大型钢质储油罐的腐蚀问题

大型钢质储油罐的腐蚀问题

1．问题的研究背景

储油罐在储存油气的过程中，由于受到空气、水分、储存介质、土壤以及腐蚀性气体的腐蚀，往往造成强度降低或者腐蚀穿孔的事故。特别是罐底，其特定的使用环境决定了它是储罐最易遭受腐蚀的部位，而且检测罐底的腐蚀状况是一件非常复杂而且困难的工作。从安全生产和管理的角度，在实际工作中，需要对储油罐罐底的腐蚀状况做经常性的检测分析，探索罐底腐蚀的演变规律，并对其腐蚀程度的发展趋势进行预测。依据具体情况，采取相应积极有效的预防措施，确保储油罐的安全正常运转。

（1）腐蚀的现状

腐蚀是金属表面受到周围介质的化学和电化学作用而引起的一种破坏现象。

在我国，每年因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GDP)的2% ～4%，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25%～30%。全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，仅美国在2005年由于储油罐腐蚀造成的经济损失高达45亿美元。

根据我国9个油田的统计资料表明，储油罐因腐蚀造成的报废率和更新率达到8%，其中内腐蚀穿孔数为外腐蚀的1.5倍。华北某油田一个采油厂因腐蚀造成的储罐、管道更换维修费用每年近1亿元。

（2）储油罐腐蚀的研究现状

●理化性质分析法（郭稚弧等）：从沉积水、土壤的理化性质，研究对储油罐腐蚀的影响。

●电化学研究法（周永璋等）：用电化学测试方法，如极化曲线法、交流阻抗技术等来分析沉积水对油罐罐底的腐蚀性。

●数据处理方法（李春树等）：依据一些检测数据，用统计分析法、曲线拟合法、相关分析法来分析储油罐罐底的腐蚀状态。

●产物分析法（刘炎等）：从腐蚀产物主要组成，推断钢铁在土壤中的腐蚀机理，以及影响因素。

由于储存介质本身的特殊性和复杂性，对储油罐造成腐蚀影响的因素不仅数量多，而且存在着相互作用，它们与介质的腐蚀性之间的关系十分复杂，决非简单的线性关系，再加上储存介质本身的腐蚀性常常随时间和空间而变化。所以研究大型储油罐的腐蚀性问题，不是用一些简单的方法就能解决的，要兼顾介质的理化性质、电化学性质和实际检测数据来综合研究。

（3）储油罐的完好标准

为保证储油罐的安全运行，通常各国都有相应的检测与维修和行业标准。如美国石油学会规定常压储油罐每5到10年要进行一次清罐检验。中国石油天然气管道局规定，每6年至少对常压储油

罐进行一次开罐检验。中石化也有相关规定“钢板锈蚀深度不得超过钢板厚度的35％”。

图1：大型储油罐的示意图

2．大型钢质储油罐的腐蚀特点与机理分析

（1）钢质储油罐腐蚀的特点

●储油罐底板腐蚀类型和腐蚀程度的不确定性。

局部腐蚀往往在储油罐底板的上下表面都可能会发生，局部腐蚀现象在分布上具有区域性特征，并且具有不均匀性；往往点腐蚀主要发生在上表面，分布呈现随机性。储油罐底板腐蚀是上面几种腐蚀类型的组合，即存在腐蚀类型的不确定性。

●影响储油罐底板腐蚀因素的不确定性。

储油罐底板的腐蚀与材质、介质、自然环境、防腐措施等因素有关。因素的影响程度往往随时间和空间而变化，影响储油罐底板腐蚀的因素存在着许多不确定性，各因素的影响程度也在变化。

●储油罐底板腐蚀机理的不确定性。

储油罐底板的腐蚀往往是多种现象并存，多种腐蚀机理并存。储油罐罐底的沉积水是底板发生腐蚀的根本原因，产生氧腐蚀、电化学腐蚀、微生物腐蚀、细菌腐蚀等。

●腐蚀因素指标值的难测量性。

储油罐底板的腐蚀因素很多，通常只考虑主要的因素，通过各主要因素的指标值判断储油罐的

腐蚀状况。但对具体实际的储油罐，真正获取这些腐蚀因素的指标值也是比较困难的。

正是储油罐腐蚀的这些特点，就决定了评价储油罐的腐蚀状态和预测腐蚀规律与速度是非常复杂困难的工作。

（2）钢质储油罐腐蚀的机理

● 沉积水的腐蚀机理。

随着储油罐使用时间的增长，罐底部的沉积水会越来越多，罐底上表面腐蚀的主要原因是沉积水腐蚀。储油罐底部的沉积水中含有大量的氯化物、硫化物、酸类物质等强电解质的溶液，容易产生电化学腐蚀和还原菌的生物腐蚀。

● 外部土壤的腐蚀机理。

外部土壤对罐底板的腐蚀包括氧的浓差腐蚀、杂散电流腐蚀和细菌腐蚀等,这些腐蚀都可看做电化学腐蚀。地下水通过土壤的毛细管上升到沥青沙层（油罐的防腐垫层），或从沥清沙层中渗透与罐底接触，或直接绕过沙层与罐底接触，地下水中的盐分与金属作用从而腐蚀罐底。

3．钢质储油罐腐蚀的影响因素

因为影响储油罐腐蚀的因素很多，不同部位腐蚀的影响因素不同，腐蚀的机理也不同，许多文献都表明腐蚀比较严重的部位都是在罐底。现有的文献所考虑的储油罐腐蚀的因素，主要是从理化性质和经验分析确定。而且不同的文献研究的出发点和角度不同，所得到的腐蚀因素也不尽相同，侧重点也都不同，多数都是只考虑几个主要的腐蚀因素，所得出结论往往缺乏科学性。目前，对储油罐底的腐蚀影响因素的研究方法主要有两种方法，一种是实验方法，另一种是工程实践方法。

关于影响因素的确定主要是按照分类将所有相关腐蚀因素列出来，再用相应的数学方法分析确定出主要影响因素。

（1）钢质储油罐底板上表面腐蚀的影响因素（沉积水）

● 实验方法所考虑的腐蚀影响因素。

实验方法所考虑的腐蚀影响因素有：氯离子-Cl 、硫酸根离子24SO -、 硫离子2S -、PH 值、温度、电导率、含盐量、溶解氧等。

● 工程实践方法所考虑的腐蚀影响因素。

工程实践方法所考虑沉积水中腐蚀影响因素有：氯离子-Cl 、硫酸根离子24SO -、碳酸氢根

3HCO -、PH 、三氧化碳离子23CO -、硫化氢2H S 、二氧化碳2CO 、镁离子2Mg +、钙离子2Ca +、钠离子Na +、钾离子K +、硫离子2S -、铁离子2Fe +

、全盐、电导率、矿化度、电阻率、总碱度、溶解氧、泥沙、细菌、微生物、硫酸盐还原菌、防腐涂料中的溶剂、石墨、炭黑和碳纤维导电质、油罐收发油作业频繁等。

（2）钢质储油罐底板下表面腐蚀的影响因素（土壤）

● 实验方法所考虑的腐蚀影响因素。

实验方法主要是考虑土壤中的腐蚀影响因素：土壤的导电性、含水量、温度、电阻率、PH 值、