滨海核电厂室外柴油储罐腐蚀分析与处理对策

江 锋 庞 鹏 金 辉 李杨平 舒 同 肖 娜

（1. 中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300；2. 中国核动力研究设计院，四川 成都 610213；3. 中国特种设备检测研究院，北京 100029）

0 引言

秦山第三核电厂位于杭州湾区海边，电厂配置有1座室外立式拱顶常压储罐，用于储存辅助锅炉需要的0#柴油，其有效容积400m3，储罐尺寸为Φ8346×8690mm，底板及底圈壁板厚为8mm，罐壁板及顶壁板厚度均为6mm，材质为碳钢Q235A，腐蚀裕度1.5mm。工作温度为-10.8～39.3℃。储罐内底部后加涂层保护，储罐底板与水泥基座采用沥青来隔绝外部腐蚀介质。清罐检查跟随受油设备检修同步实施，周期为6年。

1 柴油罐腐蚀问题

1.1 柴油罐外壁腐蚀

秦三厂为濒海电厂，外部环境为海洋性潮湿大气，室外柴油储罐外表面包括底板边沿整体采用环氧油漆防腐处理，无保温层。

柴油罐外表面的腐蚀以化学腐蚀为主，因油罐外表面防腐层出现缺陷后，金属基体裸露，接触空气而发生，一般腐蚀程度较轻[1]。当处于潮湿环境或滨海大气环境时，也会出现电化学腐蚀，发生防腐层薄弱处的金属点蚀问题。在有报道的金属油罐罐顶外部腐蚀穿孔事故中，主要是连片的点蚀造成穿孔，这类点蚀容易集中在罐顶与罐壁的结合部位[2]。柴油罐有定期的外部腐蚀检查，发现外表面防腐层缺陷，进行缺陷处理。投运20余年以来，柴油罐外表面主要是局部的涂层开裂导致的锈蚀、涂层自然老化而出现的粉化、局部点蚀等现象，罐顶部分区域排水不畅或检修而造成的防腐层缺陷，经过常规的油漆防腐施工即可完成缺陷消除，未发生明显的罐壁和罐顶外表面腐蚀问题。

罐体座落在混凝土基座上，使用地脚螺栓结构固定，并设有接地线。底板与混凝土基座之间浇筑沥青密封，隔绝外部腐蚀介质进入罐体底部。由于储罐满载和空载交替、冬夏气温变化、太阳紫外线照射等原因，沥青层已开裂且箱体与水泥基座间存在一定空隙，无法起到阻挡水渗透到箱体底部的作用，雨水沿沥青裂缝渗入罐底而造成腐蚀；罐底与沥青接触不良、罐周与罐中心透气性差异等，存在氧浓差腐蚀问题[3]，罐体底部状况如图1所示。

图1 柴油罐底板基座

1.2 柴油罐内壁腐蚀

柴油罐内壁常见的失效模式为罐体内外部腐蚀或穿孔、焊接缺陷的扩展、介质和环境引起开裂以及脆性断裂。柴油腐蚀性主要为油品中的活性硫化物、有机酸性物质、无机酸、盐类物质和少量的水，引起的腐蚀且以局部腐蚀为主，腐蚀一般发生在罐顶、罐壁的气液波动区、罐壁底部（积水区）和罐底板。

（1）罐顶气相空间

柴油罐内顶部常年有一定空间未装满柴油，在罐顶部形成油气空间。在油罐内壁无防腐层保护的情况下，罐顶金属与油气直接接触，以均匀腐蚀类的化学腐蚀为主。这是因为通过呼吸气阀进入罐内的水分、氧气、二氧化碳、二氧化硫等及油品中挥发的硫化氢等腐蚀气体在油罐上凝结成酸性溶液，导致化学腐蚀的发生为0，且为较低水平均匀腐蚀；

（2）油罐储油部位

油罐的储油部位，该部位腐蚀速率较低，一般不会造成特殊危险。但罐内气相、液相交界处，即罐壁气液波动区，也是干湿交界处，该区域环境潮湿富氧，具备电化学腐蚀的两大基本要素[4]，该区域的点蚀也是清罐检查中需要特别关注的问题；

（3）罐底板内壁

GB 252-2015《普通柴油》中标准0#普通柴油油品技术要求表明柴油中含有轻微的水分、S等元素，现场油品取样结果表明含水量40～65mg/kg，含S量0.005%～0.032%，酸度3.09～4.49mg/100mL（以KOH计）。这些元素随着沉积水沉积到罐体底部，并将随着含水量的增加，其腐蚀点越来越多且越来越大。油罐底部含油污水矿化度很高，含有的大量Cl-及硫酸盐还原菌（SRB）、H2S、CO2等腐蚀性物质形成了电解质溶液，罐底水处于缺氧状态，正好是硫酸盐还原菌生存的适宜环境，使腐蚀加剧[3]，在罐底板表面形成大量腐蚀坑。研究表明Q235A钢材质的柴油罐试片在柴油罐罐底水浸泡30d的腐蚀速率后，均匀腐蚀速率为0.0127～0.023mm/a；点蚀速率为0.292～0.3163mm/a[5]。按照GB/T 50393-2017《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》可以认为在标准柴油环境下，当防腐层出现局部缺陷后，碳钢底板在在柴油罐底水环境下点蚀等级为“中腐蚀”级别，是罐底板需重点关注的腐蚀问题。

考虑到柴油在运输、倒运、灌装等环节中，可能混入的外部杂质等因素，以及储罐底部罐底水无法彻底清理、长期累积作用下，罐底水的成分发生变化带来的局部浓度差异导致腐蚀问题，在保守的安全考虑下，柴油储罐底板内壁最好也能做好防腐保护。

秦三厂柴油储罐自投运以来执行过2次清罐检查，2008年检查时未发现罐体内壁及底板有明显腐蚀现象，为确保储罐底板可靠性，在储罐底板及筒壁1米左右高度范围内涂刷了防腐涂层。2015年检查时，防腐层整体状态良好，未见涂层鼓泡、开裂或脱落等可见缺陷。如图2和图3所示。

图2 柴油罐筒体底部涂层状态

图3 柴油罐底板涂层状态

1.3 应力作用下变形引起的内外部腐蚀

油罐底板边缘因相邻壳段弹性薄膜变形而不连续，边缘两侧的弹性变形相互受到约束，产生弯曲变形，导致边缘应力的发生。油罐底板与筒体焊接连接区域也正是油罐油料引起的工作应力及焊接残余应力的高应力分布区。边缘应力的存在，使得罐底边缘区域的应力高于其内部区域，当应力达到一定程度时，应力对腐蚀有加速作用[6]。但目前秦三厂柴油罐底部尚未观察到这种现象。

2 腐蚀监测、检测及腐蚀防护措施

柴油罐存在内外部腐蚀隐患与现象，电厂从多方面进行柴油罐的腐蚀监测、检测与防护处理。

2.1 可见部位的监测与检测

对于柴油罐外表面的防腐层，目前电厂采取定期检查与随机发现相结合的方式管理。定期检查期间，主要检查柴油罐外部可见的各部件完整性、腐蚀情况，以及油罐整体（包括罐顶、罐体、底板、爬梯等）的油漆防腐有效性状态；随机发现，主要是电厂各类工作人员途径油罐周围时发现油罐表面可见的锈蚀现象时，及时报告。通过这两种方式，基本能满足油罐外表面的腐蚀监督，在油漆防腐工作实施后即可消除腐蚀缺陷。

对于柴油罐内壁，电厂采取定期清罐检查的策略。按照SY/T 6620-2014《油罐的检验、修理、改建及翻建》对油罐的内部检查推荐的周期要求，从开始运行到首次倒罐检查不超过10年对罐底原有公称厚度为7.9mm或更大，最大额定首次检验周期为12年。油罐首次检查之后的检查间隔推荐周期中，最短20年。秦三厂柴油储罐2002年开始运行，首次清罐检查为2008年，第二次检查为2015年，满足该标准要求。清罐检查期间，主要实施油罐内壁的整体腐蚀情况检查、罐壁及底板的壁厚测量、罐底部的防腐层完整性检查及缺陷修复。同时，根据秦三厂柴油罐的底板厚度设计值，结合吴愿华研究结果，柴油罐底板内壁的均匀腐蚀问题因腐蚀速率极低，可不考虑其均匀腐蚀问题，而点蚀速率在0.3mm/a左右，如罐底水不能及时清理，则长期点蚀作用下约5年左右即会消耗掉腐蚀裕度，26年左右发生点蚀穿孔。如点蚀部位正好是底板外表面的腐蚀部位，则底板穿孔时间更短。因此，内部腐蚀检查的重点是罐底板，需要定期检查。

2.2 不可见部位的监测与检测

对于室外柴油储罐，其不可见部位主要是罐底板外表面。目前，行业内对罐底板外表面检测主要从清罐检查和不清罐检查两种思路。清罐检查，包括从内部通过超声波测厚、漏磁检测、涡流检测、超声波A-扫描（或C扫描）等方式确定底板是否有减薄或穿孔，这几类方法主要存在的缺点是需要清罐进入罐内，工作量大，效率低，成本高，对操作者要求高，仪器笨重，不能准确定性定量等；不清罐检查，包括罐外直观检查、油面高度检测、就地检查等确定底板是否有穿孔渗漏，这些方法实施简单，但当地基渗透性较高、底板渗漏轻微、罐体过大时，适用度有限。因此，行业内目前主要研究应用的技术是腐蚀监测技术，代表性技术是在线声发射监测及基础检漏层实时监测。基础检漏层实时监测需要将检漏层事先至于罐底基础下，适用于新建储罐或能吊起新增检漏层的储罐，对于已建成的储罐适用性差。而在线声发射监测，不需要清罐，不需要将储罐吊起，直接在罐外实施，非常适合与建成的储罐。声发射在线检测在于整体评价罐底板腐蚀严重程度，难以定量评价储罐底板的腐蚀程度。李明骏等人[7]通过储罐底板腐蚀声发射全域监测方法的声发射特性实验结果表明，预埋式和浸入式储罐底板腐蚀声发射全域监测方法均可应用于储罐底板腐蚀状态的检测，能够提高检测的可靠性。

综合评价以上现有罐底板检测和监测技术，秦三厂可以考虑采取声发射技术作为电厂监督室外柴油罐底板腐蚀情况的有效手段，必要时清罐进行全面检测和验证。

2.3 柴油罐腐蚀防护措施

秦三厂室外柴油储罐内壁的防腐涂层已经使用近15年，超出了常规防腐涂层的有效寿命，面临择机重新防腐处理的需求。底板外部沥青也早已老化开裂，罐底板不可避免已发生局部腐蚀，需要进行封闭处理。

柴油储罐内壁防腐，主要考虑油液及罐底水的腐蚀性，目前国内仍然主要使用环氧树脂、环氧煤焦沥青漆、环氧富锌底漆、铬锌无机涂料等常规涂料实施油罐内壁防腐保护。这些涂料价格低、施工简单，可根据油罐的操作条件选择不同的涂料和涂层工艺，但一般防腐层寿命较短，无法良好满足长期使用要求。新开发的油罐内壁防腐技术，如防静电玻璃鳞片涂料[8]、电弧喷涂锌铝合金覆盖层[9]、玻璃纤维增强树脂衬里0、阴极保护专用涂料搭配铝基合金牺牲阳极0的油罐内壁防腐保护方法等，在实际应用中均获得良好的效果，施工便利、费用较低、防腐寿命长。

秦三厂在一般的储罐内壁使用乐泰或Resimac系列的高固态陶瓷类涂料，这类涂料多数可用于油罐防腐，因一般涂装厚度在0.5mm以上，只需要考虑涂料的耐化学腐蚀性即可。实践证明高固态陶瓷类耐化学腐蚀的防腐涂料能满足柴油罐内壁防腐的需求，防腐有效性可达15年以上。

对于储罐底板外部与基座之间的缝隙封闭处理，采用常规的防腐材料因无法适应罐体基座伸缩和边缘应力的变化而不能满足防腐需求，需专门设计有弹性、可塑性、不固化、不老化、密封性好、便于检查、施工方便的密封防腐系统，尤其是对于表面处理要求不能高。上海金属腐蚀与防护技术有限公司的胡钊等人以橡胶改性沥青防水底漆、粘弹密封胶带、矿脂（酯）油性防腐涂层体系组合为主要构成，已开发出满足上述要求的防腐密封系统，具有水汽无法渗透、所有材料不固化、不硬化、不开裂、柔韧、有弹性、能够耐无机酸、碱、盐物质的腐蚀和良好的电绝缘性、阻燃性；施工中不需动火、不需加热、不需用电、不需动力工具，防火、防静电安全性有保障；表面处理要求低，施工极其简便、速度快、效率高，对储罐的工作运行没有任何影响。该防腐系统完全可用于秦三厂室外柴油储罐底板的封闭防腐处理。

3 结语

（1）室外柴油储罐面临罐体内外部腐蚀问题，外部主要是表面防腐层在自然条件下的老化引起腐蚀，以及储罐底板与基座之间的封闭层失效、腐蚀性介质进入底部引起的腐蚀。内部腐蚀主要是油品储存带来的油气空间均匀腐蚀、气液波动区局部腐蚀、罐底板均匀腐蚀和点蚀等问题；

（2）外壁腐蚀可知可控，容易消除腐蚀缺陷。内壁腐蚀需要借助清罐检查发现，一般周期长，但总体腐蚀风险低，需重点关注罐底板。罐体内壁建议有条件的情况下使用耐油防腐层保护；

（3）罐底板下与基座之间的封闭层出现缺陷时，存在腐蚀介质进入罐底板引起局部腐蚀的风险，需要借助清罐时的内部无损检测及不清罐时的声发射等技术进行监测，同时尽早做好底板与基座之间的封闭防腐处理。