大型原油儲罐腐蝕原因分析及防護對策研究

張 偉

（中國石油化工股份有限公司西北油田分公司采油二廠油氣處理部，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600）

0 引言

腐蝕問題是影響大型原油儲罐結構穩定性的主要原因，受存儲原油介質成分的影響，水及腐蝕性無機鹽、氯氮化物等雜質的長期作用會使罐體尤其是儲罐底板發生電化學腐蝕。原油大面積腐蝕泄露不僅會造成環境污染，還會造成火災等安全隱患，因此必須采用有效的防腐措施，減緩罐體腐蝕速率，保持罐體結構穩定性。本文通過對比陰極保護法中犧牲陽極埋藏法、恒電位儀運行法下的防腐效果，得出底板最優防腐方式，利用監控電壓的分布對罐體進行智能電位補償使其始終保持在陰極保護范圍內，達到最優防腐效果。

1 儲罐現有防腐措施分析

1）儲罐不銹鋼底板。通過對現有儲備庫、輸油處大型原油儲罐進行底板材質分析，發現多數儲罐均采用Q235A、Q235B、Q345 等碳素鋼材質，在一般土壤環境及存儲介質下具備較強的耐腐蝕性。

2）涂料防護。涂層方式模式通常會在罐體底板噴涂覆蓋環氧富鋅底漆及面漆，這種涂料附著力強同時對水、光和熱抵抗力較強，耐腐蝕效果較好。然后涂層因噴涂不當或老化的影響會產生裂紋、溝槽缺陷暴露出金屬表層，從而與介質中電解質雜質形成腐蝕電池加劇該處的腐蝕速率，因此單純使用涂料防護無法得到有效防腐效果。

3）陰極保護法。陰極保護是應用廣泛的防腐方法，當裂紋溝槽缺陷暴露出金屬表層時，犧牲陽極側將提供保護電流，減緩暴露處腐蝕速率，陽極大多選用鋁合金材質。但單純使用陰極保護法，大面積的金屬層腐蝕會加劇陽極犧牲速率，頻繁更換陽極無法達到有效防護效果，因此必須采用防腐涂層加陰極保護方法進行聯合防腐，延長儲罐維護周期，減緩儲罐腐蝕速率。

2 原油儲罐底板腐蝕機理分析

儲罐的長期放置會因重力作用，在底部積聚含大量腐蝕物質的沉積電解質水溶液，包括氯離子、硫酸鹽離子、氫元素等存在使溶液呈弱酸性，長時間與罐體底板接觸加劇了底板的腐蝕速率。

2.1 酸氫腐蝕

沉積電解質水溶液處于一種弱酸性環境中，易在裂縫富集發生裂縫腐蝕加快金屬腐蝕速率，或在焊縫等區域發生點蝕產生溝槽，如圖1 所示。主要化學反應式為式（1）和式（2）：

圖1 儲罐底部主要腐蝕形式

同樣，在沉積電解質水溶液中富含大量H2S，在水環境中的電離作用下，會在儲罐底部焊縫、裂紋等處金屬滲透富集，造成金屬氫脆現象產生裂紋，主要化學反應式為式（3）—式（5）：

2.2 厭氧菌及土壤腐蝕

儲罐底部由于自身的厭氧環境和有機物的存在，使硫酸鹽還原菌SRB 在儲罐底部滋生，加劇罐體腐蝕，這種腐蝕特點以杯狀點蝕形式在罐體底板顯示出來，具體化學反應式為式（6）—式（8）：

在原油儲罐底部通常不與土壤環境直接接觸，但長期灰塵雨水侵入底部支柱，很容易使支柱與底板間產生縫隙造成陰極保護屏蔽，或形成土壤接觸環境，處于一種低電阻率腐蝕環境中。土壤腐蝕形式以點蝕局部腐蝕為主，一般2 m 以淺的土壤電阻率小于20 Ω·m 時，就會表現出很強的腐蝕性[1]。

2.3 電化學腐蝕

雨水或地下水沿底部支護裂隙向儲罐底板侵蝕過程中，就會產生電化學腐蝕現象，尤其是因底板與支護結構間焊縫涂料不均不易維護修理，腐蝕更為嚴重。同時原油儲罐不均勻下沉也會使底部產生一種氧濃差氛圍，使中心部分因氧氣含量少成為陽極易發生腐蝕，電化學腐蝕模式以坑蝕為主[2]。

3 陰極保護法對比分析

當前原油儲罐均安裝有陰極保護結構，對儲備庫陰極保護儲罐進行調差統計，其中陰極保護的最高電位達到-0.13 V、最低電位達到-1.76 V，在統計的100 座儲罐當中偏離正常范圍的占總數30%，高于-0.85 V 的18 座，低于-1.2 V 的12 座，從所統計儲罐底部陰極保護電壓分布數據來看，測試電位電位不達標情況較多，電位數值無法滿足陰極保護要求，因此保護效果較差。

3.1 犧牲陽極埋藏模式與恒電位儀運行模式下保護效果分析

1）為了分析兩種陰極保護法對陰極儲罐的保護效果，對兩種方案下儲罐通斷電位進行檢測測試，具體結果如表1 所示[3]。從表1 數據可以看出，犧牲陽極埋藏模式及恒電位儀運行模式下電位相差并不明顯。但可以看出，采用上述兩種常規陰極保護模式下，原油儲罐各檢測點位的電位差分布不均衡，也即存在著欠保護及過保護的區域，無法實現對原油儲罐的均衡保護效果。

表1 不同埋深測試點下陰極保護電位測試

2）同時將恒電位儀運行模式更換為恒斷電模式，再次測試電位差進行檢測對比，結果如表2 所示[4]。從表2 數據可以看出，同樣兩者電位無顯著差異。但仍可以看出，采用上述兩種常規陰極保護模式下，原油儲罐各檢測點位的電位差分布仍不均衡，也即存在著欠保護及過保護的區域，無法實現對原油儲罐的均衡保護效果，在后續長期腐蝕作用下，儲罐仍會出現局部腐蝕現象。但同時可以確定，采用陰極保護法對原油儲罐進行保護時，常規陰極保護模式對儲罐的保護效果類似，并不存在顯著差異。

3.2 智能同步恒斷電電位恒電位儀保護效果分析

通過上述測試結果可以看出，常規陰極保護法效果類似同時各測試點電位分布仍不均衡，無法起到對儲罐的有效保護效果。因此擬安裝電位監測裝置與智能同步恒斷電電位恒電位儀進行同步使用，將原油儲罐電位保持在-0.85～-1.2 V 這一均衡電位區域之間，從而對儲罐底板進行保護。同時利用聲發射檢測技術對該運行模式下保護效果進行分析，具體如圖2 所示[5]。其中圖2 左側顯示常規恒斷電電位恒電位儀保護效果下原油儲罐檢測聲發射信號，可以明顯看出點位積聚現象，即出現局部腐蝕的情況；而圖2 右側顯示采用智能同步恒斷電電位恒電位儀保護下的原油儲罐，聲發射檢測信號相對分散，也即該保護模式下的原油儲罐底板保護效果較好。

圖2 恒電位儀保護模式聲發射檢測信號對比

4 結語

通過調查大型原油儲罐底板沉積水腐蝕物成分、土壤電阻率等，分析儲罐腐蝕原因，對應提出涂料防腐、陰極保護聯合防護對策。但現有陰極保護法運行模式下儲罐電壓分布并不均勻，無法進行智能補償，因此提出一種新型陰極保護方法。通過對比兩種恒電位儀保護模式下的聲發射檢測信號，對原油儲罐的防腐效果進行檢驗，結果顯示采用智能同步恒斷電位儀防腐措施的儲罐陰極保護效果顯著，有效降低了儲罐底板腐蝕速率，降低了維護成本。