儲罐底板防腐涂層性能分析

王思楊 楊玉峰 周 洋

（1. 中國石油大學（北京）新能源與材料學院，北京 102249；2. 國家管網集團科學技術研究總院分公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

隨著中國社會的不斷發展，對能源的需求也日益增加，隨之原油的需求也日益增多。原油儲罐以其占地面積少、操作簡單、管理便捷等優點，近年來得到了廣泛地應用[1]。但是，在石油的儲存中，常常出現儲罐底板的點蝕乃至穿孔等腐蝕問題，導致原油泄漏，嚴重影響了儲罐的安全、長周期運行，給環境安全和社會經濟帶來了不利影響。因此研究儲罐底板的腐蝕機理，有針對性地篩選性能優良的防腐涂層，優化防腐結構，對于延長儲罐的使用壽命和維修周期具有重要的意義。

1 罐底腐蝕機理

1.1 罐底內腐蝕

罐底的腐蝕與油品中的污水層相關。原油中的含水組分高達56%，由于水與油之間存在比重差，經過長時間的靜置沉淀，在儲罐底部逐漸形成沉積水[2]。沉積水中存在著大量的鹽類（氯化物），硫化物，氧，酸類物質等，容易形成電解質溶液，發生電化學腐蝕[3,4]。隨著高礦化度，高pH值等組分復雜的原油的開發，儲罐中儲存的原油，油氣和混合物具有很強的腐蝕性。同時，油品中存在著大量的氯根離子以及高礦化度，這些因素加速了罐底的腐蝕速度，最終導致儲罐底部出現腐蝕穿孔，泄漏等 問題[5]。

此外，溶解氧和硫酸鹽還原菌等微生物也是造成罐底腐蝕的主要因素。罐底溶液中的氫離子不斷的被硫酸鹽還原菌（SRB）代替消耗，使硫酸鹽反應還原成硫化氫[2]。H2S會使儲罐底板發生腐蝕，導致儲罐壽命大大縮短。

油析水中含有大量無機鹽分，其中一部分會水解生成強腐蝕性酸，同時，儲罐底部為厭氧環境，含油污水礦化度高，且含有大量的Cl-和SO42-，為SRB提供了生存環境[6]。雖然前期儲罐上形成的銹層會對儲罐底板帶來一定程度的保護，減緩腐蝕速度，但是隨著時間的增加，這些腐蝕性介質滲入銹層，與罐底板防腐層破損處發生電化學反應[7]，導致嚴重的局部腐蝕，如點蝕、孔蝕，加大儲罐腐蝕穿孔的風險。

1.2 罐底外腐蝕

儲罐底板外部與以砂層和瀝青砂為主的固定基礎相接觸。由于儲罐底板尺寸過大，需要通過切割后再焊接成型。而儲罐底板外部及焊縫處無法進行防腐防護，通常會在基礎與儲罐底板之間填埋瀝青砂充當防腐材料[8,9]。隨著儲罐的使用，沒有完全被瀝青砂填埋的底板容易被土壤中的水汽侵蝕。邊緣板在有空氣環境下形成吸氧腐蝕[10]。當儲罐底板周圍氧含量較大時，罐底板上會生成鐵銹。

另外，氧濃度差也是儲罐底板外部腐蝕的原因之一。在水汽條件下，儲罐底部邊緣板與其附近的連接處往往密封性不佳，電流密度不均勻，引發氧濃度差電池，使溶液中的陰離子向氧濃度小的地方移動，陽離子向氧濃度高的地方移動，最終在氧濃度小的地方發生局部腐蝕[10]。

1.3 儲罐底板防腐措施分析

針對儲罐底板的腐蝕情況，目前主要有三種防腐措施：一是更換厚度更大的儲罐底板，減緩穿孔腐蝕發生[11]；二是利用陰極保護的方法，這種方法可以有效延長儲罐的壽命[11,12]。但需要注意，使用犧牲陽極的材料電位差需要低于所保護的金屬，保證存在電位差；三是使用防腐涂層[9]。一般來說，儲罐底板使用防腐涂層時底漆優先選用以環氧樹脂為基礎的高濃度鋅粉涂料，如無機富鋅底漆、環氧富鋅底漆，這種涂料最大的優點是能對鋼材起到陰極保護作用，可焊性好；而面漆品類較多，目前推薦的主要有環氧酚醛樹脂和丙烯酸聚氨酯兩類，但是否滿足儲罐底板的服役工況和防腐要求仍待進一步測試確認。

2 實驗部分

2.1 實驗樣品

為進一步驗證儲罐底板防腐涂層（環氧酚醛樹脂面層和丙烯酸聚氨酯面層兩類）的防腐效果，通過鹽霧老化測試模擬了儲罐底板的服役工況。將儲罐底板切割成5×5cm的樣品，表面清潔后，底漆涂敷無機富鋅材料，面漆分別涂敷環氧酚醛樹脂和丙烯酸聚氨酯。

圖1 涂敷不同涂層的底板樣品

2.2 實驗測試程序

通過鹽霧老化測試模擬了儲罐底板的服役工況。將涂敷兩種涂層的底板樣品和未涂敷涂層樣品分別放進5%氯化鈉鹽霧老化箱中，泵壓力為1MPa，在35℃溫度條件下老化。加速老化測試結束后，對樣品缺陷面積進行評級。

其次采用原子力顯微鏡（AFM）對鹽霧老化測試后的三種樣品（無防腐涂層、丙烯酸聚氨酯涂層和環氧酚醛樹脂涂層）進行AFM表面粗糙度測試。

最后采用表面輪廓儀對鹽霧老化測試后的三種樣品（無防腐涂層、丙烯酸聚氨酯涂層和環氧酚醛樹脂涂層）進行腐蝕深度測試，進而得出腐蝕 速率。

3 結果與討論

鹽霧老化試驗周期為10d，試驗結束后對老化樣品的缺陷面積進行評級：未涂涂層樣品缺陷面積A為100%，丙烯酸聚氨酯涂層樣品的缺陷面積為10%＜A≤25%，環氧酚醛樹脂涂層樣品的缺陷面積為25%＜A≤50%，這表明丙烯酸聚氨酯涂層和環氧酚醛樹脂涂層具有良好的防腐蝕性能，可滿足儲罐底板的服役工況。圖2為不同涂層底板樣品的老化 照片。

圖2 不同涂層底板樣品老化照片

此外，對鹽霧老化測試后的三種樣品進行了表面粗糙度測試。通過不同涂層的樣品表面形貌圖（如圖3所示）和測試數據發現，丙烯酸聚氨酯涂層樣品和環氧酚醛樹脂涂層樣品的表面相對更平整光滑，粗糙度分別為15.5nm和9.3nm，而未涂涂層樣品的粗糙度為27.2nm。

圖3 老化樣品涂覆不同防腐材料形貌圖

采用表面輪廓儀測試了鹽霧老化測試后的三種樣品的表面腐蝕深度，進而得出腐蝕速率。金屬表面粗糙度對整體腐蝕、亞穩態點蝕形核和點蝕電位都有重要影響[13,14]。通過不同涂層的表面輪廓儀測試圖和腐蝕速率數據可以看出，未涂涂層樣品的腐蝕速率最高為28um/a，而丙烯酸聚氨酯涂層樣品和環氧酚醛樹脂涂層樣品的腐蝕速率相對緩慢，分別為20um/a和10um/a。因而丙烯酸聚氨酯涂層和環氧酚醛涂層可以顯著提升儲罐底板的耐腐蝕性能。

圖4 不同涂層樣品的表面輪廓儀測試圖

4 結語

儲罐底板發生的孔蝕，穿孔等腐蝕問題主要是由原油中的酸性氣體，沉積水，硫酸鹽還原菌，外界環境等因素造成的。通過陰極保護法，增加材料厚度，使用防腐涂層等方法可以有效的減輕腐蝕帶來的影響，減緩腐蝕速率。

通過對比涂敷涂層和未涂敷涂層的鹽霧老化底板樣品測試結果，可以看出環氧酚醛樹脂涂層、丙烯酸聚氨酯涂層樣品的缺陷面積分別為10%＜A≤25%和25%＜A≤50%，具有良好的防腐蝕性能；丙烯酸聚氨酯涂層樣品和環氧酚醛樹脂涂層樣品的表面相對更平整光滑，表面粗糙度分別為15.5nm和9.3nm；兩者的腐蝕速率相對緩慢，分別為20um/a和10um/a，可顯著提升儲罐底板的耐腐蝕性能，從而有效保護罐底，延長儲罐使用壽命。