储罐防腐蚀工程施工质量管理探讨

2023-01-05李延军卢少俊

中国设备工程 2022年15期

李延军，卢少俊

（1.中国石油广西石化公司；2.广西中石油储备油有限公司，广西钦州 535008）

近年来，随着我国对能源战略的高度重视，不断开展大型石油储备基底，单个原油储罐的容量正在增加，其设计和施工技术也需要专家的严格评估。为了保证储罐的长期安全运行要求，还需要提高储罐的防腐质量。在我国相关文件中规定了对储罐涂层寿命的要求，实际储罐的防腐蚀质量会受到多种因素影响，合理控制防腐施工中的各种影响因素，有效保证防腐质量，延长其使用寿命，确保储罐的安全运行。

1 储罐腐蚀状况分析

1.1 油罐外表面腐蚀

油箱外表面腐蚀严重，尤其是边缘板。其腐蚀形式主要为均匀腐蚀变薄，数千层饼状腐蚀产物。边缘板表面有腐蚀坑，下表面与水泥罐基础有裂缝和缝隙腐蚀。腐蚀减薄程度较重，不断向罐壁发展，对油罐安全会产生不利影响，由于边缘板腐蚀容易引发油罐失效。

1.2 外浮顶支柱对罐底影响

外浮顶支柱对罐底板造成损害会导致储罐失效，如储罐底板腐蚀穿孔导致储罐泄漏，支柱与储罐底板接触处易出现穿孔缺陷。柱相应位置底板腐蚀的原因一方面是缺乏涂层保护。在储罐的施工和维护过程中，浮板柱未压紧储罐底板表面，该部位无法进行涂刷腐蚀施工。另一方面则是支柱冲击底板，储罐在付油过程中存在原油库存不足的情况，使得实际油位比起伏液位低，在运行中浮盘支柱会冲击底板。

1.3 罐底板腐蚀

储罐罐底板腐蚀现象是比较普遍的，其腐蚀特征基本一致，主要就是坑蚀表现。产生罐底板坑蚀主要有以下几方面原因。

（1）原油沉积水腐蚀，原油中含有较高含量的H2S和硫醇等活性硫，同时开采和运输原油的过程中，其中有海水混入，增加了原油储罐沉积水的腐蚀性。防腐蚀层脱落之后，其金属表面裸露与沉积水之间构成微电池，原油中钙、镁和钠离子等增加，使得沉积水电导率增加，腐蚀进度加快。腐蚀过程中，会生成氢氧化亚铁，而在水中溶解氧养护作用下，进一步有氢氧化铁生产，进一步氧化作用下生产红色铁锈，这种腐蚀现象从表面不断向下扩展，会引发鼓包、分层，腐蚀进程中导致罐底板出现大面积腐蚀穿孔缺陷。

（2）细菌腐蚀。原油储罐底部沉积水中有不少微生物存在，这些微生物会诱发腐蚀，其中有硫酸盐还原菌引发的腐蚀最为复杂。在缺氧中性介质中，由于硫酸盐还原菌能促进阴极腐蚀过程，会加速钢的腐蚀。在缺氧条件下，金属腐蚀的阴极反应为氢离子还原过程，氢活化过电位高，阴极上仅覆盖一层氢原子，而硫酸盐还原菌会消耗掉氢原子，从而顺利产生去极化反应。同时，原油管底水环境中，腐蚀性离子会协同作用加重腐蚀。

（3）底板外侧典型氧浓差引发溃疡装腐蚀，其特征就是边沿蚀坑数量少于中心，且很多模式都是大阴极、小阳极，局部的腐蚀速度较快。如存在杂散电流、基础为海砂，则会导致腐蚀加快。

2 储罐防腐蚀工程措施

2.1 储罐边缘板防护

在边缘板防护中，可采用弹性聚氨酯与玻璃布结合使用作为防水材料，设计了完善的封闭式防水方案，切断雨水等腐蚀性介质侵入边缘板的通道。施工时，腐蚀边缘板应先除锈，达到一定程度后涂防锈底漆。如果储罐底部边缘板的表面状况良好，则可省略该步骤。在边缘板和储罐基础表面涂抹弹性聚氨酯，管壁而下形成斜坡，不需要加大厚度和坡度，要能够将边缘板盖住，保证散水以及表面弹性较好。铺两层玻璃布，如果宽度允许，只能铺设一层。下层的下边为距罐底面5 ～10cm，上层的上缘靠近罐壁，与弹性聚氨酯坡的距离约为10cm。继续使用弹性聚氨酯，避免玻璃布存在缝隙，能够良好附着罐壁、罐基础各基面，表面平整、丰满、有弹性。如果之后发现玻璃布与罐壁结合处存在缝隙，需及时涂刷补救处理。

2.2 强化支柱对应处底板防护

为解决塔体相应部位底板腐蚀严重的问题，可在储罐的碳钢加固底板上焊接不锈钢板，在塔体底部水平焊接钢板，从而增加立柱与底板的接触面积，减小立柱在底板上形成的冲击应力。同时，要加强储罐的运行管理，严格遵守储罐的运行技术规程，减少浮式液位以下储罐的运行次数，避免浮板支柱对储罐底部的冲击。

2.3 罐底板内侧采用涂料与牺牲阳极联合防护措施

在大型原油储罐底板防腐蚀中，不少项目会采用涂料与牺牲阳极结合的联合防护措施。根据相关规程，要求罐底板防腐层同时满足原油浸泡下不变质、耐化学性好、抗渗透性强、与金属表面附着力好、耐阴极剥离、耐储存温度等要求，应使用静电涂层。但原油储罐底板可采用绝缘涂料代替导静电涂料。原油储罐底部沉积水导电性强，安装牺牲阳极块。焊接阳极块与底板一起，底板可在存在静电的情况下从牺牲阳极块衍生而来。相反，在使用导电静电涂料时，由于储罐内有积水，导电静电涂料中的碳导电颗粒与储罐底板之间会有许多腐蚀性微电池，导致底板严重电偶腐蚀。此外，静电导电涂层会加速牺牲阳极块的溶解，阳极块过早失去阴极保护。因此，可以采用牺牲阳极保护设计。牺牲阳极材料主要有三类，即镁及镁合金、锌及锌合金和铝合金。铝合金阳极无过保护及以上安全问题，使用寿命长。适用于含Cl-的电解液。二是牺牲阳极的安装。储罐底板喷砂除锈后，焊接牺牲阳极。牺牲阳极的扁铁支架应与罐底板直接焊接，以保证良好的电气连接，与底板的连接电阻应小于0.01Ω。为防止阳极表面在施工过程中被涂层粘附，施工过程中应使用塑料布覆盖阳极表面。用砂纸和钢丝刷清除阳极块表面的污垢和焊接部位的焊渣，然后密封阳极支架，并用与罐底板相同的涂层焊接，厚度与罐底涂层相同。注意阳极周围的工作表面，不要涂漆。

2.4 罐底板外侧外加电流阴极保护

原油储罐投运后，可采用底板阴极保护法，阳极可均匀布置在储罐周围，深井阳极可安装在储罐一侧。通过对储罐地电位的测量，判断是否形成有效的阴极保护。原油灌区外加电流阴极保护系统，其中阴极保护系统主要组成就是直流电源、辅助阳极、电缆引线等，采用恒电位仪做直流电源，安装电源控制柜。采用高硅铸铁辅助阳极，在土壤电阻率低的部位设置好，阳极使用立式深井埋设，控制好井深额辅助阳极填包料厚度。每具罐设计检查井，并埋设检查片与长效参比电极，埋设好电缆，直埋电缆上下铺设沙层并设置盖板保护，波浪形铺设。

3 储罐防腐蚀工程施工质量管理措施

3.1 涂料控制

首先是涂料的选择。在设计防腐蚀方案的过程中，设计者应考虑不同腐蚀部位的相应涂层，并考虑储罐在汽蒸和清洗操作过程中的短期耐温性。外防腐层应考虑大气环境和紫外线辐射强度的影响。在采购涂料时，双方应根据防腐技术条件制定技术协议，明确不同防腐部位所需的涂料类型、遍数和干膜厚度，并保证层间涂料的匹配。其次，油漆进场后，应向监理人申请对各批次油漆进行检验，并提供产品合格证和出厂检验报告。在监理人和业主见证下分别取样，委托第三方检测机构对相关指标进行检测，确保涂料的使用质量。最后是涂层性能和使用要求。为确保操作人员掌握涂料性能和使用，防腐施工技术交底中应分别披露涂料性能和使用要求，由防腐蚀工程师结合施工方案，将不同防腐蚀部位涂料情况进行交底，明确涂装环境、检查要求、成品保护和安全操作等方面要求。并由供应商技术人员进行涂料性能技术交底，包括涂料性能、使用时间、配制、稀释剂最佳用量和涂层养护等内容，确保操作人员掌握其特点与使用要求。

3.2 防腐蚀施工过程控制

（1）钢板表面处理，并非表面处理粗糙度越大越好，过于粗糙无法被涂料均匀浸润，凹处有空气残留，水分会对漆膜附着力产生影响。波峰处漆膜比较薄，易产生针孔、返锈。因此最好将其粗糙度控制在45 ～70μm，使用洁净压缩空气将喷砂后钢板表面吹扫干净。

（2）建立工序交接与报验制度。表面除锈、涂层制备和涂层是不同的过程。涂层工艺监督除锈质量和涂层制备。在涂层制备过程中，监督涂层过程中的涂层使用时间和重涂间隔。检查合格并签字确认后方可进行下道工序施工。工艺检查适用于各种工序，如除锈质量、漆膜厚度、隐蔽前检查等。

（3）涂装时间间隔控制。第一个是底漆涂层的时间间隔。钢板的临界腐蚀湿度一般为60%。如果大气周期超过该临界值，金属表面将形成连续的水膜，以提高腐蚀速率。因此，表面处理和底漆涂层之间的时间应控制在4h 以内，潮湿区域应控制在2h 以内。第二个是各涂层的最大时间间隔。根据储罐防腐施工情况，罐壁板和拱顶板应在喷丸和底漆涂装后安装，直至水压试验完成，并在保温前涂覆下一层涂层。从第一道底漆到下一道底漆涂层将间隔几个月，这不仅会污染涂层表面，而且在阳光下表面会不同程度地粉化，从而大大降低附着力。因此，各土层的间隔时间是影响储罐防腐质量的重要因素。一般，重涂土层间时间间隔为2h ～7d，并规定涂装富锌涂料后使用配套漆封闭避免长期暴露，控制好各道漆涂装间隔时间。钢板涂装底漆后，应在规定时间内完成中间漆、面漆的涂装，抛丸钢板可先涂装底漆之后滚板、涂装中间漆，以减少大气对底漆的粉化、降解。

（4）重涂涂层表面处理。超过重涂涂层间隔时间，无论使用何种加涂涂料，均需表面拉毛、高压淡水冲洗，以去除灰尘和污物，将长期暴露产生的表面降解层去除，保证层间附着力最佳。

（5）涂料配制熟化时间与使用期限。在配置多组分涂料后，只有达到固化时间后才能使用。超过规定的搅拌时间后，涂层表面不得使用，无论是否有任何变化。涂层的类型和温度与固化时间和制备后的使用时间有关，应严格按照说明书操作。由专人负责配制涂料控制其使用时间，超限禁止使用。

（6）成品保护。预制储罐应按照先预制后防腐的原则进行操作。底板、墙板、拱顶的除锈防腐工作应尽量在预制成型后进行。吊装、运输、焊接时应注意保护各部件的防腐层。

3.3 涂装环境控制

环境中主要影响因素就是温湿度，适合的涂装环境温度为10 ～30℃，湿度最好在80%以内，一些涂料有特殊要求。比如无机富锌涂料要加速固化，湿度适宜控制在50%，涂装1 ～2h 后表面喷水加快固化，并且表面要保持湿润到完成固化。

3.4 涂装作业检测

检测指标。首先是表面粗糙度和可溶性氯化物。表面粗糙度可以用表面粗糙度仪测量，以40 ～75μM 为宜。罐内表面可溶性氯化物和介质渗透面积也应控制在合理范围内。第二个是漆膜的厚度。涂层后，应立即使用湿膜测厚仪测量湿膜厚度。由于它会很快干燥，此测量结果仅供参考。通过测量湿膜厚度，目的是控制干膜厚度和漆膜厚度的均匀性。干膜厚度可以用磁性测厚仪测量。按设计文件和规范要求控制干膜和总干膜厚度。三是电阻率和孔隙度。用电阻计测量电阻率，罐底板上表面和底圈壁板内表面等绝缘型涂层面电阻率、浮盘外侧和底面等导电型涂层面电阻率应合理控制。测定孔隙率为快速大面积完成检测，可使用电火花检漏仪，根据漆膜厚度设置测量电压。

漆膜厚度检测原则。按照相关规定，漆膜厚度测量时，原油储罐、废油储罐、中间产品储罐按“90 原则”执行，产品储罐按“85 原则”执行，即允许试验厚度的10 ～15%低于规定值，但不得低于规定值的90%和85%。储罐不同使用部位采用的涂料种类和道数不同，一般涂装道数为2 ～5 道。因此，在测量漆膜厚度过程中，首先测量和控制每层漆膜的干膜厚度，然后测量和控制总漆膜厚度。当前漆膜厚度超过或低于固定厚度时，不允许减少或增加后漆膜厚度。无机类涂料由于含有锌、硅等元素，因此漆膜韧性较低，其漆膜厚度不宜太厚，以保证其韧性、附着力良好。