鋼質儲油罐腐蝕狀況預測研究動態

文/但 琦 何 超 吳松林 楊廷鴻 王春林

儲油罐安全是油庫管理者高度關注的問題之一，不僅關系到經濟損失、環境污染，而且直接危害油庫的安全和人員的生命安全。

在鋼質儲油罐安全事故中，腐蝕是產生鋼質油罐安全的重要因素之一。美國對過去40年發生的242例儲罐事故進行了統計分析，有72臺儲罐約30%的事故是由于與儲罐腐蝕引起的[1]。儲油罐腐蝕是非常嚴重的，腐蝕帶來的危害很大，而且損失巨大，但是目前對鋼質油罐腐蝕特征和腐蝕規律進行定量研究的文獻比較少，更多的是一些零星的油罐腐蝕的報道。

為了進一步研究油罐的腐蝕研究鋼質油罐的腐蝕特征和腐蝕規律，做好腐蝕預防，減少儲油罐因腐蝕帶來的災難，有必要對鋼質儲油罐腐蝕狀況預測研究狀況進行梳理和綜述。

鋼質儲油罐腐蝕狀況預測研究的主要困難有：一是檢測油庫油罐的腐蝕速度比較困難，二是不能每年連續檢測油庫油罐的腐蝕狀況，三是油罐腐蝕狀況的評價因素的選取。

基于上述困難，大量的文獻在研究鋼質儲油罐腐蝕狀況預測時，主要是采用已有的油罐少量的腐蝕數據來研究，更多的是從理論和方法上來研究油罐的腐蝕情況，為了更全面地研究油罐腐蝕性，很多研究者從檢測設備和檢測方法上去研究油罐的腐蝕性，取得了一些進展，但檢測工作量大，操作比較困難。而對鋼質儲油罐腐蝕狀況預測理論的研究有助于對鋼質儲油罐腐蝕狀況預測研究。

鋼質儲油罐腐蝕狀況預測研究儲油罐腐蝕狀況預測主要包括兩個方面：一是腐蝕速度的預測（動態），二是腐蝕狀況評價（靜態），通過對腐蝕速度的預測和腐蝕狀況的評價，從而達到對鋼質儲油罐腐蝕狀況進行預測。

因此在對鋼質儲油罐腐蝕狀況預測研究動態分析時，主要從鋼質儲油罐的腐蝕速度的預測和鋼質儲油罐腐蝕狀況評價兩個方面進行分析討論。

1.鋼質儲油罐腐蝕速度預測

鋼質儲油罐多的腐蝕是比較復雜的，由于鋼質儲油罐的部位不同[1]，其主要的腐蝕因素也不同，腐蝕速度也不同。由于儲罐腐蝕機理復雜性和隨機性，腐蝕速度很難刻畫。由于儲油罐所處的環境不同，腐蝕速度也不同，實際情況下腐蝕速度的數據也很難獲取。

1.1 工程實際中儲油罐的腐蝕速度研究

在工程實際中研究儲油罐腐蝕速度主要是對儲油罐罐底的腐蝕速度的研究。研究工程實際鋼質儲油罐腐蝕速度有兩種方法：一種是利用儲油罐的沉積水的成分來分析對罐底腐蝕速度[2]，另一種是采用時間序列方法利用連續5年的腐蝕速度來預測今后幾年鋼質油罐的腐蝕速度[3]、[4]、[5]。

劉伶俐給出了7個儲油罐的不同沉積水的成分對罐底有不同的腐蝕速度。劉伶俐認為儲罐罐底沉積水來源于油品本身攜帶的水份和罐內氣體空間水蒸汽的凝結，隨著時間推移，沉積水就會積少成多。劉伶俐主要檢測了沉積水中的PH，全鹽，電導率，她認為這些因素是油罐罐底腐蝕的主要因素，它們影響了油罐腐蝕的速度，并且給出了七個儲油罐的沉積水成分的含量以及檢測到的腐蝕速率。

趙曉剛[3]、肖杰[4]、王豐[5]利用時間序列的方法來分析油罐罐底腐蝕速度。通過已知連續5年的油罐的腐蝕速度，來預測未來幾年的油罐的腐蝕速度。趙曉剛、肖杰采用灰色理論的GM(1，1)，王豐利用一元線性回分析，他們都建立了油罐腐蝕預測模型，得到的腐蝕速度隨著時間而不斷增加的結論，這一結論與實際的腐蝕情況有一定的差距。

在工程實際中，儲油罐的腐蝕很復雜，影響儲油罐腐蝕的因素有很多，因此在工程實際中研究儲油罐的腐蝕速度文獻不多，由于沒有直接檢測油罐腐蝕速度的設備，每年檢測它的腐蝕速度和深度是不現實的，如何通過現有的腐蝕數據來預測鋼質儲油罐腐蝕速度，許多研究者從實驗室的角度來研究鋼片的腐蝕速度。

1.2 實驗室中鋼片的腐蝕速度研究

在實驗室中，研究鋼片的腐蝕主要分三類，一是鋼片在沉積水中的腐蝕，主要是針對沉積水對儲油罐的罐底的上表面的腐蝕分析研究，二是鋼片在土壤中的腐蝕，主要是針對土壤對儲油罐的罐底的下表面的腐蝕研究，三是大氣對鋼片的腐蝕，主要是針對儲油罐的外腐蝕分析研究。

（1）沉積水腐蝕。周永璋[6]、孫嘯[7]、趙雪坤[8]、曹華珍[9]從沉積水的成分出發，分析影響腐蝕的主要因素，通過實驗的方法，討論了沉積水成分對鋼片腐蝕速度影響。

周永璋[6]通過重量法和極化曲線法，通過配制的沉積水研究了油罐沉積水腐蝕行為因素，在濃度較低時，腐蝕速率隨著含量的升高而增大，在Cl?含量為5g/L時，在含量為1g/L時腐蝕速率最大，之后隨含量增大而降低。用origin擬合出腐蝕速率和Cl?、S O42?濃度之間的關系式。

孫嘯[7]對N80鋼在沉積水中的腐蝕規律的實驗室進行了研究。用“掛片法”確定腐蝕速率與腐蝕時間之間的關系，腐蝕速率與腐蝕時間呈單調下降并趨于穩定的趨勢。溫度對腐蝕速率的影響，溫度在90度的時候，腐蝕速度最大達到0.6mm/a； C a2+離子對腐蝕速率的影響，當的濃度達到250mg/L，腐蝕速度最大達到0.3mm/a；Cl?離子越高腐蝕性越大，離子對腐蝕速率影響，當離子的濃度達到1000mg/L，腐蝕速度最大達到0.3mm/a；PH值對腐蝕速率影響，腐蝕速度隨著PH值的升高而降低。

趙雪娥[8]采用靜態掛片方法研究了Q235一B鋼在沉積水中的腐蝕行為，比較其在不同溫度下的腐蝕速度。研究結果表明：隨著溫度的升高，腐蝕速度呈上升趨勢。

曹華珍[9]采用電化學方法測試了在不同S2?，PH值以及不同溫度對碳鋼的極化曲線。

從以上的研究者得出比較共同的結論：一是鋼片的腐蝕速度隨著時間的增加，剛開始的時候腐蝕速度上升，隨著時間的增加腐蝕速度單調下降，經過一段時間后腐蝕速度趨于穩定，二是和PH值的濃度對腐蝕速度有很大影響，三是溫度越高，腐蝕速度越快。

（2）土壤的腐蝕。郭稚弧[10]、陳沂[11]、梁平[12]、賈思洋[13]、翁永基[14]、何樹全[15]從土壤的成分出發，分析影響腐蝕的主要因素，通過實驗的方法（實驗室方法和埋地實驗方法），討論了土壤的成分對鋼片的腐蝕速度影響。

郭稚弧[10]分析了土壤中的成分，并用神經網絡定量討論了碳鋼在土壤中的腐蝕速度與土壤的PH值、含水量、Cl?離子含量、離子、Fe2+離子等因素之間的關系，腐蝕速度隨含水量的增大而增大，呈非線性關系；當含水量較高時，腐蝕速度隨pH值的增大略有減小，而當含水量較低時，腐蝕速度則變化不大。隨著Cl?含量的增加，腐蝕速度增大，也呈非線性關系。

陳沂用單因素分析法分析了土壤中單因素與腐蝕速度的關系（采用失重法）。試樣在孔隙率55%土壤中的腐蝕速率最大，腐蝕速率為9.0g/h；在含水量為25%土壤中的腐蝕速率最大，腐蝕速率為9.0g/h。腐蝕速率隨著土壤總含鹽量的增加而增大，腐蝕速率隨著土壤中Cl?質量分數的增加而增大，腐蝕速率隨著土壤質量分數的增加而增大，腐蝕速度與土壤PH值有很大的關系。

梁平[12]討論了Q235鋼在庫爾勒地區土壤腐蝕性，他認為同一地區不同時間測的腐蝕因素含量和腐蝕速度是不同的，隨著時間增加，影響腐蝕的腐蝕因素的含量在逐漸減小，對腐蝕的影響逐漸減小，腐蝕速度也在減小。

賈思洋[13]認為金屬材料在土壤中的腐蝕速度是隨著時間的發展而有所變化的。一般來說，金屬在土壤中的腐蝕速度起初比較快，隨后因時間的延長而呈現降低的趨勢。

翁永基[14]認為鋼鐵在南部地區，鋼鐵腐蝕速度隨土壤含水量增加而增大，而在北部腐蝕速度反而減小。

綜上所述，鋼材的腐蝕速度與土壤的PH值、含水量、Cl?離子含量、-離子、電阻率、Fe2+離子等有關，腐蝕速率與土壤酸度和含水量呈正比，

（3）大氣的腐蝕。馬小彥[16]、蔡建平[17]、汪軒義[18]、梁彩鳳[19]、李曉峰[20]從大氣腐蝕的影響因素出發，分析影響腐蝕的主要因素，討論了大氣的腐蝕因素對腐蝕速度的影響。

馬小彥[16]分析了大氣對低合金鋼腐蝕影響因素為：年平均溫度、年平均相對濕度、年RH>80%時數、年降水量、年降雨日數、年日照時數、Cl?濃度，SO2濃度、NO2濃度、雨水pH值以及腐蝕時間，

蔡建平[17]還增加了碳鋼中的成分如硫含量、銅含量、磷含量作為影響因素，用神經網絡的方法分析討論了這些腐蝕因素與平均腐蝕速率的關系。

汪軒義[18]運用濕潤因子、浸蝕因子和雨水酸度因子作為特征參數來判定該地區的大氣環境腐蝕性．這種方法是將未知不能檢測地區的大氣環境腐蝕用已知地區的大氣環境腐蝕進行模式識別和歸類。

綜上所述，在工程實際中對儲油罐腐蝕速度定量研究很少，也很困難，主要由于數據量比較少，趙曉剛[3]、肖杰[4]、王豐[5]研究的油罐腐蝕速度的變化規律主要是基于同一組腐蝕速度數據來研究，這組同一組油罐的腐蝕速度有每年遞增的規律，通過模型預測得到的腐蝕速度也是單調上升的規律。因此與實驗室研究腐蝕速度得到的結果不同，這受到腐蝕速度數據有限的局限性。

而在實驗室中的研究也比較受局限。這些文獻都只從某一個方面（如沉積水、土壤、大氣）對碳鋼腐蝕速度進行了討論，沒有從綜合總體上對碳鋼腐蝕速度進行研究，沒有討論它們對鋼質儲油罐腐蝕速度的關系，而鋼質儲油罐腐蝕是受多方面因素影響的，是一個綜合交叉的影響。研究沉積水、土壤、大氣對碳鋼的腐蝕，這從理論上對于我們的研究鋼質油罐的腐蝕起到了借鑒作用。

2.鋼質儲油罐腐蝕狀況評價

客觀、準確地對鋼質儲油罐腐蝕狀況進行評價不是一件容易的事。目前研究油罐腐蝕評價的方法主要有兩種方式，一種是單一方面評價，如陳光明[21]提出的油罐沉積水腐蝕評價，宋光鈴[22]提出的土壤腐蝕性評價、汪軒義[23]提出的大氣腐蝕性評價；另一種是綜合評價，如李春樹[24]提出的通過表征腐蝕狀態的腐蝕特征參量來評價腐蝕狀態和肖杰[25]提出的模糊綜合評判。單一方面的評價方式在實驗室研究比較多，評判腐蝕性的等級比較容易，綜合評價的方式在工程實際中比較多，但由于腐蝕評價因素的選取不一致、腐蝕評價因素的數據獲取以及評判方法的不同，導致腐蝕評價的結果也不一樣。

2.1 鋼質儲油罐腐蝕單一方面評價

陳光明[21]通過對儲油罐罐底沉積水的水質分析，由沉積水理化指標對沉積水腐蝕性的重要程度，建立模糊微元評價，對油罐底部沉積液進行腐蝕評價。

宋光鈴[22]運用模糊數學的聚類分析原理，根據土壤的理化性質指標對土壤腐蝕類型進行了模糊評價，初步證明了模糊數學方法在土壤腐蝕性評價這一復雜系統中的適用性。

汪軒義[23]運用模糊綜合評價方法，選擇合適的隸屬函數，對我國典型地區的大氣腐蝕性進行了綜合評價，綜合評價結果能較好地反映我國典型地區大氣環境的腐蝕性。

綜上所述，不管是沉積水的腐蝕性、土壤的腐蝕性還是大氣的腐蝕性，他們討論的都是介質本身的腐蝕性評價問題，并沒有討論分析介質的腐蝕性對鋼質儲油罐的腐蝕影響。

2.2 鋼質儲油罐腐蝕綜合評價

鋼質儲油罐腐蝕狀況綜合評價有兩種評價方法，一種是概率評價方法（李春樹[24]），另一種是模糊綜合評判法（肖杰[25]）。

李春樹[24、26]提出六個腐蝕特征參量，采用概率方法計算出六個腐蝕特征參量，并給出了六個腐蝕特征參量的權重的計算方法，通過六個腐蝕特征參量的權重得到儲罐底板安全指數積分，從而確定油罐的腐蝕狀態或等級。李春樹用了一個簡單加權的方法來評價腐蝕，這種沒有反映出各個腐蝕特征參量影響程度不同。

肖杰利用模糊綜合評判建立油罐底板腐蝕失效嚴重程度多層次評價模型，給出了（200個罐作為樣本）腐蝕速率分布的直方圖，利用試驗儲罐底板腐蝕數據，統計出了油罐底板腐蝕速率分布，油罐底板腐蝕速率分布服從正態分布 X～N（0.0229，0.00916）。

這兩個評價方法可以對儲油罐當前腐蝕狀況進行評價，但不能對腐蝕狀況進行預測，要對腐蝕狀況進行預測，需要對鋼質儲油罐腐蝕速度的預測，通過對鋼質儲油罐腐蝕速度的預測來對鋼質儲油罐腐蝕狀況預測。

綜合評價比單一方面的評價方法考慮的因素更加全面，評價的效果也趨于合理，但在評價指標的選定和評價標準的確定方面尚存在著許多問題，必須結合具體情況考慮，否則將出現誤判。

由上可知，盡管油罐腐蝕狀況的評價方法很多，但效果不是很理想，油罐的腐蝕性與理化性質之間是否存在相關性，能不能由各方面的理化性能預測油罐腐蝕狀況，即使有關各方面所有因素都已掌握、能否預測油罐腐蝕狀況，還是需要進一步探討的問題。

3. 鋼質儲油罐腐蝕狀況預測研究

鋼質油罐腐蝕狀況的預測，目前有Bayes判別預測方法（張穎[27]）。張穎采用多元統計方法中的Bayes判別分析理論，根據單因素方差分析方法，確定與儲罐底板腐蝕狀況相關的外部因素，利用使用時間、存儲介質、使用溫度、外觀腐蝕情況、基礎完好情況和儲罐容積這6個表征因素分析油罐的腐蝕。把六個表征因素作為輸入向量，以Bayes判別級別作為輸出目標，利用提取的120個樣本數據，建立的儲罐底板腐蝕狀況Bayes判別預測方程（多元回歸方程組）。Bayes判別預測方法比較好，能對油罐罐底的腐蝕給出初步的評價。

Bayes判別預測方法存在以下不足：一是特征參量選取不能完全反映腐蝕規律，并且帶有主觀評價，缺乏對油罐內部腐蝕特征的描述。二是由于各因素的復雜性和交互作用的影響，這些因素與油罐腐蝕性問題決非簡單的線性關系，顯然不能用線性回歸的常規方法處理腐蝕指標與腐蝕性之間的對應關系，應該是非線性關系。

4.展望

影響鋼質儲油罐腐蝕的因素是很復雜的，因此研究鋼質儲油罐的腐蝕速度有一定的局限，目前研究鋼質儲油罐腐蝕速度預測的模型較多，但每個模型只是針對某種單一情形來研究，對工程實際中儲油罐腐蝕，由于檢測腐蝕數據的限制導致了對鋼質儲油罐腐蝕速度預測的困難，因此建立每個儲油罐基礎數據和定期腐蝕檢測數據，對研究鋼質儲油罐的腐蝕狀況的預測是非常必要的，同時應建立一個鋼質儲油罐腐蝕程度的評價標準和相應的處理措施，是目前急需解決的問題。

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