储油罐及工艺管线腐蚀检测及治理方案研究

2023-02-27李伟

石化技术 2023年12期

李伟

中海石油（中国）有限公司深圳分公司广东深圳 518100

1 概述

储油罐及工艺管线的原材料一般为钢材，在实际使用中不可避免地会暴露在水和空气中，这也决定了储油罐及运输管线容易腐蚀，造成经济损失的同时，石油泄漏易导致火灾等情况发生，威胁人民安全，带来环境危害。因此，针对目前储油罐及输送管线使用中常见的腐蚀问题，分析了储油罐及管线的腐蚀机制，提出了保护措施，对延长储油罐及管线的使用寿命和储油罐的安全使用具有重要意义。

储油罐及工艺的腐蚀特性多种多样，主要表现在3个方面：（1）储油罐的顶部经常出现相对均匀的腐蚀情况，在腐蚀作用下储油罐罐壁逐渐变薄，导致储油罐的实际承受能力低于设计的压力承受能力[1]；（2）储油罐壁壁上的现象脱落，储油罐腐蚀具有多孔腐蚀的特点，在多孔腐蚀严重威胁储油罐安全的情况下，可能导致储油罐罐壁穿孔[2]；（3）油管输送管道焊缝较多，焊缝附近的腐蚀程度相对较高，易造成输送管道损坏及石油泄漏，造成经济损失和环境污染问题。

2 储油罐及工艺管线的内腐蚀机理分析及建议

2.1 内腐蚀机理分析

在使用储油罐存储及管道运输石油的过程中，各部件的腐蚀难以完全避免，腐蚀原因不一致。其中，储油罐罐壁上端和输送管道内表面层由于没有太多的接触油品，腐蚀的概率相对较大，属于电化学腐蚀类别。储油罐罐壁中间的腐蚀概率也很高，主要是因为油罐中油品运输容积变化比较频繁，油中含有少量硫化氢，使电化学腐蚀程度更强，硫酸在与其他物质发生反应后产生氧化作用，储油罐底的表面层和输送管道下端是最会腐蚀性的部分[3]，这主要是由于污水层位于这一地区，导致电化学腐蚀。

2.2 内腐蚀的建议

采用宏观检测可以用于发现储油罐和工艺管道的整体腐蚀和主要缺陷，包括：变形、裂纹、泄漏、系统完整性、防腐层的降解。

内腐蚀检测可以通过“无损检测”在测试对象状态和性能报告不变的假设下，参照物理原理和化学原理，对目标对象进行检测和测试活动，准确获取目标物体的技术状态信息，确保评估活动完整、安全、高效、持续。内腐蚀采用渗透检测技术可以有效发现储油罐及管道的腐蚀问题。这种检测方法的应用原理并不复杂，检测操作相对简单，应用灵活，通常在各种材料测试活动中发现。此外，几何形状和尺寸不会影响钻孔测试活动。

突出定点腐蚀检测方法的优势，达到提高数据采集的目的，确保提出更有针对性的防腐策略。从现阶段的实用性来看，不同方法在具体应用中最根本的要求是依靠相关设备精确确定最危险的腐蚀位置，同时分析收集的数据来判断问题的严重性[4]。在此基础上，将制定相应的处理措施，在使用腐蚀检测方法的过程中，需要提前对相关设备进行调试，同时有必要对具体使用过程进行安排，明确工艺节点的具体内容，提高防腐试验结果的可靠性。

3 储油罐及工艺管线的外腐蚀机理分析及建议

3.1 外腐蚀机理分析

由于管道和储油罐罐体暴露在外，与空气中的氧化还原物质发生化学反应，往往会对外部结构产生一定的腐蚀，建设过程及设备维护过程对管道和罐体进行现场控制提高设备的性能。

通过对当前储油罐和输油管道外部腐蚀现象的分析与评估发现，储油罐罐体和石油输送管道的材质以刚才为主，因此，项目建设时，要对罐体和管道表面进行防腐蚀处理，一般为加涂防腐层。防腐层发生腐蚀情况后，罐体和管道会产生开裂或扭曲现象，最终钢材结构暴露在空气环境中，通过化学反应产生不同程度的腐蚀[5]。除此以外，防腐层在脱落过程中，还可能因为涂层与钢结构的粘附力导致钢结构发生腐蚀。因此，在储油罐罐体和输油管管道外部腐蚀过程中，通常是由于钢材结构与蒸汽直接接触，发生相应的电化学腐蚀现象，最终生锈。

有机涂料在使用中会与水环境、光照环境直接接触，受其氧化反应影响较大，并根据不同的湿度、温度等环境，腐蚀程度不一致，容易被压碎和开裂，导致涂层与钢板之间出现剥落和剥落现象。此外，有机涂料和钢涂层具有不同的热膨胀系数，当温差变化过大时，很容易在应力的影响下，防腐层发生破裂，将钢结构暴露在外。

施工质量不合格会导致管道和储油罐在自然条件下易产生有机涂层的脱落和变形，会严重影响后续使用过程中储油罐和管道的使用寿命，输油管道和储油罐表面防腐层失效产生的原因主要有两个，一方面是因为热膨胀和应力等产生的防腐层变化，另一方面由于接触面被风、高温、阳光直射等影响，防腐层发生物理化学变化，从而出现开裂、脱落等现象。防腐层的失效会导致大气中的水及氧化性物质与钢材表面直接接触，最终产生水膜或直接发生氧化反应。随着时间推移，防腐层的面积不断扩大。此外，储油罐和管道受到机械振动等物理影响时，也会导致防腐层和钢结构的粘附力下降，最终加剧腐蚀现象。

防腐层破裂或脱落也会导致大气中的水分子和氧化性物质发生接触从而产生氧化反应。其中，水膜中的氢原子和氢氧根原子形成电解质溶液，从而发生电化学反应。在正常情况下，铁被转化为铁离子，电子转化为阳极，阴极部分由水氧和铁离子反应产生，最终形成相应的氢氧化物，所有反应都是与水中的铁和氧接触，最终形成铁氢氧化物。氢氧化铁具有不稳定的化学特性，会发生进一步的脱落和化学反应，从而加剧储油罐和管道的腐蚀。同时，防腐层与管道、罐体的表面会不断地吸收大气环境中的二氧化硫和氨气，导致钢材结构表面产生碱性腐蚀或酸性腐蚀。随着时间的推移，会导致相关钢材输油管或储油罐的工作压力增加，最终导致设备故障，造成严重的安全事故。

3.2 外腐蚀的建议

为了实现储油罐和输送管道的防腐控制，结合定向防腐处理和精炼，在这一过程中，应采用顶层设计，分析和评估储油罐和管道外的当前腐蚀机制，重点控制电化学腐蚀现象，增加防腐涂层与管道之间的粘合力，达到防腐控制的效果，同时施工单位还必须提高工程施工质量，提高防腐效果。

通过分析和评估，在材料表面使用有机涂层，将延长储油罐和输油管的使用寿命，有机涂料的质量会影响防腐的使用寿命。为了控制施工质量，有机涂料需要增加有机涂层和钢表面产生的粘附力，如果两者具有良好的粘合性，则不会在钢面和有机涂层之间产生相应的电化学反应。通过化学反应公式可以看出，在电解质连接后，阴极和阳极之间的相应电化学反应可能发生，有机涂层和钢结构具有良好的粘附力，电解质通信现象就不会发生，如果两者之间有相应的粘合力差异，最终会导致电解质交际，形成化学电池，从而刺激化学反应。

为了控制有机涂料和钢材表面的附着力，有必要对钢材表面进行预处理。通过数据分析，可以看到，近60%的防腐涂层和表面除锈质量缺陷与储油罐施工活动有关。施工方要求钢油储罐和输油管道的施工过程中，企业需要检查施工单位的资质，确保施工单位具有相应的施工技术，确保施工工作能够正常、稳定地进行。如果施工单位的资质检查不严格，很难保证施工质量的提高。施工部门和工程部还需及时引进专业的防腐管理人员，评估和判断整个工程的防腐性能，在采用有机防腐涂料的钢结构表面涂装过程中进行相应的防护验收工作，企业需要邀请第三方机构和人员通过专业设备测试管道的防腐性能，保证有机涂料的质量和施工效率，在处理工艺中有效提高相关设备的表面控制，需要提前对钢材表面的氧化物进行处理，才能使用相应的防腐涂料，同时要保证整体表面粗糙度能够满足相应的要求，增加防腐涂料与钢材之间的接触面积，从而增加两者的粘附力[6]。在有机涂料的验收管理过程中，必须确保涂层不破损，如果发现不合格的有机涂层，则需要进行修改，并在修复完成后进行验收，以确保涂层合格。

有机涂料的挥发与雨水浸泡有良好的关系，也使钢表面腐蚀恶化，雨水浸泡主要发生在储油罐底部和输油管道的支撑基座周围区域。因此，雨水的去除和对储油罐罐体和管道进行防雨措施处理可以有效提高防腐性，因此，在设计和建设过程中需要进行优化结构，防止管道顶部、底部和底部出现相应的积水现象。输送管道一般需要设置一个沟渠，切在水箱顶部周围，以便能够控制水箱屋顶的排水，以减少雨水垂直腐蚀对储油罐壁的有机涂层的腐蚀影响[7]。另一方面，相关的工程师和设计师还必须在储油罐底部的钢板上方安装雨伞，并在四周设置排水管道，减少底部钢板的积水。此外，在湿度较大的地区建设管道和储油罐，应设置更严格的引水装置，将雨水带到表面。

热喷涂技术的原理是利用加热源将有机涂层升温到半液体或液体状态，然后采用高速气流进行雾化，这样可以将有机原子原料均匀地覆盖至钢材结构表面，这样形成的防腐层具有防腐蚀、耐摩擦等效果[8]。热喷涂技术由于技术和设备相对简单，所以具有经济性和灵活性，且应用效率高，可广泛应用于工程防腐控制的各个方面。近年来，热喷涂技术取得了很好的发展，可以对钢结构材料进行不同形状的防腐控制。这种技术与传统的涂层防腐技术相比，在原料上更加节约，同时能保证防腐层和刚才结构的表面具有良好的粘附力，从而对储油罐和管道有更好更长时间的防护作用。