底排水管的结构限制，即使储罐经常进行罐底水排放也不能全部排出)，导致罐底长期滞留有一定量的沉积水；沉积物主要是油泥[3]。沉积水与沉积物的成分非常复杂，导致储罐底板的腐蚀较为严重。国内某输油站对某泄压罐进行检测时发现其储罐底板腐蚀严重，其中中幅板发生腐蚀穿孔。该储罐为原油储罐，拱顶型，容积为700 m3，直径10.2 m，高10.2 m，储罐底板厚8 mm，材料为Q235B钢。为找出储罐底板腐蚀穿孔的原因，防止此类事故的再次发生，笔者对其进行了相关的检验和分析。

1 理化检验

1.1 宏观分析

被腐蚀的储罐底板宏观形貌如图1所示。储罐底板上均覆盖有灰色涂层，涂层表面有大量鼓包，穿孔部位位于中幅板，附近底板的涂层鼓包已经剥落，露出锈蚀底板。储罐底板壁厚最小值为7.8 mm，符合API 650-2013《焊接石油储罐》的技术要求；防腐层检测结果表明储罐底板防腐层附着力3级，有起泡，涂层厚度为300～560 μm。

图1 腐蚀穿孔处宏观形貌Fig.1 Macro morphology at the corrosion perforation

1.2 微观分析

采用蔡司Smartzoom 5型超景深三维显微镜对储罐底板上泄漏穿孔的腐蚀坑进行分析。图2中可以看到腐蚀坑已经贯穿底板，呈现火山坑样，表面覆盖黄褐色腐蚀产物，穿孔处有黑色油泥状物质，推测为油泥堆积。腐蚀坑深约6.5 mm，穿孔直径约为1.5 mm。取腐蚀穿孔部位试样进行分析，结果表明储罐底板腐蚀坑处显微组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度8.5级，未见异常组织显示。

图2 腐蚀坑宏观形貌及显微组织形貌Fig.2 The a) macro morphology and b) microstructure morphology of the corrosion pit

在储罐底板上取腐蚀坑试样，采用OXFORD INCA350型扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)分析仪对断口截面腐蚀产物进行形貌和能谱分析，结果如图3所示。可见腐蚀坑底部有直径1 mm的穿孔，腐蚀产物疏松，呈龟裂状，腐蚀产物主要由氢、硫、氯、铁等元素组成。

图3 腐蚀坑SEM形貌及EDS谱Fig.3 The a) SEM morphology and b) EDS spectrum of the corrosion pit

1.3 化学成分分析

采用ARL 4460型直读光谱仪，依据GB/T 4336-2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)》对远离腐蚀坑区域的底板进行化学成分分析，结果如表1所示。可见储罐底板化学成分分析结果符合GB/T 700-2006《碳素结构钢》对Q235B钢的成分要求。

表1 储罐底板的化学成分(质量分数)Tab.1 Chemical compositions of storage tank bottom plate (mass fraction) %

1.4 力学性能试验

采用UTM5305型材料试验机依据GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温拉伸试验方法》对远离腐蚀坑区域的底板进行室温拉伸试验，结果见表2，可见其拉伸性能符合GB/T 700-2006的技术要求。

表2 远离腐蚀坑区域的储罐底板的拉伸试验结果Tab.2 Tensile test results of storage tank bottom plate far away from corrosion pit area

采用WZW-1000型材料弯曲试验机对远离腐蚀坑区域的底板进行弯曲试验，结果见表3，可见储罐底板的弯曲性能满足GB/T 700-2006的技术要求。

表3 远离腐蚀坑区域的储罐底板的弯曲试验结果Tab.3 Bending test results of storage tank bottom plate far away from corrosion pit area

1.5 金相检验

采用MEF3A型金相显微镜，依据GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》、GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》、GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定——标准评级图显微检验法》和GB/T 34474.1-2017《钢中带状组织的评定第1部分：标准评级图法》，对远离腐蚀坑区域的组织和非金属夹杂物进行分析，结果如图4所示。可见储罐底板显微组织均为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为8.0～8.5级，带状组织0.5级，未见异常组织。

图4 远离腐蚀坑区域的储罐底板的显微组织形貌Fig.4 Microstructure morphology of storage tank bottom plate far away from corrosion pit area

2 分析与讨论

该腐蚀穿孔的储罐底板表面有大量的涂层鼓包，且穿孔部位附近的鼓包破损露出基体，基体均存在腐蚀。结合现场提供的储罐底板壁厚测试结果，储罐整体壁厚并未发生减薄。因此可以推断，该腐蚀穿孔主要原因为涂层鼓包破损，在破损点发生点蚀，进而发生穿孔。

腐蚀产物能谱分析结果表明，腐蚀产物主要由铁、氧、硫、氯等元素组成，因此可以进一步推断该储罐穿孔失效为氧腐蚀造成[4-6]。该储罐的储存介质为原油，一般而言，原油本身并不具有腐蚀性，相反，原油还会在罐壁形成一层油膜，提高储罐的耐腐蚀性能。造成原油储罐底板腐蚀的主要原因是罐底存在沉积水。原油在开采和运输过程中，会带入一定量的水分，当原油进入原油储罐静止储存时，原油携带的水分以及空气中的水蒸气就会凝结沉降在储罐底部。虽然一些原油储罐定期进行罐底沉积水的排放，但不能全部排出，罐底通常会存留200～300 mm 深度的沉积水。原油储罐罐底除了存积的沉积水外，还有固态的沉积物，由于沉积水的存在，一般沉积物下都容易形成适合发生局部腐蚀的条件。