保温油品储罐外壁腐蚀与防护

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(中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆 克拉玛依 834003)

保温油品储罐外壁腐蚀与防护

潘从锦,向长军,侯丹丹,韩胜显

(中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆 克拉玛依 834003)

保温油品储罐的保温层下腐蚀是一个长期和隐蔽的过程，其隐蔽和高危害给石油石化企业带来严重的经济问题和安全问题。保温层下腐蚀与保温材料的选择、施工安装质量、保温结构、介质性质和运行环境等均有密切关系。分析保温油品储罐外壁腐蚀的现状及原因，结合目前保温油品储罐的特点，提出了提高施工安装质量、定期定点检测和全面检验及加强运行维修维护等防护措施，以满足长周期运行要求。

储罐保温保温层下腐蚀

某石化公司现有原油储罐21座、润滑油储罐66座、渣油及沥青储罐32座、污油储罐4座，共计123座重质油品储罐，大部分建成在1986—2005年，储罐材质以20号钢和Q235B钢为主。原油储存温度约为80 ℃，润滑油储存温度约为90 ℃，渣油储存温度约为100 ℃，沥青介质储存温度为110 ℃，这些重质油品储罐运行温度为60～150 ℃，整体安装了保温设施。该公司地处西北边陲，春秋季大风较多，夏季高温干燥，冬季低温寒冷，降雪较多，高温和寒冷季节持续时间较长。原油储罐检验周期一般不超过6 a，润滑油储罐一般不超过12 a，沥青储罐一般不超过20 a。近年来，该公司原油加工及油品库存量不断扩大，油品储罐几乎处于满负荷运行状态，造成储罐运行时间较长，部分储罐不能按期进行全面检验，只能延期使用。重质油品储罐由于存储介质的劣质化、油水混合物的腐蚀性，检修一般以罐底板检修为主，而忽视外壁板的检修。由于储罐保温的存在，外壁的腐蚀具有长期性和隐蔽性，而破坏性又极强，因此给整个储罐结构和安全生产带来了巨大考验。

1 外壁腐蚀现状

该公司重质油品储罐外壁采用红丹防锈漆防腐；保温层一般选择岩棉、矿渣棉和复合硅酸盐板，罐顶外壁为浆料保温，罐底大角焊缝及边缘板为沥青砂防腐；保温层外保护层选择灰铁皮外涂银粉漆，后期建成的储罐保护层为镀锌铁皮。

历次外壁检修发现以下共同点：①部分保温储罐在大风作用下，外壁保护层的镀锌铁皮撕裂和脱落；②保温层老化和粉化现象严重，粘结在基体外壁上；③罐顶浆料保温脱落严重，罐顶存储有积水；④外壁大面积均匀腐蚀减薄，最下层圈板腐蚀相对严重；⑤大角焊缝和边缘板发生较严重的坑蚀；⑥外壁上保温支撑圈、热电偶和温度计等安装部位腐蚀严重。

2 外壁腐蚀分析

2.1保护层

保护层是防止储罐基体表面发生保温层下腐蚀的第一道屏障，防止保温层系统受到机械或气候伤害，阻止或减少外部水分或腐蚀性介质的进入和驻留。

2.1.1 施工和外力原因

保护层因风力作用出现局部脱落或破损，或因施工安装质量问题，外界水分及空气通过保护层结合部及保温钉处进入保温层。由于保温层吸湿率较高，水分在保护层下形成密闭系统，造成水分和空气在保温层中储存，水分进入快而散发较慢，最终形成吸氧腐蚀。

2.1.2 保护层材料原因

按照保护层失效机理[1]，当采用镀锌铁皮作为保温绝热材料的保护层时，应采用0.75 mm厚度，但为了节省成本,实际应用中却采用了0.5 mm厚度的镀锌铁皮。另外，保护层的镀锌层质量未满足使用要求，规范要求镀层质量应为每平方米80 g，而实际采用时镀锌层质量为每平方米30 g。镀锌铁皮厚度减小后，保护层强度下降，容易受风力或其他外力作用而发生变形、撕裂和脱落；镀锌量不足，对碳钢保护能力下降，减弱镀锌层防腐效果，锌层腐蚀后，使得碳钢基体曝露在复杂多变的大气环境中，全面腐蚀使得保护层腐蚀加速。灰铁皮外涂防锈银粉漆作为保护层早已被实践证明保护效果差，因为银粉漆在日光照射和高温天气中容易发生老化脱落，进而引起灰铁皮的吸氧腐蚀，失去保护作用。

2.2保温层

黄赟[2]研究表明， 有保温结构的设备，运行5 a后发生保温层下腐蚀的概率将大幅上升，使用10 a后60%的保温层都含有腐蚀性冷凝水，极大地增加腐蚀发生的概率。该公司所用的岩棉、矿渣棉、复合硅酸盐板和浆料均是无机物，其中含有氯化物、氟化物、硫化物等无机盐，会造成钢结构腐蚀；同时保温材料为疏松多孔的结构，具有较大的比表面积，因而具有较强的吸水能力。另外，罐顶所用的浆料是珍珠盐与水搅拌而成的，在安装初期就有较多的水分;表面涂抹的防水剂效果不明显、结构强度低，在雨水或风力的作用下，出现大面积脱落现象。保温层的破损会导致水分渗入保温层使其变潮湿，保温层内外的温差会使得水气冷凝在金属基体表面，形成局部液体聚集。同时，雨水等水分和保温层中的氯化物等介质溶解聚集形成电解质溶液，当与储罐基体发生接触，就会发生电化学腐蚀。此时，保温层导热系数增大，使保温节能效果降低，也会加速保温层下腐蚀。

2.3储罐外壁基体表面防腐层

该石化公司重质油品储罐外表面采用了防腐涂层，但由于建成时间较早，外壁的防腐蚀材料选取品种有限，所使用的防锈漆是一种红丹(Pb3O4)与干性油混合而成的油漆。虽然该防锈漆附着能力好、防锈性能高及耐水性强，但同时存在密度大、易沉淀、涂刷性较差和不耐酸的缺点,其在酸性电解质溶液的作用下逐渐腐蚀脱落。随着涂装工艺的发展，红丹防锈油漆已没有优越性；而且Pb3O4会给施工人员健康造成损害，同时给环境带来严重污染而逐步被淘汰。

2.4基础边缘板

储罐使用一段时间后发生沉降，或长期处于满罐状态时，罐底边缘板发生变形，使得边缘板容易积水。雨季或冰雪融化后，罐顶积水沿罐外壁在重力作用下向下迁移，沉积到基础边缘板，水分子向罐底部渗透。同时保温材料的强吸水性，使罐基础边缘板和相邻的第一层圈板外壁处于潮湿的环境中，加速了腐蚀。原采用的沥青砂防腐层，短短几年时间就出现老化、开裂脱落，积水和腐蚀严重。

2.5保温安装结构

许多老罐罐顶没有设计防雨檐，雨水和融化的雪水渗入保温棉，加剧了保温层下腐蚀。

2.6温度和环境的影响

大量工程案例和研究表明,最容易发生保温层下腐蚀的温度范围是-4～175 ℃[3]，在达到水的沸点之前，温度每提高15～20 ℃，腐蚀速率都会加倍。而保温油品储罐由于频繁的油品收发和周期性的温度变化，会使储罐本体长期处于干湿及冷热交替的环境中，导致腐蚀性介质的浓缩和聚集，局部区域腐蚀加速，导致保温层下腐蚀频繁发生。吕晓亮等[4]在实验室模拟了20号钢的保温层下腐蚀，结果表明，20号钢在干湿交替环境下的腐蚀较冷热交替和恒温环境下的腐蚀更为严重。保温层下的储罐基体由于受到油品收发及气候季节变化的影响，往往经历热循环过程，防锈层由于热膨胀系数与钢铁不同，热循环导致防锈层内应力增加，造成防锈层使用寿命降低。

3 保温措施的选择与防护

3.1保温材料防护层的选择

对于外防护层的选择需要考虑经济成本、实用性和基体的工况温度等因素。通过提高金属防护层的厚度来提高抵抗力，此时的抗腐蚀能力相对较高。该公司考虑对于重质油品储罐外壁保温统一采用0.75 mm厚镀锌铁皮(镀锌层质量每平方米80 g)，并要求做成瓦楞板结构，增强外保护层的密封性，并可以提高外保护层的强度，抵抗大风侵袭造成的破损。

3.2保温材料的选择

保温材料是对油品储罐进行隔热保温的重要组成部分，是包裹在外壁表面的第二道屏障。合理设计和安装高质量的保温材料以及正确的维护可以有效提高保温层下腐蚀的防护效率。保温材料有憎水性的不同和亲水性的不同，该公司所采用的岩棉、矿物棉、珍珠岩浆料和复合硅酸盐板等保温材料属于亲水性保温材料。研究表明[5-6]，在-4～175 ℃，这些吸水性保温材料加速了保温层下腐蚀，而憎水性材料可以抑制保温层下腐蚀。

保温材料与金属表面间的环形空隙及金属表面缺陷都可以吸收水分和腐蚀性介质，从而使得其聚集和浓缩，增强腐蚀性。该公司经过比较筛选，决定从2016年开始采用憎水性复合硅酸盐板为保温材料，来减轻保温层下腐蚀。

3.3外表面的防腐涂层

罐体表面外防护涂层隔断了腐蚀环境、污染物与金属表面的直接接触，能够在一定程度上预防储罐外壁金属基体发生腐蚀。选用的防护涂层要具有耐腐蚀性、耐热性以及耐热疲劳性；耐高温、能够承受膨胀和收缩引起的应力；能在较低的表面预处理要求下快捷高效地进行喷涂并与金属基体良好地结合；能够为金属基体材料提供足够的屏障来抵抗水气、水分及其他腐蚀性污染物的腐蚀。某些国外石油石化企业根据保温设备及管道不同的服役温度要求，采用热喷铝涂层、冷喷铝涂层和纳米涂层等措施，收到了很好的使用效果;但因其施工条件要求苛刻，材料费用和施工费用较高，并未大面积推广应用。在选择涂层时要权衡涂层系统的性能表现，综合各方面的因素恰当地选择合适的涂层系统，以实现环境效益和经济效益相结合。

目前从经济性和防腐蚀要求及现阶段实际应用来看，环氧涂层是一种性价比较高的有机涂层，应用较为普遍。该涂层以环氧树脂为主要成膜物，通常能够提供很好的涂层系统，具有耐化学腐蚀、耐磨性，大部分具有延展性，固化快速并且能够很好地黏附在金属表面。另外环氧酚醛涂料也是一种常用的有机涂层，易于维修，防腐蚀性能优异，耐酸、耐水和抗渗透性好，但喷涂工艺相对要求严格，热循环和热冲击抵抗力稍差。

3.4边缘板及下圈板外壁防腐

基础边缘板及最下一层圈板外壁表面采用矿脂带、弹性聚氨酯和丙烯酸树脂玻璃钢防腐措施。其中弹性聚氨酯玻璃钢可以随罐壁和基础热胀冷缩、耐腐蚀性和抗老化性能良好；其形状结构可以导水，防止积水形成，上部延伸至下圈板罐壁，下部延伸到水泥基础下部200 mm位置，对外壁和基础均有良好的防腐作用。玻璃钢防腐层外面是保温层和防护层，共同形成稳定的保温防腐结构，可以有效抑制保温层下腐蚀。

4 储罐防护管理

4.1强化施工质量和运行维护

对运行中的保温储罐顶部、罐壁和基础边缘板等定期进行宏观检查。随着季节变化、操作温度骤变、收发操作频繁和大风雨雪天气等情况发生时要重点检查。对于密封不严或破损的部位，要及时进行修复，防止腐蚀性介质侵入。容易引起保温施工质量问题的结构复杂位置，是发生保温层下腐蚀的重点部位，要加强检查，防止不合格的保温结构加速腐蚀。在施工过程中，严格控制关键步骤，对施工的难点和关键点要反复检查确认，做到精确施工。

4.2定期定点检测和全面检验

罐顶和罐壁采取定点测厚的方式进行检测。每年分两次进行测厚，并对测厚数据进行分析，测算腐蚀速率等变化，做好风险识别和防控措施。对于重点腐蚀部位，要增加测厚频率，并对测厚点的腐蚀做好风险评估和动态更新工作。储罐外壁面积较大，定点测厚只能检查局部腐蚀情况,且保温层下腐蚀具有隐蔽性，为检测带来诸多困难。超声波检测能定性地反映外壁的腐蚀情况，定点测厚与超声波检测互为补充，做到点与面互相辅助,从而可以做到较为全面的检测。重质油保温储罐服役时间较长，各石油石化企业应根据腐蚀现状和运行状态，做好风险评估，确定清罐后的全面检验计划和周期，并定期进行检验。

4.3执行新的标准规范和设计导则

随着油品的变化和储运技术的研究进展，油品储罐逐渐向大型化和长周期服役的方向发展,给油品储罐清罐作业带来了更大的困难，安全风险增大，对保温层下腐蚀的防护提出了更高的要求。新建储罐要积极采用先进科学的保温技术，旧的储罐要求对照新的规范标准进行安全隐患专项治理，从而延长储罐的使用寿命。储罐顶部必须采用防雨檐，基础边缘板要采用新型弹性防水措施，底板采取阴极保护措施等。

5 结束语

油品储罐因为保温层设置不当或损坏而导致保温层下腐蚀，不是短时间形成的，而是一个长期和隐蔽的过程，其隐蔽性和高危害性已经带来了严重的经济问题和安全问题。为确保储运系统的正常运行，从设计阶段高度重视，就必须采取先进、成熟和高效防护涂层及保温材料；在施工阶段严格控制施工程序；运行中，要根据介质温度、性质、操作条件、外部环境的变化，定期检查、检验和维护，加强控制和预防措施，最大程度地减少保温层下腐蚀，从而满足保温油品储罐长周期运行的要求。

[1] 杨琴,李增增.设备保温层下腐蚀机理探讨及防控措施[J].化工管理，2016，(4)：223-224.

[2] 黄赟.保温层下金属材料的腐蚀与防护[J].石油化工腐蚀与防护，2013，33(3)：15-17.

[3] 丛海涛.保温层下腐蚀及防腐对策分析[J].涂料技术与文摘，2014,26(6)：7-9.

[4] 吕晓亮，唐建群，巩建鸣,等.保温层下腐蚀防护的现状[J].腐蚀科学与防护技术，2014,26(3)：167-171.

[5] 王军，李自力，毕海胜,等.保温原油储罐外壁腐蚀成因及防护措施[J].腐蚀与防护，2014,35(9)：935-939.

[6] 张显亮，高洪波，石永军,等.保温储罐腐蚀分析及处理方法[J].油气储运，2003,23(1)：53-55.

(编辑 王菁辉)

CorrosionandProtectionofInsulatedOilTankOuterWall

PanCongjin,XiangChangjun,HouDandan,HanShengxian
(PetrochinaKaramayPetrochemicalCo.,Ltd.,Karamay834003,China)

Corrosion under insulation layer of oil tank is a long-term and covert process, and its concealment and harmfulness bring serious economic and security issues to petrochemical enterprises. Corrosion under insulation layer is closely related to the selection of insulation materials, construction and installation quality, insulation structure, medium property and operating environment, etc. Status and corrosion causes of insulated oil tank were studied and analyzed, and several protective measures were put forward, such as improving the construction and installation quality, carrying out regular, fixed point detection and comprehensive inspection, and strengthening the operation and maintenance management.

tank, insulation, corrosion under insulation

2017-02-13；修改稿收到日期：2017-05-12。

潘从锦，高级工程师，硕士，主要从事炼油化工生产、设备技术管理工作。E-mail:pcjksh@petrochina.com.cn