工業用金屬儲油罐的腐蝕分析及防護措施研究

喬鵬(長江電力股份有限公司溪洛渡水力發電廠, 云南 永善 657300)

工業用金屬儲油罐的腐蝕分析及防護措施研究

喬鵬(長江電力股份有限公司溪洛渡水力發電廠, 云南 永善 657300)

大型混流式水輪機組三部導軸承及機械液壓系統通常以汽輪機油作為潤滑及傳動介質，因此，汽輪機油的安全穩定性將直接影響設備的運行狀態，作為汽輪機油的存儲容器，金屬儲油罐在日常運行及維護過程當中，常發現有被腐蝕的狀況，存在安全隱患。本文就此問題，分析了金屬油罐發生腐蝕的機理，總結了幾種防腐蝕的措施，介紹了一種防腐蝕涂層刷涂的施工工藝，并提出了一種利用數值計算的方法來優化陰極防護的方案。

金屬儲油罐;腐蝕;防護措施;施工工藝

腐蝕是金屬材料在應用過程中不可忽視的問題。在沒有采取合理防腐措施的條件下，通常金屬儲油罐的使用壽命僅為5～10年，在各種復雜條件的相互疊加的情況下，金屬儲油罐很有可能被腐蝕穿孔，嚴重影響正常的生產，且存在較大的安全隱患[1]。對金屬儲油罐而言，只需要少量費用來做合理的防腐蝕措施，就可以明顯的延長金屬儲油罐的使用壽命，同時又能夠為安全生產提供適當的保障。本文就金屬儲油罐發生腐蝕的機理進行總結，并提出了一種根據數值模擬法來優化儲油罐陰極防護的方案。

1 金屬儲油罐的腐蝕原因分析

當金屬在和水、空氣以及其他不利因素進行充分的接觸后，會發生持續的氧化反應，因而出現被腐蝕的現象，最終導致金屬失去它原有的功能，從而不能正常使用[2～3]。根據腐蝕作用的機理，金屬儲油罐的腐蝕可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。

1.1 化學腐蝕

金屬與接觸到的物質直接發生氧化還原反應而被氧化損耗的過程，反應過程通常沒有電流產生，例如，化工廠里的氯氣與鐵反應生成氯化亞鐵：

Cl2+Fe→FeCl2

1.2 電化學腐蝕

電化學腐蝕是日常生活中較為常見的現象。電化學腐蝕不同于化學腐蝕，電化學腐蝕反應過程中會有電流產生。通俗來講，電化學腐蝕就是金屬和電解質組成兩個電極，組成腐蝕原電池。例如鐵和氧氣，因為鐵的電極電位總比氧的電極電位低，所以鐵是負極，遭到腐蝕。發生電化學腐蝕的表象為發生氧腐蝕部位的表面會形成許多小鼓包，次層是黑色粉末狀潰瘍腐蝕坑陷[4]。

根據外界環境不同，電化學腐蝕也可以分為土壤腐蝕和大氣腐蝕。我廠所用的金屬儲油罐發生局部腐蝕現象大多是由大氣腐蝕所引起。由于地理原因，空氣濕度較大，會在金屬儲罐外部形成一層水膜，水膜中溶解了空氣中的氧氣而發生濃差腐蝕，這對于有涂層損傷和缺陷的儲油罐來說，腐蝕更加明顯，并且油罐外部的水膜中含有的一些物質能夠增大水分中的電解質濃度，電導度也隨之增加，由此加速了電化學腐蝕的速度[5～6]，如大氣中的二氧化硫(SO2),在氧氣以及金屬儲油罐表面水膜等因素的共同作用下形成腐蝕性較大的硫酸：

SO2+O2+H2O→H2SO4

在硫酸的持續作用下，金屬儲罐不斷被腐蝕。

在金屬被腐蝕的過程中，金屬本身的性能和內部結構不斷被外界不利因素損壞，整個腐蝕過程包含兩種主要腐蝕類型[7]：

一種是局部腐蝕:局部腐蝕只是對金屬的表層部分腐蝕，不會對金屬結構產生很大的危害；另一種是均勻腐蝕:均勻腐蝕不僅會對金屬表層部分產生腐蝕影響，其腐蝕過程還會貫穿金屬晶粒本體，影響到金屬內部的結構和金屬性能，有較大危害。

2 金屬儲油罐防腐蝕措施

2.1 刷防腐涂層

為防止金屬腐蝕，可在金屬構件表面涂上機油、凡士林、油漆或者覆蓋搪瓷、塑料等耐腐蝕的非金屬材料。也可以用電鍍、熱鍍、噴鍍等方法，在構件表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等，這些金屬會因氧化而形成一層致密的氧化物薄膜，從而阻止水、空氣等不利因素對金屬構件的腐蝕。工業用儲油罐常用刷涂油漆的方法來預防腐蝕，油漆涂料的質量、施工工藝、技術水平都是影響防腐質量的關鍵因素。

經過比較、分析，發現采用“表面溶劑清洗-打磨除銹-防銹漆封閉”的防腐涂層刷涂工藝比較理想。

(1)表面清理。先用溶劑清除儲油罐表面的油脂和污物，再用電動工具徹底清除儲油罐外表面所有附著的舊漆膜、腐蝕層和其他雜質，表面處理等級達到GB8923 St2.5級標準，除銹后表面粗糙度應達到80～100μm。

(2)防銹漆涂刷。漆層的涂刷按照“環氧富鋅底漆-環氧云鐵中間漆-丙烯酸聚氨酯面漆”的順序進行。為了得到較為理想的防護效果，施工過程中對各涂層的厚度以及涂層總厚度等工藝指標均做出了相應的要求，其中：①經除銹后，鋼材表面應盡快涂刷，一般應在2h內涂刷，任何情況下不允許出現再次氧化。②底漆干膜厚度≥80μm；中間漆干膜厚度≥100μm；面漆干膜厚度≥80μm；底漆、中間漆和面漆各刷涂兩道；涂層總厚度≥300μm。③每道涂層表面應達到三級精度的標準：顏色一致，可見面無漏漆，無流掛，無觸目顆粒，無針孔，無褶皺，無氣泡。④當構件表面溫度低于大氣露點3℃，或相對濕度高于85%時，不應進行涂刷。⑤涂裝下一道油漆時，應在上一道油漆完全干透后，經質檢人員檢驗合格后，方可進行下一道涂刷。

2.2 電化學方法防腐

電化學方法防腐蝕主要利用原電池原理，消除引起金屬發生電化學腐蝕的原電池反應，使金屬得到防護。通常可分為陽極防護和陰極防護兩大類，在工業金屬儲油罐防腐蝕中，常采用陰極防護技術。陰極防護是把被保護的金屬作為陰極，通過犧牲陽極來保護陰極金屬材料，在實際應用中，可以用比鋼鐵還原性更強的金屬與鋼鐵制品相連接，當發生電化學腐蝕時，這種活潑金屬就作為微電池的正極而被腐蝕，從而陰極的鋼鐵制品得到保護[8]。紀京京等[9]通過在實例中采集的數據分析了石油儲罐外底板采用陰極防護工藝后的保護效果。

3 數值模擬法在陰極防護中的應用

邊界元法是在有限元法之后發展起來的一種較精確有效的工程數值分析方法，它以定義在邊界上的邊界積分方程為控制方程，通過邊界分元插值離散，化為代數方程組求解，能夠用較簡單的單元準確地模擬邊界形狀，最終得到階數較低的線性代數方程組[10～11]。在實際應用中可以采用下述步驟進行數值計算分析：①對擬進行建模計算的儲罐的幾何尺寸、涂層狀況、電絕緣裝置位置以及儲罐基礎的電阻率等信息進行了資料調研與現場測試。②采用邊界元商業軟件BEASY對所建立的儲罐幾何模型進行邊界元網格劃分，根據所劃分的邊界元網格，利用BEASY邊界元計算程序建立相應的數學模型。③根據現場測試的電位結果進行反演計算，以確定和實際情況相符的極化邊界條件，完善儲罐陰極保護數值計算模型，為實現最終的匯流點電位分布優化計算奠定基礎。④利用修正完善后的儲罐陰極保護數學模型，對不同匯流點下陰極保護點位分布進行模擬計算，并與現場測試結果進行對比，從而優化陰極保護的方案。

4 結語

本文對工業用金屬油罐的腐蝕機理進行分析，總結了幾種常見防護措施。并提出了一種利用數值分析方法來優化陰極防護方案的方法。通過實例，介紹了一種工業用金屬油罐防腐油漆的涂刷工藝。

[1]張曙靈，陳桂琦.工業油罐和酸罐的腐蝕及其防護方法[J].水利電力機械，2006:23(4):38-40.

[2]關永保.鋼鐵基體防腐蝕施工前的表面處理[J].全面腐蝕控制，2016,30(09):90-91.

[3]李正貴，陳鐵樁.化工機械腐蝕原因及防治對策研究[J].化工管理，2016,10:30.

[4]唐超.淺談汽油儲罐腐蝕原因及防腐措施[J].化工管理，2015,5:142.

[5]陳德輝，劉啟超.淺談原油儲油罐腐蝕機理研究[J].化工管理，2016,6:135-137.

[6]張群，王延成.儲油罐腐蝕原因分析及防控措施[J].化工管理，2016,4:10.

[7]汪乃崎.原油儲罐腐蝕分析及防護措施[J].化工管理，2016,3:127.

[8]周立濤.金屬材料及其防腐措施分析[J].科技創新與應用，2016,29:129.

[9]紀京京，嫦娥，等.石油儲罐外底板陰極保護工程實例[J].材料開發與應用，2016,4:15-18.

[10]韓守志，杜敏.數值模擬在陰極保護中的應用進展[J].材料科學與工藝，2016,24(4):74-76.

[11]蘭志剛，侯保榮，等.基于邊界元技術的導管架陰極保護數值仿真研究[J].中國造船，2010,51(2):530-531.

喬鵬(1988-)，男，遼寧彰武人，助理工程師，碩士研究生，從事水輪發電機組機械設備的運行維護管理。