原油储罐底板的腐蚀及阴极保护分析

原油储罐底板的腐蚀及阴极保护分析

许天晨

管道局国际事业部河北省廊坊市065000

摘要：石油储罐是重要的能源储存设备，在原油生产、炼油化工、成品油销售及石油战略储备中发挥重要的作用。储罐储存的原油中往往含有单质硫及含硫化合物，这些杂质会对罐体金属造成严重的腐蚀，影响储罐使用寿命，严重的会导致局部穿孔，造成油品泄漏，给企业造成巨大经济损失。鉴于此，本文对原油储罐底板的腐蚀及阴极保护进行了分析，以供参考。

关键词：原油储罐底板；腐蚀；阴极保护

中图分类号：TE331文献标识码：A

引言

在石油开采、运输、存储和加工过程中，储罐是十分重要的设备，随着国内石油储备基地的增加，储罐的数量也出现极大增长。使用过程中，储罐的外壁暴露在空气中，内部与原油中的腐蚀介质接触，都可能导致腐蚀。

1原油储罐腐蚀分析

某原油储罐为5000m3，底板材质为Q235A，原始厚度8mm，1998年投入使用。3a检修结果显示，底板出现腐蚀但未到严重程度，采取牺牲阳极保护后继续使用。在2015年检修过程中，发现油罐底板出现严重腐蚀，很多区域出现腐蚀坑，有的地方直径大于5cm，且存在腐蚀穿孔的现象，导致原油渗漏，存在很大安全隐患。腐蚀穿孔多集中在罐底部中心，检测底板厚度后发现，中心剩余厚度明显小于边缘板，并且外壁存在较多的腐蚀坑，出现严重腐蚀，存在穿孔现象。底板内壁相对平整、光滑，未出现严重腐蚀，但是对应外壁腐蚀严重的部位也存在腐蚀孔。通过宏观观察和数据来分析底板外壁和内壁的腐蚀情况，可发现是从外壁开始腐蚀，逐步向内壁发展、延伸，最终导致底板出现穿孔。对腐蚀原因进行分析，主要包括以下几个方面：供养差异腐蚀电池、阴极保护设备未正常运行、牺牲阳极未起作用。

2储罐腐蚀现状

2.1罐底周围腐蚀

罐底周围在安装过程中需要焊接，焊接部位存在不同电偶，在储存原油或收发原油时，罐体腐蚀速率较快。罐底与罐体接触部位存在一定角度，这些部位腐蚀最为严重，除了发生点蚀外，还发生局部腐蚀，影响储罐使用寿命的往往不是均匀腐蚀，而是局部腐蚀，也即是点蚀或坑腐蚀，储罐一旦出现腐蚀穿孔，原油会发生泄漏，造成直接经济损失，还可能引发火灾和爆炸，危及储罐安全。

2.2罐底腐蚀

储罐底部通常与原油油品或含油污水直接接触，主要是电化学腐蚀，腐蚀较为严重。由于水密度大于原油，储罐在储存和运输过程中，油品内含有的水分会沉积到罐底，罐底呈锥形，这些水分通常矿化度较高，对罐底造成电化学腐蚀。罐底污水中除了含有硫化氢、二氧化硫、二氧化碳和氧气对腐蚀气体外，还含油氯离子、硫酸盐还原菌，对罐底造成电化学腐蚀和微生物腐蚀。此外，由于油水界面存在氧浓度和含盐溶液浓度差异，会造成氧浓度差异腐蚀和电位腐蚀。罐底腐蚀增加了储罐泄漏的风险。

3腐蚀原因分析

3.1腐蚀性介质

经过收集查阅储罐所在地气象资料可知，该地区常年多雨潮湿，常年相对湿度在76%以上，气温高，空气中含盐分高，由此可知该地区大气腐蚀性强，从而导致储罐外壁、储罐抗风圈等附件发生严重的大气腐蚀。

经收集查阅资料，该地区硫酸盐还原菌活跃，一般在104个/100g数量级，从而验证了储罐底板存在细菌腐蚀的推测。

经检测，储罐内原油含水量小于0.10%，含硫约0.16%，相关污水含硫量为0.52～0.77mg/L，pH值为7.6～8.1。尽管原油含水量小，但由于含硫，从而加大了储罐内发生腐蚀的可能。

3.2设计原因

（1）涂层缺陷。按照相关标准[1]，为减少储罐内牺牲阳极消耗从而减缓罐内腐蚀，储罐内1.8m以上应采用导静电涂料，1.8m以下应采用绝缘涂料。但本储罐设计资料表明，该储罐内所涂装涂料均为导静电涂料，从而在一定程度上加大了罐内腐蚀；

（2）牺牲阳极计算缺陷。设计资料表明，在进行罐内牺牲阳极设计计算时，仅考虑储罐罐底面积，而未考虑侧壁面积，因此，计算时所采用保护面积数值偏小；此外，按照相关标准，有防腐涂层的钢表面保护电流密度范围应为10～30mA/m2，而设计资料表明，本储罐牺牲阳极设计计算时，保护电流密度取值为10mA/m2，即按照下限取值；

（3）牺牲阳极布置缺陷。由于储罐底板中间高、四周低，罐底水最先汇集于罐底四周，因此罐底牺牲阳极在布置时，应将外圈设置得相对更紧凑，而本罐的设计则为中心部位牺牲阳极布局更紧凑而外圈更稀疏，造成外圈钢板得不到充分保护。

4储罐罐内底阴极保护方案

储罐罐内底采用牺牲阳极保护方法，牺牲阳极采用焊接式安装，应在罐内底壁涂料涂覆施工前进行。

经过计算和设计，单个储罐罐内壁安装176支AT-1型铝合金牺牲阳极。牺牲阳极在罐内底板上按同心圆环形布置，其安装工艺及要求如下：

（1）在储罐试水之前，在安装牺牲阳极位置处焊接阳极，牺牲阳极铁脚与罐内底板采用电焊连接，三面焊接，焊接总长度不小于100mm。不得有虚焊和明显错位，焊后除掉焊渣，确保良好电性联接和均匀保护；

（2）牺牲阳极安装过程中，牺牲阳极应焊在距离壁板焊缝至少300mm，不得在焊缝上焊接。阳极的位置可以根据实际情况进行适当调整；

（3）阳极安装完成后，用电位差计测量阳极体与铁脚间接触电阻，接触电阻应小于0.001Ω，每个储罐随机测试20处。

5阴极保护措施探讨

原油储罐的防腐涂层在防腐方面主要起到了一定的隔离作用，避免腐蚀电池中阴极和阳极产生腐蚀电流。但是防腐涂层经常出现腐蚀、老化等问题，有的时候在施工中还存在缺陷和针孔，严重的影响着防腐涂层的保护效果。防腐涂层失效的位置很容易与金属层产生大阴极和小阳极的局部腐蚀电池，进一步的加速了原油储罐底部的金属腐蚀速度。所以单一的使用防腐涂层来进行原油储罐的底板防腐工作是不理想的。同时如果只是单一的使用阴极保护措施又会造成耗电量的增加，增加成本。所以我们一般在原油储罐底板部位采用阴极保护和防腐土城联合的保护措施，一般阴极保护措施应用在腐蚀层遭到破坏最多的地方，这样的方式起到的效果最佳、成本也合理。

阴极保护的原理是将原油储罐底部的金属进行阴极极化，降低原油储罐底部金属产生腐蚀的概率。阴极保护一般分为两种，一种是牺牲阳极；另一种为电流保护。电流保护的方式应用于原油储罐直径比较大、土壤电阻率比较高的环境中；牺牲阳极的方式应用于原油储罐直径比较小、土壤电阻率比较小，同时附近的金属建筑布局比较复杂的环境。最近的几年中对于原油大型储罐的阴极保护研究出了一种新的辅助阳极系统，外加电流保护法，称为网状阳极系统。主要的组成部件有钛金属连接片和混合金属氧化物焊接组成。相比传统的罐底辅助阳极系统、牺牲阳极系统具有可靠性高、无干扰、电流分布均匀，安装方便、使用寿命长等特点。

结束语

综上所述，最近几年中，我国逐渐进口国外的高硫重质原油，使原油储罐等设备的腐蚀情况也越来越严重，所以我们要研究和分析造成原油储罐腐蚀的原因，制定相应的防范措施，有效的解决原油储罐长时间使用后出现腐蚀的现象。

参考文献

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[2]张永建,董利波.原油储罐外防腐施工质量控制研究[J].化工管理,2018(30):81-82.

[3]李岳.原油储罐的安全问题与预防措施[J].中国石油和化工标准与质量,2018,38(15):56-57.

[4]辛悦.原油储罐罐底板外侧阴极保护设计[D].大连理工大学,2017.

[5]李佳润,李言涛,孙虎元,王传兴,钱洲亥,侯保荣.钢质原油储罐底板外壁的阴极保护[J].石油化工高等学校学报,2017,30(01):87-91.