江蘇LNG項目16萬m3儲罐海水試壓方法探究及實踐

洪 寧，劉洪亮，胡本源

（1.中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇南通 226001；2.中國石油管道學院，河北廊坊 065000）

1 工程概況

江蘇LNG項目一期工程16萬m3LNG儲罐T-1203的內罐材質為9%Ni鋼，于2012年8-9月對儲罐內罐進行了水壓試驗，試驗采用海水作為試驗介質，試驗過程從進水、試壓、排水至內罐壁板、底板清理結束共歷時29 d。試驗過程中未對內罐采取任何陰極保護措施，試驗過程中置于儲罐內的試板與水壓試驗前進行的海水試驗同條件試板的腐蝕數據一致。該儲罐于2012年12月1日投產，運行至今未發現異常，基本證明該試驗方案獲得成功。

2 9%Ni鋼在海水中的腐蝕機理分析

LNG儲罐內罐壁板和底板材料為9%Ni鋼，相對于普通碳素鋼其含鎳量較高，碳和硫的含量相對較低，因而一般認為9%Ni鋼的耐腐蝕性要優于普通碳素鋼。當儲罐的水壓試驗采用海水作為試驗介質時，由于海水成分較為復雜，溶于海水的鹽類質量分數一般為3.2%～3.6%，其中氯離子質量分數約為1.9，溶解氧量為3～8 mg/L，pH值約為8，具有較好的導電性能，對于浸泡于海水中的內罐9%Ni鋼材容易發生電化學腐蝕。

有資料說明由于儲罐內罐壁板及底板母材的電勢高于焊縫，則在焊縫區域與母材之間形成原電池，且腐蝕速率受焊縫表面積與母材表面積比值的影響，見表1。

表1 腐蝕速率與焊縫面積、母材面積的關系

T-1203儲罐內罐壁板及底板在安裝前已經對鋼材表面進行了涂刷低鋅硅酸鹽底漆的防腐處理，僅預留板材邊緣40 mm范圍未涂刷底漆，以便于對接及搭接焊縫的焊接。因此認為該狀態下的焊縫表面積與母材表面積的比值屬于上表中的第3類或第4類。因而在儲罐海水水壓試驗中不考慮焊縫與母材之間因電勢差而產生腐蝕的影響因素，而只考慮內罐壁板及底板作為整體在海水中腐蝕的情況。

3 兩種常用的陰極保護措施介紹

3.1 外加電流陰極保護法

外加電流陰極保護法是通過外加直流電源以及輔助陽極，強制海水中的電子流向被保護的儲罐內罐壁板及底板，使被保護金屬結構電位低于周圍環境而處于電子過剩狀態，從而使內罐9%Ni鋼板得到保護。該方法在多種文獻中已有詳細論述，且在國內外LNG儲罐海水水壓試驗中普遍采用[1-2]。

3.2 犧牲陽極保護法

犧牲陽極保護法是利用還原性較強的金屬作為保護極，與被保護金屬即內罐壁板及底板相連構成原電池，還原性較強的金屬將作為負極發生氧化反應而消耗，內罐壁板及底板作為正極而得到保護。

T-1203儲罐采用犧牲陽極保護法的主要技術指標如下：

（1）有效保護周期t設計為0.1 a，即一個月左右的周期，T-1203儲罐水壓試驗的計劃工期為30d。

（2）在有效保護期內，被保護內罐壁板保護電位需達到-0.85～-1.00 V（相對銅—飽和硫酸銅參比電極）。

（3）保護面積。T-1203 LNG儲罐內罐直徑為80 m，海水充液高度為21 m，算得充液后內罐壁板底板被海水覆蓋面積S1約為10 299.2 m2。由于內罐壁板在安裝前已經進行了底漆防腐處理，僅預留板材邊緣40 mm，因而內罐壁板未作防腐處理的面積只占總面積的3.4%左右，即保護面積S約為350.2 m2。

（4）保護電流。保護電流密度取i=80 mA/m2，則保護電流I=S×i=28（A）。

（5）犧牲陽極材料選型及用量計算。擬選擇鋅帶作為犧牲陽極材料，規格為12.7 mm×14.28 mm，其用量用下式計算：

式中W——犧牲陽極用量/kg；

T——年小時數/h，為8 760 h；

Im——平均維持電流值/A，Im=0.9 I；

Q——犧牲陽極的實際電容量/（Ah/kg），鋅陽極取780 Ah/kg；

4 T-1203儲罐海水腐蝕試驗及陰極保護措施的選擇

T-1203儲罐海水水壓試驗前，制作了9塊相同尺寸9%Ni鋼母材試板，分為三組，分別浸泡于三組海水中，三組海水分別取樣于漲潮、平潮、落潮三個時間段。試板海水浸泡腐蝕試驗模擬內罐的近似恒溫恒壓環境。試驗周期為30 d，然后對試板的腐蝕情況進行測量、分析，試驗室數據顯示，全部9%Ni鋼試板在海水中浸泡30 d的腐蝕厚度值為0.001～0.004 mm。

另外還制作了帶有焊縫的9%Ni鋼焊接試板一塊，同樣模擬上述環境浸泡于海水中30 d，通過觀察，母材、焊縫及焊縫邊緣出現輕微腐蝕現象。

根據以上數據，我們認為如果儲罐的海水試驗控制在30 d內完成，罐壁、罐底的腐蝕程度是可以接受的。且通過對儲罐采用犧牲陽極保護法的計算獲得犧牲陽極所需材料僅為40 kg左右，因此認為沒有必要采取該項措施。

在經過幾方的細致討論后，作出了T-1203LNG儲罐海水水壓試驗不采取陰極保護措施的決定。

5 水壓試驗驗證效果及結論

T-1203儲罐于2012年8-9月間對儲罐內罐進行了水壓試驗，采用海水作為試驗介質，試驗過程從進水、試壓、排水至內罐清理結束共歷時29 d。試驗過程中在內罐高度5 m處放置9%Ni鋼母材試板及焊接試板，儲罐水壓試驗結束后將試板取出送試驗室再次進行測量，試板腐蝕厚度同樣維持在0.001～0.004 mm，試板母材、焊縫及焊縫邊緣呈現輕微腐蝕，未見不可接受的腐蝕狀況。儲罐海水試驗結束后對內罐罐壁及罐底焊縫進行著色 （PT）探傷檢驗，未發現腐蝕裂紋。經過4個月運行未發現罐體異常，基本證明該試驗方案可行。

由此我們提出以下觀點：

（1）LNG儲罐采用海水作為試驗介質進行水壓試驗時，在較短時間內，海水對內罐9%Ni鋼材的腐蝕影響很小。

（2）9%Ni鋼在海水中30 d內的腐蝕厚度約為0.001～0.004 mm，該腐蝕量在海水水壓試驗階段認為是可以接受的。

（3）如果LNG儲罐內罐壁板在安裝前預先進行了涂刷低鋅硅酸鹽底漆防腐處理，則水壓試驗中無論采用海水或淡水作為試驗介質，可考慮不采取陰極保護措施方案。

（4）LNG儲罐試壓試驗如采用海水作為試驗介質，且不采取陰極保護措施，則試驗周期應控制在盡可能短的時間內完成，且不宜超過30 d。

[1]劉吉飛，程久歡，祝曉丹，等.LNG儲罐水壓試驗時內罐防腐控制探討[J].石油工程建設，2009，35（6）：36-38.

[2]劉學發，彭國華.大型儲罐海水試壓防腐技術[J].石油工程建設，2012，（2）：103-105.