1、2023 年第 40 卷 第 2 期石油化工腐蚀与防护 CORROSION PROTECTION IN PETROCHEMICAL INDUSTRY失 效 分 析引用格式:赵静 蜡油罐罐底板点蚀原因分析及防护对策J 石油化工腐蚀与防护，2023，40(2):61-64ZHAO Jing Cause analysisof pitting on the bottom plate of wax oil tank and its countermeasures J Corrosion Protection in Petrochemical Industry，2023，40(2):61-64蜡油罐罐底板
2、点蚀原因分析及防护对策赵静(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，河南 洛阳471012)摘要:中国中部某炼化企业在对 7 号蜡油罐区的常压储罐进行清罐检修时经常发现罐底存在严重的点蚀穿孔现象，为详细掌握蜡油罐罐底板发生点蚀穿孔的原因，以 G704 蜡油罐罐底板腐蚀为例，分析了造成储罐罐底板发生点蚀穿孔的机理及原因，并提出了具体的防护对策，以提高储罐的安全运行水平。关键词:蜡油罐;点蚀;分析;机理;对策收稿日期:2022-12-03;修回日期:2023-01-29。作者简介:赵静(1989)，工程师，2012 年毕业于兰州交通大学车辆工程专业，现从事炼化企业设备管理工作。E-mail:jingj
3、ing620110163 com1蜡油罐罐底板腐蚀情况2022 年中国中部某炼化企业在清罐检修过程中发现 G704 蜡油罐(设备基础信息见表 1)罐底板存在严重的点蚀穿孔现象。G704 蜡油罐位于 7 号蜡油罐区，在 2011 年因罐底板腐蚀而造成介质泄漏，清罐时对罐底板下方基础进行了大修，并整体更换了罐底板。考虑到原底板 Q235A 材质在耐蚀性方面的不足，将罐底板整体更换为同等厚度的 Q235B 材质钢板。在 2015 年因排渣孔焊道缺陷导致介质泄漏而进行清罐消缺，对储罐进行了全面检验，未发现罐底板明显减薄现象。2022 年 7 月 G704 蜡油罐清罐后对其进行喷砂处理，喷砂结束后检查发
4、现，罐底中幅板多个区域出现大面积的腐蚀穿孔。该文以 G704 蜡油罐罐底中幅板发生的严重点蚀穿孔问题为例，对点蚀原因进行了详细分析，并提出了防护对策。表 1G704 蜡油罐设备基础信息项目信息罐容/m310 000罐顶形式拱顶操作温度/45 90罐体材质Q235A罐基础形式毛石护坡式操作压力常压G704 蜡油罐清罐结束后安排对罐底进行超声测厚，未发现明显减薄区域，罐底喷砂作业完成后对罐底进行检查，发现罐底中幅板多个区域出现大面积的腐蚀穿孔，腐蚀穿孔区域呈带状分布，主要集中在 7 块钢板上，钢板规格为 6 m 1 5 m(长 宽)。随后对储罐进行超声定点测厚扩检及漏磁检测抽检，发现罐底部分中幅板
5、最大减薄率在 60%以上，漏磁检测结果与定点测厚结果基本一致，在减薄部位切割取样进行验证，发现罐底板确实发生了严重腐蚀。为了详细了解罐底板腐蚀原因，又按穿孔分布趋势对部分穿孔的罐底板进行了切割取样，样板规格为 1 m 0 5 m(长 宽)，共取样 6 块。样板内表面和外表面的腐蚀穿孔形貌分别见图 1 和图 2。观察发现外表面穿孔孔径比内表面穿孔孔径更大，为内表面穿孔孔径的 1 5 2 倍;另外，样板外表面蚀坑数量更多，腐蚀情况更为严重。由以上情况分析可知，罐底板腐蚀先从外表面开始发生，再由外向内逐步扩展造成穿孔。图 1样板内表面腐蚀穿孔形貌图 2样板外表面腐蚀穿孔形貌16失 效 分 析石油化工
6、腐蚀与防护2023 年第 40 卷2罐底板腐蚀原因分析2 1储罐基础本质安全水平降低2 1 1储罐基础垫层设计不规范对腐蚀穿孔的罐底板进行切割取样，并对样板下方基础进行检查，发现此处的储罐基础垫层较为潮湿，垫层上存在裂缝(见图 3)，且裂缝的走势和罐底板腐蚀分布趋势大致相同。现场对基础垫层进行局部破碎后开展结构分析，发现基础垫层自上而下依次是 30 mm 厚 30 号建筑沥青砂层，120 mm 厚 C30 混凝土层，500 mm 厚粗砂层。按现行标准 GB 504732008钢制储罐地基基础设计规范 中要求，储罐基础垫层的顶层宜为沥青砂绝缘层，厚度宜为 80 100 mm，且压实系数不小于 0
7、 95;而 G704 蜡油罐基础垫层的沥青砂绝缘层厚度仅为 30 mm，未满足标准要求，使储罐基础垫层的构造比较坚硬，缺乏弹性，当其受力过大时易发生脆断并形成裂缝。图 3样板下方基础垫层上的裂缝当罐内介质液位或温度发生变化时，罐底板与基础垫层之间的间隙因温差变化或空间变化而产生虹吸效应，基础下方的水分通过裂缝积聚至底板下方，水分停滞产生潮湿环境;另外，在储罐收付介质时，由于罐底与基础之间间隙的变化会产生“呼吸”作用，形成气体交换，使罐底与基础之间的空间保持一定的氧气浓度，当水中含有溶解氧时构成电化学腐蚀环境，对罐底板外表面产生电化学腐蚀1。2 1 2储罐基础沉降影响大型储罐在服役过程中都会发生
8、基础沉降和罐体变形2。G704 蜡油罐基础形式为毛石护坡式，毛石护坡式基础与现行的环墙式基础相比，在抗不均匀沉降性能和防水性能等方面均存在很大的差距。G704 蜡油罐已服役 38 年，在长期运行过程中基础发生沉降，沉降应力使毛石护坡表层砂浆面和边缘板沥青砂浆防水层损坏，导致局部防水功能失效;另外，降雨时雨水会沿着罐顶和罐壁流向储罐基础边缘，由于基础沉降会造成边缘下方基础的局部标高明显低于护坡外沿标高，使雨水无法有效外排而产生积聚，从而渗入底下方板，在罐底板垫层形成潮湿的环境，加剧了罐底板外表面的电化学腐蚀。2 2储罐操作温度影响2011 年对 G704 蜡油罐罐底板进行了整体更换，罐底板内表面
9、防腐涂料采用环氧富锌漆，外表面防腐涂料采用环氧煤沥青漆。环氧煤沥青漆具有良好的耐水性能和防腐蚀性能，其使用温度为20 90，适用于埋地管道和埋地储罐外表面的长效防腐。G704 蜡油罐储存介质为蜡油，来自常压装置，蜡油的凝点较高，其储存温度为 45 90。通过查看 2021 年 6 月以来该罐的运行记录可以看出，其运行温度最高达到 92 8，且多次超过储罐防腐涂层允许使用的最高温度。由于每种涂料的自身性质不同，其使用温度也各不相同，温度对设备涂层的防腐性能有着明显的影响，如果外界温度超过涂料的最高使用温度，防腐涂层的强度和附着力就会明显降低3。因此，如果罐底板外表面防腐涂层长期在最高使用温度或以
10、上温度服役，就会造成涂层的强度和附着力下降，使涂层防护功能逐步失效，为后续罐底板的腐蚀创造了必要条件。2 3微生物腐蚀微生物腐蚀(MIC)是指因微生物的生命活动而导致材料发生或加速腐蚀的现象。在罐底板下方潮湿的环境中同时存在着微生物、少量的溶解氧和 CO2。研究表明，微生物腐蚀也是罐底板腐蚀的主要原因，通常表现为严重的局部点蚀穿孔4。由于腐蚀产物在点蚀坑的开口处堆积，导致点蚀坑内出现自催化酸化和浓差腐蚀电偶，使点蚀坑内金属发生快速溶解，从而形成底大口小的形状特征，这也是含氧环境下点蚀坑的普遍特征。罐底板的微生物菌落会呈团簇状生长，其代谢的酸性产物会加速生物膜下基体金属的腐蚀。3罐底板腐蚀应对策
11、略3 1提升储罐基础防水性能3 1 1按规范进行基础垫层设计施工标准 GB 504732008钢制储罐地基基础设计规范 中要求，储罐基础垫层的顶层宜为沥青砂绝缘层，其主要作用是隔水防潮，防止基础垫层下方水分因罐内介质液位变化或温度变化而积聚。由于 G704 蜡油罐基础垫层的沥青砂绝缘层26第 2 期赵静 蜡油罐罐底板点蚀原因分析及防护对策失 效 分 析较薄，未满足标准要求，因此对原来的基础垫层进行拆除，按规范重新设计基础垫层的施工方案。先清理混凝土层下被污染的 500 mm 厚的粗砂层，重新更换成 600 mm 厚的洁净粗砂层，然后在粗砂层上方铺设 100 mm 厚的 30 号建筑沥青砂绝缘层
12、，确保夯实后的沥青砂绝缘层标高略高于散水坡顶标高，形成微小的坡度，有利于雨水外排，避免雨水积聚。3 1 2罐底板外边缘防水优化G704 蜡油罐原来的边缘板防水层设计是采用 100 mm 宽、50 mm 厚的 C20 砂浆层径向制作15的坡度，在砂浆层和罐壁之间的缝隙热浇筑5 mm 宽的沥青，使罐壁和砂浆层之间保持一定的弹性，同时也防止雨水从缝隙进入罐底边缘板下方。虽然这样的边缘板防水层设计初衷很好，但是由于伸缩缝内的沥青经过一定时间后会老化和开裂，加之基础沉降影响会使基础标高低于散水坡顶标高，最终使沥青防水层的密封性能基本失效。储罐基础垫层经过重新设计后，垫层标高略高于散水坡顶标高，形成微小的
13、坡度，同时在距离罐底250 mm 的罐壁上用规格为50 mm 50 mm5 mm 的等边角钢环罐壁一周焊接安装散雨板，散雨板安装示意见图 4。散雨板可对罐壁保温层形成支撑，保温层波形铝板覆盖至散雨板下沿，在散雨板下方制作了防水层。防水层以防水性、耐候性、耐腐蚀性和附着力等性能较好的 GDP 型弹性防水胶为基础材料，并采用树脂颗粒填充压实，以宽 100 mm、厚 50 mm 的树脂颗粒填充层制作15的坡度，从距离地面 250 mm 高度处开始至填充层外沿整体涂刷多层 GDP 型弹性防水胶，形成有效的防水密封层。图 4散雨板安装示意在防水层外沿重新制作钢丝网+混凝土散水坡表层，这样能使雨水沿罐壁向
14、下流动时可以利用惯性沿防水层坡度流向散水坡，彻底解决了雨水从毛石缝隙和边缘板缝隙渗进罐底下方的问题。3 2做好储罐外表面的防腐涂层防腐蚀工程行业协会指出，正确涂覆的防腐涂层可为设备提供 99%的外保护需求，剩余的1%由阴极保护提供。这说明给设备做外防腐涂层是防止设备腐蚀的最有效手段之一。3 2 1选择适合的防腐涂料从上述腐蚀原因分析可知，由于介质储存温度频繁超过罐底板外表面防腐涂层允许的最高使用温度，造成防腐涂层失效，从而使罐底板发生点蚀，因此选择耐蚀性和防水性更好、运行温度更高的涂料十分必要。改性厚浆型环氧涂料适用于严酷的大气环境、水浸泡环境、土壤掩埋环境的设备和管道防腐，允许的使用温度为
15、20 120，其附着力好，具有优异的耐磨性能、耐水浸泡和耐化工大气腐蚀性能，且可与阴极保护相兼容。另外，与环氧煤沥青漆相比，改性厚浆型环氧涂层的硬度更大，耐磨性能更加优异，而且不易受损。因此，在整体更换罐底板后，可以采用改性厚浆型环氧涂料对其外表面进行防腐涂层施工。3 2 2做好防腐涂层的质量控制影响设备防腐涂层质量的因素很多，除了要选择气温、湿度等适宜的现场作业环境以及适合现场作业环境的涂料类型之外，还要选择适宜的除锈方式，以确保设备基体表面粗糙度和洁净度等预处理质量合格。罐底板按原样更换，边缘板规格为6 m 15 m(长 宽)，厚度为 10 mm，中幅板规格为 6 m 1 6 m(长 宽)
16、，厚度为 8 mm，材质均为 Q235B。更换的钢板经现场验收后应对其进行抛丸除锈。采用抛丸除锈方式进行钢板除锈作业除锈效率高、除锈等级能达到 Sa2 5 级以上标准，而且能在钢板基体表面形成良好的粗糙度，有利于提高涂层与基体之间的附着力和黏结强度。另外，与工具除锈和喷砂除锈相比，抛丸除锈可使钢板基体表面洁净度更高。涂装施工时，钢板外表面采用改性厚浆型环氧漆刷涂两底两面(两层底漆两层面漆)，总涂层厚度不小于 350 m;内表面采用环氧富锌底漆+非碳系环氧导静电面漆，刷涂三底四面(三层底漆四层面漆)，每道涂层厚度不小于50 m;总涂层厚度不小于 350 m，涂料涂覆作业结束，涂层干燥后，应确保钢板内外表面涂层附着力均不小于5 MPa。涂料涂覆作业应按照SY/T67842010钢质储罐腐蚀控制标准 中规定的施工技术要求，确保施工质量。36失 效 分 析石油化工腐蚀与防护2023 年第 40 卷3 3增上阴极保护设施无论是钢板基体在潮湿环境下的电化学腐蚀，还是微生物腐蚀，其腐蚀机理均为铁原子在复杂化学反应中失去电子的过程。大型储罐增上阴极保护设施是一种能有效减缓罐体腐蚀的方法，也是 SY/T
