大型浮頂罐罐頂外表面的腐蝕與防護

酒榮躍,劉嘉東

(1.濰坊弘潤石油儲運有限公司, 山東 濰坊 262500;2.無錫市太湖防腐材料有限公司,江蘇 無錫 214161)

1 企業基本情況

濰坊弘潤石油儲運公司原來是一家山東地方煉化公司,在山東濰坊和青州兩地設有煉化裝置。目前弘潤石油儲運建成了亞洲最大的原油商儲基地,儲存規模達到12.2 Mt原油,成為山東乃至全國都有影響的煉化公司。自罐區投入運行以來,罐區儲罐不同程度出現明顯的腐蝕現象,特別是罐頂上表面的腐蝕尤為嚴重,這種腐蝕情況引起該公司高度重視。

2 罐頂外表面腐蝕情況

雖然罐區投入時間比較短,但到2015年發現有22臺罐頂腐蝕十分嚴重,罐區儲罐都是浮頂儲罐,整個罐頂從白色變成紅色,威脅儲罐的安全運行。儲罐的腐蝕狀況見圖1和圖2。無論是罐頂還是抗風圈、加強筋等部位都是鐵紅色,腐蝕情況一目了然。其焊縫部位腐蝕也十分嚴重。

圖1 浮頂外表面腐蝕情況

3 罐頂外表面腐蝕原因分析

(1)罐頂外表面防腐配套體系不合理

肉眼能明顯看出罐頂的金屬腐蝕產物為Fe2O3,說明涂層的底層防銹性能差或者底漆的厚度不夠,另外中間層涂層太薄,隔離腐蝕介質(也就是水和氧氣)的性能不夠,還有就是涂層的面漆耐紫外線能力和防水能力太差,導致短期就出現大面積的腐蝕現象,腐蝕機理是電化學腐蝕形式。具體機理為:

(2)罐頂變形

由于浮頂罐的罐頂在焊接拼裝過程中發生應力變形,從而造成罐頂坑坑洼洼,在雨水和潮濕環境下,在凹坑中不斷有水存在,與空氣中的氧形成電化學腐蝕體系,對罐頂加速腐蝕。

(3)環境的影響

由于罐頂長期與陽光接觸,處于冷熱交替的環境,造成了涂層的膨脹與收縮,產生了一定的應力。

4 防腐蝕措施

由于儲罐處于正常生產狀態,還不到檢修時間,因此不能臨時停止涂裝;否則,既會影響煉化裝置的正常運行,也會影響輸油工程的正常運行,一旦停運必將損失慘重,因此必須找到一種不停工的施工涂裝體系。通過走訪了解比較,最終選擇無錫太湖防腐材料有限公司生產的配套防腐涂料體系。

4.1 防腐工藝

由于儲罐在運行當中不能采用噴砂除銹工藝,經過比較最終選擇采用超高壓水噴射除銹+專用防腐配套體系的全生命周期方案。具體防腐工藝見圖3。

圖3 超高壓水噴射除銹防腐工藝流程

其中點焊和焊縫部位超高壓水除銹等級至少要達到Wa2.5級;基體表面干燥后表面出現很薄的一層氧化鐵紅,為了防止返修,于4 h內在基體表面干燥后立即涂敷環保型石墨烯環氧帶銹底漆兩道,干膜厚度不低于100 μm;底漆表干后涂敷環保型纖維改性環氧中間漆,漆膜厚度不低于 140 μm,然后涂敷環保型脂肪族聚氨酯面漆兩道,干膜厚度不低于100 μm,涂層體系干膜厚度為340 μm,不低于280 μm。其余部位涂層厚度和附著力基本合格,用超高壓水清理干凈后,涂敷丙烯酸聚氨酯面漆兩道,漆膜厚度不低于100 μm,總厚度不低于280 μm,附著力不低于二級。通過不斷的改進完善,該配套體系的三種環保型涂料性能更加穩定,防腐性能更優良,能夠最大限度地滿足企業的要求。

4.2 防腐配套體系及性能

4.2.1 配套體系

大型原油罐浮頂上表面的配套體系、涂層厚度、涂敷道數以及VOC(揮發性有機物)含量等見表1。

表1 大型原油罐浮頂上表面的配套體系

對于全生命周期服務商來說,該罐區大型油罐浮頂上表面涂層使用壽命保證達到8 a,為此表面處理的機械除銹表面等級達到st2-3級,超高壓水除銹基體表面等級達到Wa2.5級。

4.2.2 環保型石墨烯帶銹底漆

環保型石墨烯帶銹底漆,比傳統的環氧帶銹底漆綜合性能更理想,更適用于大型油罐浮頂上表面的防腐使用,其中涂布情況見表2。

表2 環保型石墨烯帶銹底漆涂布情況

涂層固化情況見表3。由于大型石油儲罐容積大,浮頂上表面面積很大,一次涂敷一道需要較長時間,如果固化時間比較長,在實際涂敷過程中可能影響涂敷進度,而且如果天氣變化或者下雨,那么短期不能固化,涂層性能可能受影響,金屬表面可能發生比較嚴重的腐蝕,需要對表面進行進一步處理,勢必對施工成本和施工進度都有影響。

表3 環保型石墨烯帶銹底漆固化情況

4.2.3 環保型纖維改性環氧中間漆

纖維改性環氧中間漆的涂層厚度和涂布率見表4。

表4 環氧中間漆的涂層厚度

如果腐蝕介質滲入或穿透中間層,一定會加速底層涂層的失效,造成金屬基體的腐蝕,因此配套體系中間層的種類、厚度和固化時間等性能指標至關重要。

纖維改性環氧中間漆的固化溫度與時間見表5。

表5 環氧中間漆的固化溫度與時間

4.2.4 環保型

環保型氟改性復合涂料見表6。

表6 環保型氟改性復合涂料施工參數

4.3 幾種環保型涂料的比較

對幾種環保型涂料的主要施工性能、力學性能和環保性進行比較,結果分別見表7和表8。使用環保型防腐涂料是大勢所趨,國家已經出臺一系列有關環保涂料方面的法律法規,環保型涂料使用范圍逐步增大,有取代溶劑型涂料的趨勢,因此,研制、生產和使用環保型防腐涂料也是必然選擇。

表7 配套產品參數對比

表8 底漆和中間漆固化時間

5 防腐蝕效果

防腐涂層的使用效果必須通過現場觀察測試才能確定,主要注意外觀有無脫落和起皮粉化等情況,見圖4和圖5。

圖4 工作平臺防腐情況

圖5 整個浮頂上表面防腐情況

由圖4和圖5可以看出涂層外觀良好,沒有腐蝕跡象,在焊縫和拐角等部位也沒有腐蝕發生。

從2018年完工到2023年3月,涂層完好如初,也沒有粉化變色等現象,能夠預計達到使用壽命8 a的要求。除了外觀觀察之外,還要測量涂層的厚度,任意取幾個有代表性的點測量涂層的厚度,確定沒有變化、沒有降低的傾向。采用拉拔法測量涂層的附著力。取幾個有代表性的點進行測量后發現,涂層的附著力良好,沒有降低的趨勢,能夠繼續使用。

6 結 論

儲運領域大型油罐浮頂上表面發生了比較嚴重的腐蝕,分析腐蝕的原因,主要是防腐配套體系不甚合理,底層涂層防銹性能差,中間層厚度不夠,不能有效避免腐蝕介質的滲透,加上加工造成的凹坑積聚水分以及環境腐蝕介質的濃縮等加劇了浮頂基體的電化學腐蝕。采用云湖涂料全壽命模式防腐配套體系很好地解決了浮頂上表面的腐蝕問題,已經使用了5 a,涂層的外觀、厚度和附著力沒有明顯降低,繼續使用沒有任何疑問,完全能夠達到使用8 a的要求,為國內浮頂油罐上表面防腐提供了一個很好的范例,為設計單位、儲備庫和煉化公司罐區浮頂上表面的防腐提供了可靠的技術支撐。