江苏LNG项目16万m3储罐海水试压方法探究及实践

洪 宁，刘洪亮，胡本源

（1.中石油江苏液化天然气有限公司，江苏南通 226001；2.中国石油管道学院，河北廊坊 065000）

1 工程概况

江苏LNG项目一期工程16万m3LNG储罐T-1203的内罐材质为9%Ni钢，于2012年8-9月对储罐内罐进行了水压试验，试验采用海水作为试验介质，试验过程从进水、试压、排水至内罐壁板、底板清理结束共历时29 d。试验过程中未对内罐采取任何阴极保护措施，试验过程中置于储罐内的试板与水压试验前进行的海水试验同条件试板的腐蚀数据一致。该储罐于2012年12月1日投产，运行至今未发现异常，基本证明该试验方案获得成功。

2 9%Ni钢在海水中的腐蚀机理分析

LNG储罐内罐壁板和底板材料为9%Ni钢，相对于普通碳素钢其含镍量较高，碳和硫的含量相对较低，因而一般认为9%Ni钢的耐腐蚀性要优于普通碳素钢。当储罐的水压试验采用海水作为试验介质时，由于海水成分较为复杂，溶于海水的盐类质量分数一般为3.2%～3.6%，其中氯离子质量分数约为1.9，溶解氧量为3～8 mg/L，pH值约为8，具有较好的导电性能，对于浸泡于海水中的内罐9%Ni钢材容易发生电化学腐蚀。

有资料说明由于储罐内罐壁板及底板母材的电势高于焊缝，则在焊缝区域与母材之间形成原电池，且腐蚀速率受焊缝表面积与母材表面积比值的影响，见表1。

表1 腐蚀速率与焊缝面积、母材面积的关系

T-1203储罐内罐壁板及底板在安装前已经对钢材表面进行了涂刷低锌硅酸盐底漆的防腐处理，仅预留板材边缘40 mm范围未涂刷底漆，以便于对接及搭接焊缝的焊接。因此认为该状态下的焊缝表面积与母材表面积的比值属于上表中的第3类或第4类。因而在储罐海水水压试验中不考虑焊缝与母材之间因电势差而产生腐蚀的影响因素，而只考虑内罐壁板及底板作为整体在海水中腐蚀的情况。

3 两种常用的阴极保护措施介绍

3.1 外加电流阴极保护法

外加电流阴极保护法是通过外加直流电源以及辅助阳极，强制海水中的电子流向被保护的储罐内罐壁板及底板，使被保护金属结构电位低于周围环境而处于电子过剩状态，从而使内罐9%Ni钢板得到保护。该方法在多种文献中已有详细论述，且在国内外LNG储罐海水水压试验中普遍采用[1-2]。

3.2 牺牲阳极保护法

牺牲阳极保护法是利用还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属即内罐壁板及底板相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，内罐壁板及底板作为正极而得到保护。

T-1203储罐采用牺牲阳极保护法的主要技术指标如下：

（1）有效保护周期t设计为0.1 a，即一个月左右的周期，T-1203储罐水压试验的计划工期为30d。

（2）在有效保护期内，被保护内罐壁板保护电位需达到-0.85～-1.00 V（相对铜—饱和硫酸铜参比电极）。

（3）保护面积。T-1203 LNG储罐内罐直径为80 m，海水充液高度为21 m，算得充液后内罐壁板底板被海水覆盖面积S1约为10 299.2 m2。由于内罐壁板在安装前已经进行了底漆防腐处理，仅预留板材边缘40 mm，因而内罐壁板未作防腐处理的面积只占总面积的3.4%左右，即保护面积S约为350.2 m2。

（4）保护电流。保护电流密度取i=80 mA/m2，则保护电流I=S×i=28（A）。

（5）牺牲阳极材料选型及用量计算。拟选择锌带作为牺牲阳极材料，规格为12.7 mm×14.28 mm，其用量用下式计算：

式中W——牺牲阳极用量/kg；

T——年小时数/h，为8 760 h；

Im——平均维持电流值/A，Im=0.9 I；

Q——牺牲阳极的实际电容量/（Ah/kg），锌阳极取780 Ah/kg；

4 T-1203储罐海水腐蚀试验及阴极保护措施的选择

T-1203储罐海水水压试验前，制作了9块相同尺寸9%Ni钢母材试板，分为三组，分别浸泡于三组海水中，三组海水分别取样于涨潮、平潮、落潮三个时间段。试板海水浸泡腐蚀试验模拟内罐的近似恒温恒压环境。试验周期为30 d，然后对试板的腐蚀情况进行测量、分析，试验室数据显示，全部9%Ni钢试板在海水中浸泡30 d的腐蚀厚度值为0.001～0.004 mm。

另外还制作了带有焊缝的9%Ni钢焊接试板一块，同样模拟上述环境浸泡于海水中30 d，通过观察，母材、焊缝及焊缝边缘出现轻微腐蚀现象。

根据以上数据，我们认为如果储罐的海水试验控制在30 d内完成，罐壁、罐底的腐蚀程度是可以接受的。且通过对储罐采用牺牲阳极保护法的计算获得牺牲阳极所需材料仅为40 kg左右，因此认为没有必要采取该项措施。

在经过几方的细致讨论后，作出了T-1203LNG储罐海水水压试验不采取阴极保护措施的决定。

5 水压试验验证效果及结论

T-1203储罐于2012年8-9月间对储罐内罐进行了水压试验，采用海水作为试验介质，试验过程从进水、试压、排水至内罐清理结束共历时29 d。试验过程中在内罐高度5 m处放置9%Ni钢母材试板及焊接试板，储罐水压试验结束后将试板取出送试验室再次进行测量，试板腐蚀厚度同样维持在0.001～0.004 mm，试板母材、焊缝及焊缝边缘呈现轻微腐蚀，未见不可接受的腐蚀状况。储罐海水试验结束后对内罐罐壁及罐底焊缝进行着色 （PT）探伤检验，未发现腐蚀裂纹。经过4个月运行未发现罐体异常，基本证明该试验方案可行。

由此我们提出以下观点：

（1）LNG储罐采用海水作为试验介质进行水压试验时，在较短时间内，海水对内罐9%Ni钢材的腐蚀影响很小。

（2）9%Ni钢在海水中30 d内的腐蚀厚度约为0.001～0.004 mm，该腐蚀量在海水水压试验阶段认为是可以接受的。

（3）如果LNG储罐内罐壁板在安装前预先进行了涂刷低锌硅酸盐底漆防腐处理，则水压试验中无论采用海水或淡水作为试验介质，可考虑不采取阴极保护措施方案。

（4）LNG储罐试压试验如采用海水作为试验介质，且不采取阴极保护措施，则试验周期应控制在尽可能短的时间内完成，且不宜超过30 d。

[1]刘吉飞，程久欢，祝晓丹，等.LNG储罐水压试验时内罐防腐控制探讨[J].石油工程建设，2009，35（6）：36-38.

[2]刘学发，彭国华.大型储罐海水试压防腐技术[J].石油工程建设，2012，（2）：103-105.