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鋼制儲罐底部邊緣板外側的腐蝕與防護

文檔作者：慕常強文檔來源：中國石油化工股份有限公司齊魯分公司儲運廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月11日
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摘要對大型鋼制儲罐罐底邊緣板的腐蝕機理及特
點進行了分析, 介紹了采用罐底專用密封膠+ 玻璃布復
配修補技術的施工過程及效果。
關鍵詞儲罐儲罐底板腐蝕防腐
齊魯石化儲運廠是全國最大的液體化工產品存儲基
地之一, 擁有各類儲罐60 余座。主要儲存介質有液堿、正
( 異) 丁醇、辛醇、甲醇、苯乙烯、對( 鄰) 二甲苯、甲苯、環(huán)氧
氯丙烷等15 余種易燃易爆、強腐蝕性化工產品。該廠大部
分儲罐于1987 年建成投用, 長期使用后, 部分儲罐邊緣板
外側腐蝕十分嚴重, 個別儲罐已經發(fā)生滲漏。由于邊緣板
外側腐蝕不易觀察, 容易被人們忽視, 而其腐蝕危害又非
常大, 因此采用行之有效的防腐蝕技術, 徹底解決邊緣板
的腐蝕問題, 對于確保大型儲罐安全長周期運行具有重要
意義。
1 罐底邊緣板外側的腐蝕特點與原因分析
1.1 腐蝕特點
罐底邊緣板外側的腐蝕, 從邊緣板外周邊沿著半徑方
向向內依次為均勻腐蝕、局部坑蝕( 點蝕) , 另外邊緣板與
最下層圈板的角焊縫及熱影響區(qū)也存在一定程度的局部
腐蝕。通常帶保溫層儲罐的腐蝕較常溫儲罐嚴重。
1.2 罐底邊緣板外側的均勻腐蝕
腐蝕形態(tài)主要為均勻腐蝕減薄, 嚴重的如千層餅狀。
現(xiàn)場除銹后測厚表明, 原壁厚為12 mm 的邊緣板腐蝕后
竟僅有2 mm。圖1 為罐底邊緣板的均勻腐蝕照片。
腐蝕原因如下:
各類大型儲罐底板與混凝土基礎接觸部位, 長期使用
后會由于液位的不斷波動造成罐底板變形并與罐底基礎
脫開, 罐底邊緣板向上翹起( 嚴重時還能發(fā)生儲罐基礎塌
陷, 水泥護坡開裂) , 雨水、雪水及腐蝕性氣體會侵入罐底
板與基礎的縫隙, 從而發(fā)生電化學腐蝕。
整個腐蝕過程可用下面的電化學反應式表達:
陽極反應Fe→Fe2++2e
陰極反應1/2O2+H2O+2e→2OH-
總反應Fe+H2O+1/2O2→Fe(OH)2
氫氧化亞鐵進一步氧化成氫氧化鐵:
2Fe( OH) 2+H2O+1/2O2→2Fe( OH) 3
氫氧化鐵脫水后生成鐵銹: 2Fe( OH) 3→Fe2O3↓+3H2O
或Fe( OH) 3→FeO( OH) +H2O
圖1 罐底邊緣板的均勻腐蝕
1.3 罐底邊緣板外側局部腐蝕
邊緣板外側局部腐蝕主要表現(xiàn)為坑蝕或點蝕, 比較典
型的是氧濃差引起的潰瘍狀腐蝕。其特征是中心蝕坑數(shù)目
多于邊沿, 而且大多是大陰極小陽極的模式。在上述的電
化學反應中, 由于氧較難到達銹層與基體金屬的界面, 主
要進行陽極反應, 而在容易獲得氧的銹層表面, 主要進行
陰極反應, 這種氧濃差電池, 以及“ 大陰極—小陽極”作用,
使得局部腐蝕較為嚴重。金屬離子從基體進入到銹層包圍
著的水溶液中又發(fā)生如下水解反應:
Fe2++2H2O→Fe(OH)2+2H+
氯離子的存在對點蝕的進一步發(fā)展起到了至關重要
慕常強
( 中國石油化工股份有限公司齊魯分公司儲運廠, 山東淄博255400)
作者簡介: 慕常強, 高級工程師, 1991 年畢業(yè)于江蘇化
工學院儲運專業(yè), 從事化工儲運工作多年, 現(xiàn)任齊魯石
化分公司儲運廠副總工程師。
鋼制儲罐底部邊緣板外側的腐蝕與防護
16 安全、健康和環(huán)境
安全技術本欄編輯
王廣亮
的作用。氯離子的來源有3 個: 一是瀝青砂墊層中的水溶
性氯的含量很高, 其中一部分氯溶解于滲水中; 二是保溫
材料中的氯, 隨雨水帶入并不斷濃縮; 三是大氣環(huán)境中的
氯( 如海洋大氣中的鹽分或氯堿化工企業(yè)環(huán)境空氣中的氯
化物) 。在長期使用過程中, 隨著氣候干、濕、冷、熱的變化,
罐底水溶液中的氯離子逐漸濃縮。
由于氯離子的存在, 為了保持上述反應的電中性, 氯
離子就向基體金屬與銹層之間的界面運動, 造成此處溶液
中氯離子濃度高、氧濃度低, 呈酸性, 即構成了閉塞腐蝕電
池, 使得局部腐蝕十分強烈, 形成蝕坑, 并最終可能導致底
板穿孔。
1.4 罐底邊緣板角焊縫的局部腐蝕
儲罐邊緣板與最下層圈板之間的角焊縫由于焊接應
力大, 變形拘束力大, 因此焊接難度很大, 加之無可靠的檢
測手段( 只能采取MT 或PT 對焊縫近表面進行檢測) , 所
以此類角焊縫普遍含有較多的超標缺陷, 如氣孔、未熔合、
未焊透、裂紋等。由于邊緣板的翹起, 此處最容易積聚雨
水, 在雨水、大氣腐蝕作用下, 焊縫或熱影響區(qū)會發(fā)生局部
減薄并形成疏松銹皮, 當減薄到一定程度, 存在超標缺陷
的部位就會逐漸暴露出來從而發(fā)生滲漏或泄漏, 見圖2。
此外, 該焊縫的焊接殘余應力大, 大多數(shù)儲罐因壁板
較薄不做焊后消應力熱處理, 使用過程中在殘余應力及腐
蝕介質等因素的共同作用下, 應力集中的焊縫或熱影響區(qū)
部位就可能發(fā)生應力腐蝕開裂。
1.5 細菌腐蝕
罐底邊緣板存在著細菌腐蝕。在其上表面主要有鐵細
菌和硫細菌等好氧菌的腐蝕, 其下表面主要是硫酸鹽還原
菌等厭氧菌的腐蝕。
2 罐底邊緣板的防腐措施
2.1 防腐措施分析
目前國內設計規(guī)范要求罐底板與混凝土基礎之間鋪
瀝青砂, 有的單位在邊緣板處采用瀝青灌縫, 由于瀝青熱
脹冷脆的特點, 屢屢發(fā)生開裂起縫的現(xiàn)象, 而且不易清理。
也有的單位采用環(huán)氧樹脂襯玻璃布進行防腐, 由于環(huán)氧樹
脂固化后呈剛性, 無彈性和韌性, 故使用后極易發(fā)生拉脫、
開裂現(xiàn)象, 見圖3。
圖3 邊緣板采用環(huán)氧樹脂襯玻璃布
進行防腐處理( 已開裂)
采用外加電流陰極保護方法可以有效控制罐底邊緣
板的腐蝕, 但投資大, 不經濟, 而且以后的現(xiàn)場管理難度也
較大。
經過多方論證, 采用了罐底專用彈性密封膠配以增強
玻璃布技術, 在混凝土基礎、外伸翹起的邊緣板與底圈板
的下部之間填充膠泥, 使之封閉成為一個完整的密封層,
有效地防止了各種外部介質的侵入, 還可以防止因底板減
薄或焊縫開裂造成的物料泄漏。該罐底專用彈性密封膠具
有良好的耐腐蝕性、耐水性及抗老化性, 同時與鋼鐵和混
凝土有很強的粘接性能, 其彈性、韌性非常高, 可以吸收因
液位繼續(xù)波動施加于罐底邊緣板變形的力, 克服了普通高
聚物固化后因呈剛性在外力作用下極易開裂的缺點。
2.2 防腐施工方案
a) 對于已發(fā)生腐蝕的邊緣板, 先進行除銹( 達到St 2
級) , 刷一道密封膠底涂。
b) 邊緣板及罐基礎上表面抹彈性密封膠, 形成自罐
壁而下的斜坡, 厚度及坡度均不需要很大, 足以蓋住邊緣
板并保證不積水即可。具體程序如下: 用灰刀將配制好的
膠料填滿罐底與基礎之間的空隙, 再將膠料刮在基礎表
面, 刮涂時注意膠料與基礎表面的粘接, 然后刮平抹光。膠
料的施工順序為: 一次膠料→二次膠料, 推坡找平時注意
邊緣板處膠料的厚度。
c) 為保護密封層, 在涂刷表面涂層后馬上鋪一層增
強玻璃布, 玻璃布的貼覆要注意其上下及左右接縫處重疊
至少要大于5 cm, 且不準有褶痕、氣孔出現(xiàn)。玻璃布一般
鋪兩層, 上層上邊緊貼罐壁, 距彈性斜坡5 cm 左右, 下層
下邊到罐基礎上表面邊沿10 cm 處。
d) 刷彈性密封膠面漆, 使玻璃布無縫隙, 與罐壁、罐
基礎各個基面附著良好, 表面平整, 豐滿且有彈性。若以后
發(fā)現(xiàn)玻璃布與罐壁結合處有縫隙, 應及時重新刷涂補救。
2006 年第6 卷第9 期
安全技術
17
慕常強.鋼制儲罐底部邊緣板外側的腐蝕與防護 HSE
圖2 罐底邊緣板角焊縫熱影響區(qū)的局部腐蝕滲漏
施工簡圖見圖4。
3 應用情況及使用效果
齊魯石化儲運廠儲罐邊緣板雖然大多采取了瀝青砂
墊層, 甚至部分采取了瀝青灌縫、玻璃鋼密封防水的措
施, 由于上述分析的種種原因, 邊緣板翹起腐蝕情況仍然
非常突出。歷次檢修均能發(fā)現(xiàn)部分邊緣板外側坑蝕、均勻
減薄、分層甚至泄漏等情況, 導致邊緣板使用壽命較短。
2005 年首次啟動罐底密封膠防腐防滲工程, 對泄漏嚴重
的105 個罐底進行了處理, 2006 年3 月檢查發(fā)現(xiàn)密封層
質量極好, 水及腐蝕性介質根本無法滲入, 而且原泄漏點
完全消除, 經過一個嚴冬的考驗, 密封層彈性、韌性保持
如初。
由于該密封層使用情況較好, 計劃2006 年進行大規(guī)
模的推廣應用, 目前已對4 臺堿罐進行了罐底防腐防水密
封處理。
根據(jù)測算, 密封層一般使用期限為10 a 左右, 根據(jù)美
國腐蝕工程學會( NACE) 的RP0272—72 腐蝕控制經濟評
價法, 初步測算其經濟效益, 計算公式如下:
A=PW×i(1+i)n/[(1+i)n- 1]
其中: PW—設備價格( 含防腐費用) ;
i— 設備年投資利率;
n—使用年限;
A— 設備年度費用。
以一臺2 000 m3 的儲罐為例, 若不采取上述防腐措
施, 罐底板使用壽命約為10 a, 則其設備年度費用A=20×
0.1(1+0.1)10/[(1+0.1)10- 1]=3.26 萬元; 若采用密封層防腐,使
用年限延長為30 年, 其間只需再更換密封層即可, 則其設
備年度費用A=23.4×0.1(1+0.1)30/[(1+0.1)30- 1]= 2.48 萬元,
年度設備費用可降低0.78 萬元。以1 臺儲罐計, 則該罐在
使用期間可節(jié)約更換底板等維修費用23.4 萬元。目前有5
臺儲罐進行了罐底防腐防水密封處理, 僅此便可節(jié)約費用
117 萬元, 經濟效益十分顯著。2 000 m3 儲罐的罐底密封防
腐費用約為1.7 萬元; 2 000 m3 儲罐罐底板的安裝費用約
為20 萬元; 設備年投資利率為10%。
如果不采用這種防腐措施, 一旦發(fā)生罐底板泄漏, 勢
必要先將物料倒至其他備用罐中, 然后清罐, 再對罐底進
行檢查檢測、更換、防腐等一系列維修措施, 不但造成修理
費用以及人力、物力、時間的大量的不必要投入, 而且造成
物料損失, 更重要的是影響安全并帶來環(huán)境污染等一系列
問題。采用這種技術, 可以解決管理人員的后顧之憂, 消除
現(xiàn)場安全隱患。
4 結論
a) 罐底邊緣板的腐蝕主要有均勻腐蝕、氧濃差電池
或氯離子引起的局部坑蝕或點蝕、角焊縫的腐蝕( 含應力
腐蝕) 以及細菌腐蝕。
b) 齊魯石化儲運廠已有5 臺儲罐采用了罐底彈性密
封膠+ 玻璃布技術對邊緣板進行防腐、防滲、密封處理, 實
踐證明效果良好。
c) 采用儲罐底部邊緣板防腐防滲技術, 是變事后維
修為事前預防的重要措施, 既有利于安全生產, 又有顯著
的經濟效益, 是確保生產安穩(wěn)長滿優(yōu)的必要手段, 是通過
新技術提高管理水平、向管理要效益的效益增長點。
5 參考文獻
1 魏寶明.金屬腐蝕理論及應用.北京: 化學工業(yè)出版社, 1984
Corrosion and Prevention of Margin Plate Outside
at the bottom of the Steel Storage Tank
Mu Changqiang
(SINOPEC Qilu Sub- company Storing and Transportation
Plant, Shandong, Zibo, 255400)
Abstract: Mechanisms and characteristic of margin plates corrosion
are analyzed at the bottom of the steel storage tank, and
introduced the construction process and effect using the mixed
repairing technology of sealants and glass cloth.
Key words: storage tank; storage tank bottom; corrosion; corrosion
prevention
1- 一道底膠; 2- 一次彈性膠; 3- 二次彈性膠; 4- 玻
纖增強層; 5- 兩道面膠
圖4 罐底密封施工結構
18 安全、健康和環(huán)境
HSE 安全技術
HSE

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