过程装备金属防护与腐蚀论文

金属储油罐的腐蚀与防护摘要：本文总结了金属储油罐腐蚀问题的历史与现状，通过学习腐蚀的分类和基本理论归纳了造成金属储油罐腐蚀的基本因素和种类。在联系文献资料和实际经验的基础上讨论了金属储油罐腐蚀的防护方法。关键词：储油罐，腐蚀，溶解氧，阴极保护，防腐涂层Abstract:Thispapersummarizesthehistoryandcurrentsituation,generalizedthecausesandkindofthecorrosionoftheoilstoragetankbystudyclassificationandbasictheoryofcorrosion.Relatedtheliteratureanddatatodiscussthemethodofhowprotectionoilstoragetank.Keyword:oilstoragetank，cauterization，solutionoxygen,cathodeprotection,anticorrosivecoat前言：石油是当今世界上最主要的能源。随着经济与科技的发展，全世界对石油的需求量越来越大。随之，储存石油的设备储油罐同样越来越得到重视。原油中通常含有氢、硫酸、有机和无机盐以及水分等腐蚀性化学物质易腐蚀储油罐，而且外界的温度湿度等环境因素同样会对储油罐造成腐蚀。储油罐一旦遭到腐蚀轻则减少储油罐的使用寿命，影响储油罐中的石油质量。重则造成石油泄漏，环境遭到污染，引发失火爆炸等安全隐患。综上，对金属储油罐进行腐蚀防护是至关重要的。1.储油罐介绍及腐蚀现状1.1储油罐的分类储油罐是用来储存油品的容器，是石油库的主要设备。按组成材质可分为金属储油罐和非金属储油罐；按照储油罐所处位置分为地下油罐、半地下油罐和地上油罐。按安装形式可分立式、卧式；按形状可分圆柱形、方箱形和球形。普通金属储油罐采用代号A3F的平炉沸腾钢；寒冷地区采用的是A3平炉镇静钢；对于超过10000m3的大容积油罐采用的是高强度的低合金钢。常见的金属油罐形状，一般是立式圆柱形、卧式圆柱形、球形等几种。立式圆柱形油罐根据顶的结构又可分为桁架顶罐、无力矩顶罐、梁柱式顶罐、拱顶式罐、套顶罐和浮顶罐等，其中最常用的是拱顶罐和浮顶罐。拱顶罐结构比较简单，常用来储存原料油、成品油和芳烃产品。浮顶罐又分内浮顶罐和外浮顶罐两种，罐内有钢浮顶浮在油面上，随着油面升降。浮顶不仅降低了油品的消耗，而且减少了发生火灾的危险性和对大气的污染。尤其是内浮顶罐，蒸发损耗较小，可以减少空气对油品的氧化，保证储存油品的质量，对消防比较有利。目前内浮顶罐在国内外被广泛用于储存易挥发的轻质油品，是一种被推广应用的储油罐。卧式圆柱形油罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。它可在机械，一成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。缺点是容量一般较小，用的数量多，占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用，如放空罐和计量罐等。1.2储油罐的腐蚀现状储油罐分为拱顶储油罐和浮顶储油罐。主要存在于油田、石油炼化厂和战略储备库。油田中的储油罐大部分为拱顶储油罐，少部分为浮顶储油罐。拱顶储油罐的腐蚀包括内腐蚀和外腐蚀。内腐蚀的情况复杂，不同部位的腐蚀程度和因素有所不同。据检测的腐蚀结果显示，拱顶储油罐内腐蚀最严重的部位是和水接触的储罐底板。表现为大面积的点蚀，最大的腐蚀深度能够达到5.1mm【1】。外腐蚀包括储油罐底板外腐蚀，储油罐顶外腐蚀和储油罐壁外腐蚀。浮顶储油罐同样包括内腐蚀和外腐蚀。内腐蚀最严重的部位是储油罐底板，储油罐底板处于水相，腐蚀的形态是局部腐蚀，以蚀坑为主。浮顶储油罐外腐蚀中储油罐的外边缘板和储油罐的底板外侧腐蚀最严重。尤其是在我国南方潮湿多雨的地区，腐蚀的更为严重。在我国西部某油田，设计使用寿命为15年的储油罐有时只能使用5到8年，每年因腐蚀造成的维修费用高达5亿元。可见储油罐的防腐现状仍然不容乐观。2.储油罐的腐蚀原理和影响因素2.1储油罐腐蚀的种类分析2.11化学腐蚀：金属在非电化学作用下的腐蚀（氧化）过程。通常指在非电解质溶液及干燥气体中，纯化学作用引起的腐蚀。主要发生在干燥土壤环境下的储油罐缸体外壁。2.12浓差腐蚀：主要发生在储油罐内壁一下，一般由氧的浓度差引起。2.13电化学腐蚀（原电池腐蚀）：是油罐内部最主要，最严重，危害最大的一种腐蚀，主要发生在储油罐罐底，罐壁和罐顶。2.14硫酸盐还原菌以及其它细菌引起的腐蚀：主要发生在储油罐底。2.15摩擦腐蚀：主要发生在浮顶储油罐的浮动伸缩部位。2.2储油罐不同部位的腐蚀分析2.21储油罐外部腐蚀分析：储油罐外部腐蚀的主要原因是土壤及环境大气对油罐表面的腐蚀，其最严重的腐蚀部位为底部。同时这个部位还属于双面腐蚀，其内部受到介质腐蚀，外部则直接受到土壤腐蚀。在传统的防腐蚀过程中，人们对储油罐的内部防腐蚀较为关注，而往往忽视了外部防腐蚀措施的应用。2.22储油罐内部腐蚀分析：由于油品中含有水和氧成分，这就使油罐内壁和油罐顶部都极易受到了腐蚀。另外其中还有其它的腐蚀介质如二氧化碳、硫化氢、酸等的存在，进一步加快了腐蚀速度。而油品本身并没有参与到腐蚀当中，但它却起到了运载腐蚀剂的作用。油品在挥发时产生了大量的腐蚀性离子，而油品对钢铁表面有较大的润湿效果，会很快吸附于罐顶和罐壁表面，当表面的温度降低到水汽和油气露点以下时，慢慢地聚成液滴，在储油罐内的油面之上将逐渐形成一个油气空间。在油气不断挥发的同时，腐蚀介质也就越积越多，从而对油罐内壁造成腐蚀。油罐底部的腐蚀，主要以点腐蚀为主。发生点腐蚀的位置一般都在罐底的凹陷处，因为储油罐的放水口与罐底有一定的距离，所以这些部位最容易被罐内原油所产生的沉降水所浸泡产生腐蚀现象。2.3储油罐腐蚀机理分析2.31腐蚀介质造成的腐蚀：原油储油罐，成品油储油罐的顶部腐蚀的主要原因都是水蒸气和空气中的氧气以及油品中挥发出来的硫化氢造成的电化学腐蚀。储油罐缸底污水中含有大量渗透性很高的无机盐，一些盐会水解产生酸性成分。首先引起均匀腐蚀，和焊缝区的腐蚀；其次由腐蚀产物的存在和水中盐分的作用将会产生电化学腐蚀，而且罐底的无氧环境很适合硫酸盐还原菌的生长，会引起严重的针状或丝状的细菌腐蚀。另外储油罐底部污水含量中的酚的含量很高，酚与氨，水等分子作用会有很强的渗透性，能够穿透普通的防护层，到达金属基体表面使防腐层起泡，在金属与防腐层之间形成较小的缝隙，产生膜下腐蚀。储油罐壁腐蚀一般发生在气液的交替部位，主要是由氧的浓度差引起的。液面以下油品的中氧的浓度逐渐降低，形成氧的浓差电池，氧浓度高的部位为阴极，氧浓度低的部位为阳极。2.32溶解氧：在中性或者酸性溶液中，溶解氧是促进腐蚀发生的成分。即使在氧的浓度很低的情况下仍然会造成严重的腐蚀。例如溶解氧的含量从0.02mg/L增加到0.065mg/L后，金属的腐蚀速度将会增加5倍。含氧量增加到1mg/L后，金属的腐蚀速度会增加20倍。因为原油的含水率比较高水中含有大量溶解氧，所以造成了原油储油罐的腐蚀。2.33二氧化碳：在一定的温度下，水中的二氧化碳，碳酸氢根，碳酸根之间存在着一定的平衡关系CO2+H2O——H2CO3H2CO3——H++HCO3-因此当反应发生后，水中CO2的含量增加，使水的PH值下降，导致水的酸性增加腐蚀性增强。此外二氧化碳在金属的腐蚀过程中也能参加到电化学反应的阴极过程。2.34硫化氢：硫化氢普遍存在于原油中，它对储油罐的腐蚀性表现在碳钢在硫化氢环境下发生的电化学反应。阳极反应：Fe——Fe2++2e-阴极反应：2H++2e-——H2Fe+S——FeS由此可见，硫化氢腐蚀的最终产物是FeS。尽管FeS膜不溶于轻烃液体，但它却不具保护性，以上的腐蚀过程可以在膜下继续进行，而且腐蚀速度更快。在含硫的原油中，硫化氢与二氧化碳和溶解氧共存的时候腐蚀将变得更加严重。2.35氯离子：因为氯离子的半径小，极化度高，因此氯离子具有很高的极性和穿透性。首先依附在金属表面有缝隙的地方和应力集中的小孔处。造成孔蚀，垢下腐蚀和缝隙腐蚀。氯离子的浓度越高腐蚀的速度越快。3储油罐的常用防腐技术3.1储油罐外部和内部的防腐涂层技术：由各类高性能抗蚀材料与改性增韧耐热树脂进行共聚反应，形成互穿网络结构，产生协同效应，有效提高聚合物的抗腐蚀性能的功能涂层。对于储油罐外部腐蚀的防护可以采用以下的技术：两道脂肪族聚胺酯底漆+两道脂肪族聚胺酯中间漆+两道脂肪族聚胺酯面漆；两道环氧富锌底漆+两道环氧云铁中间漆+两道氯化橡胶面漆；两道环氧富锌底漆+两道云铁氯化橡胶中间漆+两道氯化橡胶面漆等。在储油罐内部，当原油储罐底部的水层厚度高达1.5m左右时，其下面成为了最严重的腐蚀部位。仅采用一种涂料防腐蚀，是根本无法保证其防腐蚀期限的。所以在油罐内部应该采用阴极保护与涂料并用的防护技术。对罐内底板及其周围1.5m高的壁板使用耐盐水耐油的专用绝缘涂料，如两道环氧富锌+一道环氧云母+两道环氧面漆、两道环氧底漆+两道氟碳绝缘防腐蚀漆等。而在内壁的其他部位应使用专用的导静电涂料干膜，如两道环氧导静电底漆+两道聚氨酯导静电涂料、一道环氧富锌涂料+一道环氧导静电底漆+两道环氧导静电面漆等。3.2阴极保护防护技术：阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。阴极保护大多采用外加电流法和牺牲阳极法。在采用牺牲阳极法时，必须要确保罐内底板不能使用导静电的防腐材料。如果牺牲阳极和导静电材料一起使用，阳极会加速溶解，将会失去应有的阴极保护作用。3.3热喷涂锌铝覆盖层技术：该技术可有效的避免罐体中的硫化氢和氧气发生化学反应，从而阻止了储油罐腐蚀的自然现象，延长了油罐的使用寿命。3.4提高储油罐防腐性能应该开展的几项工作：根据水利计算结果，根据储存不同的油类对储油罐进液方式进行改进，使储油罐内液体流动更加缓慢，在关键部位增加放涡流板，减少涡流的产生，避免油砂对防腐层的破坏。加强运行管理，严格遵守储油罐技术要求规范。避免原油进罐时对储油罐防腐层造成的磨损和破坏。储油罐密闭运行，减少储油罐内的氧含量，减轻罐顶的腐蚀。定期对储油罐内部防腐蚀层进行检测，及时维修防腐层破损部位，避免腐蚀产生。4结论：储油罐是极易发生腐蚀的设备，为了增加储油罐的使用寿命，提高经济效益，安全生产，我们必须重视储油罐的腐蚀防护。另外储油罐的腐蚀是由多方面原因引起的，我们在防护储油罐腐蚀的时候一定要对症下药才能达到最佳的防腐蚀效果。在做好腐蚀防护的同时施工，操作方面同样把好关降低储油罐腐蚀的发生。5参考文献[1]林建，王庆峰，朱秀林等油田储油罐防腐涂料的设计与施工[J]油气田地面积工程，2001，20（6）：50-63[2]张磊原油储罐的腐蚀与防护[J]腐蚀与防护2001，02[3]张峰杰罐腐蚀原因分析及防护对策[J]石油和化工设备2007，04