油罐的腐蝕機(jī)理分析
不同結(jié)構(gòu)形式的儲(chǔ)罐,需防腐涂裝的部位當(dāng)然也不一樣。目前稍大的儲(chǔ)油罐主要是立式圓柱形罐,按罐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式又分為固定拱頂罐、內(nèi)浮頂罐和外浮頂罐,具體設(shè)計(jì)那種結(jié)構(gòu),主要視油品物性、罐的容量和投資而定。還有一些貯存輕質(zhì)揮發(fā)性介質(zhì)(氣體或液體)罐為球形罐。
1、固定拱頂罐
拱頂儲(chǔ)罐是指罐頂為球冠狀、罐體為圓柱形的一種鋼制容器,固定拱頂油罐的罐頂與罐壁是焊接固定的,隨著氣溫的變化、罐內(nèi)液面的升降,常有空氣吸進(jìn)罐內(nèi),油氣呼出罐外,這不僅增加油品的損耗,也增加了火災(zāi)危險(xiǎn)性。固定拱頂儲(chǔ)罐制造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉,所以在國(guó)內(nèi)外許多行業(yè)應(yīng)用最為廣泛,最常用的容積為1000 -10000m 3。
2、內(nèi)浮頂罐
內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐也是一種拱頂罐,它是在固定拱頂儲(chǔ)罐內(nèi)部增設(shè)浮頂而成,罐內(nèi)增設(shè)隨油面上下升降的浮頂可減少介質(zhì)的揮發(fā)損耗,而且由于內(nèi)浮頂把介質(zhì)即罐內(nèi)儲(chǔ)料和空氣有效隔絕從一定程度上也降低了發(fā)生火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)等級(jí),外部的拱頂又可以防止雨水、積雪及灰塵等進(jìn)入罐內(nèi),保證罐內(nèi)介質(zhì)清潔。這種儲(chǔ)罐主要用于儲(chǔ)存輕質(zhì)油,例如汽油、航空煤油等。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐采用直線式罐壁,壁板對(duì)接焊制,拱頂按拱頂儲(chǔ)罐的要求制作。
目前國(guó)內(nèi)的內(nèi)浮頂約有四種結(jié)構(gòu):一種是與浮頂儲(chǔ)罐相同的鋼制浮頂,另一種是拼裝成型的鋁合金浮頂,還有不銹鋼浮頂和玻璃鋼浮頂,通常只有鋼制浮頂需要進(jìn)行防腐涂裝。
內(nèi)浮頂罐和固定拱頂罐的最大區(qū)別是在拱頂內(nèi)有一個(gè)活動(dòng)的浮盤,它綜合了外浮頂罐和固定拱頂罐的優(yōu)點(diǎn)。
3、外浮頂罐
外浮頂儲(chǔ)罐是由漂浮在介質(zhì)表面上的浮頂和立式圓柱形罐壁所構(gòu)成。浮頂隨罐內(nèi)介質(zhì)儲(chǔ)量的增加或減少而升降,浮頂外緣與罐壁之間有環(huán)形密封裝置,罐內(nèi)介質(zhì)始終被內(nèi)浮頂直接覆蓋,減少介質(zhì)揮發(fā)。
浮頂:浮頂分為單盤式浮頂和雙盤式等形式。
單盤式浮頂:由若干個(gè)獨(dú)立艙室組成環(huán)形浮船,其環(huán)形內(nèi)側(cè)為單盤頂板。單盤頂板底部設(shè)有多道環(huán)形鋼圈加固。其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低、好維修。
雙盤式浮頂:由上盤板、下盤板和船艙邊緣板所組成,由徑向隔板和環(huán)向隔板隔成若干獨(dú)立的環(huán)形艙。其優(yōu)點(diǎn)是浮力大、排水效果好。
罐底:浮頂罐的容積一般都比較大,其底板均采用弓形邊緣板。
罐壁:采用直線式罐壁,對(duì)接焊縫宜打磨光滑,保證內(nèi)表面平整。浮頂儲(chǔ)罐上部為敞口,為增加壁板剛度,應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的風(fēng)載大小,罐壁頂部需設(shè)置抗風(fēng)圈梁和加強(qiáng)圈。
浮頂油罐的特點(diǎn)是,罐頂可以上下浮動(dòng),四周用耐油橡膠密封圈以彈簧壓緊在罐壁上。罐頂緊貼著油面,油面升高,罐頂跟著上升;油面降低,罐頂跟著下降。這種油罐呼吸器是裝在浮盤上的,比起拱頂油罐來(lái)能大大減少油品的損耗,也比較安全。
外浮頂罐和內(nèi)浮頂罐的最大區(qū)別是浮頂上方?jīng)]有固定的拱頂,外浮頂罐常見于大型(至少在10000m3以上)原油、燃料油、重油儲(chǔ)罐。
4、球罐
在石油煉制工業(yè)和石油化工中主要用于貯存和運(yùn)輸液態(tài)或氣態(tài)物料。操作溫度一般為-50~50℃,操作壓力一般在3MPa以下。球罐與圓筒容器(即一般貯罐)相比,在相同直徑和壓力下,殼壁厚度僅為圓筒容器的一半,鋼材用量省,且占地較小,基礎(chǔ)工程簡(jiǎn)單。但球罐的制造、焊接和組裝要求很嚴(yán),檢驗(yàn)工作量大,制造費(fèi)用較高。
我為什么要先講儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)呢?因?yàn)椴煌Y(jié)構(gòu)的儲(chǔ)罐,要進(jìn)行防腐涂裝的部位、腐蝕環(huán)境和所用涂料和涂層體系是不一樣的。而我們選擇防腐涂料和設(shè)計(jì)防腐涂層的重要依據(jù)是涂層所處的腐蝕環(huán)境和防腐壽命要求,下面我們來(lái)一一分析:
5、外浮頂儲(chǔ)油罐防腐涂裝部位示意圖
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6、內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐防腐涂裝部位示意圖
7、固定拱頂儲(chǔ)油罐防腐涂裝部位示意圖
8、各部位腐蝕環(huán)境分析
外壁部分:
8.1大氣腐蝕環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)表面:
指涂層表面直接和大氣接觸,受風(fēng)吹日曬雨淋,對(duì)儲(chǔ)油罐來(lái)講,包括以下部位:
① 不保溫罐外壁;
② 罐壁外附件,包括抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈、、及罐壁金屬結(jié)構(gòu)附件、盤梯平臺(tái);
③ 固定拱頂罐和內(nèi)浮頂罐的拱頂上表面及附件;
④ 外浮頂罐浮頂上表面、浮頂上的所有附件及從罐壁頂部向下一段罐內(nèi)壁;
⑤ 不保溫、不保冷的球罐外壁、支撐件及附件。
儲(chǔ)罐所處位置不同,當(dāng)?shù)貧夂驐l件不一樣,腐蝕環(huán)境不同,但如果沒有特別要求,完全可以按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO12944《色漆和清漆-防腐蝕涂層系統(tǒng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)》,根據(jù)腐蝕環(huán)境和耐久性要求設(shè)計(jì)涂層體系。
但是,同樣處于大氣腐蝕環(huán)境下,一些儲(chǔ)罐對(duì)防腐蝕涂層卻有特別要求,如:
—貯存揮發(fā)性介質(zhì)的儲(chǔ)罐(特別是球罐):期望能通過涂層減緩或降低罐內(nèi)介質(zhì)的溫度,往往選擇熱反射隔熱涂料。
—球罐的支撐柱往往有耐火極限要求,需要涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。
8.2、保溫罐外壁
一些稠油罐要保溫,原油和重油罐罐內(nèi)介質(zhì)溫度通常在50-95℃之間,但煉化廠的一些蠟油、渣油罐內(nèi)介質(zhì)的溫度可能超過100℃,但達(dá)到200℃的是很罕見的。外壁保溫通常采用巖棉板,也有采用粘貼聚苯乙烯泡沫的,外面再加鍍鋅板包覆。
此處部位由于涂層淋不到雨,曬不到太陽(yáng),雖然可能由于保溫層密封不好造成涂層表面有水,但總的來(lái)說比大氣腐蝕環(huán)境要低,而且溫度并不高,所以通常只涂底漆或底漆+中間漆,不涂面漆。少數(shù)需要低溫的耐熱漆,如酚醛環(huán)氧漆等。
8.3、罐底板下表面
目前罐基礎(chǔ)多以砂層和瀝青砂為主要構(gòu)造,罐底板與之接觸,有濕氣上升,加之如果罐底外邊緣板與基礎(chǔ)連接處密封不好,會(huì)進(jìn)水,所以該處的涂料主要要求耐水性、耐潮濕性。
還有一個(gè)特別的地方是:由于底板焊接后,下表面沒法子再補(bǔ)漆刷漆,所以那個(gè)焊接處實(shí)際上是沒有辦法做到有涂層保護(hù)的,這是一個(gè)防腐的薄弱環(huán)節(jié)。針對(duì)這個(gè)薄弱環(huán)節(jié),一些設(shè)計(jì)院或業(yè)主也考慮了很多措施,在后面介紹,如采用陰極保護(hù),焊邊涂可焊底漆等等。
8.4、罐底外邊緣板與基礎(chǔ)連接處
這個(gè)地方主要是密封好,防止雨水進(jìn)入底板的基礎(chǔ)之間。
分析油罐底板外邊緣的腐蝕原因,一是由于油罐的基座與罐體底板結(jié)合的部位,隨著環(huán)境主要是溫度的變化使底板徑向發(fā)生伸縮;二是由于油罐輸儲(chǔ)油量的載荷變化引起油罐的變形,當(dāng)油罐受液后由于靜液壓力作用產(chǎn)生很大的環(huán)向應(yīng)力,使油罐沿半徑方向產(chǎn)生水平變位,而邊緣板由于與底板牢固地焊在一起無(wú)法向外擴(kuò)張,結(jié)果在邊緣板處發(fā)生變形,如圖A;從而產(chǎn)生邊緣應(yīng)力,該應(yīng)力與基座對(duì)邊緣板的抵抗力共同作用導(dǎo)致底板外環(huán)部的塑性變形;當(dāng)油罐空罐時(shí),罐體恢復(fù)原狀,邊緣板卻由于塑性變形而向上翅曲,見圖B。
A、 罐底外周邊變形狀態(tài)(盛液)B、罐底外周邊塑性變形(空罐)
上述因素使油罐底板外邊緣處與基座形成一條裂縫,該裂縫的大小會(huì)隨著油罐的運(yùn)動(dòng)變化不斷地膨脹與收縮,結(jié)果給外界的一些腐蝕介質(zhì)如雨水、露水等的侵入提供了一條通道,這些腐蝕介質(zhì)日復(fù)一日地入侵并由于縫隙很小,水不易發(fā)揮發(fā)而長(zhǎng)年積存于底板與基座之間從而發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕,最終導(dǎo)致底板下面的銹蝕穿孔。由于這種腐蝕發(fā)生在罐底與基座之間,一般無(wú)法觀察,故最容易被人們忽視,也是最危險(xiǎn)的。油罐底部邊緣板的防護(hù),就是切斷上述的入侵通道,有效防止環(huán)境因素等從油罐底部四周入侵,達(dá)到保護(hù)油罐底板(特別是邊緣板),將其與水、大氣等隔離的目的。
從上面可以看出,對(duì)這個(gè)地方的材料要求是有彈性,能抵抗縫隙的增大和縮小,密封性好,現(xiàn)在市場(chǎng)上有以下方案:
A、防水涂料CTPU中加入一定量的填充物配制成膠泥及粘泥,再利用貼覆玻璃布加強(qiáng)涂層強(qiáng)度,這種方法是主流。
B、采用三元乙丙彈性橡膠帶包覆。
內(nèi)壁部分:
8.5、罐底板上表面及油水分離線以下罐內(nèi)壁板
這部分是儲(chǔ)油罐防腐的重點(diǎn),是腐蝕最嚴(yán)重的部分,因?yàn)橛椭械碾s質(zhì)和水都沉積在這兒了,當(dāng)然不同油品情況不同,總的來(lái)說:原油>中間產(chǎn)品>成品油。
為了重點(diǎn)保護(hù)該部位,一些油罐設(shè)計(jì)采用了犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)措施,在有犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)措施時(shí),該部位采用絕緣涂層(靜電可從陽(yáng)極導(dǎo)出),沒有時(shí),采用導(dǎo)靜電涂層。
8.6、罐內(nèi)壁中間部位(油水分離線以上至罐壁上部)
這個(gè)部位的腐蝕情況,不同結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)油罐、不同油品的罐都不相同。
從結(jié)構(gòu)上來(lái)講:
外浮頂罐:隨著儲(chǔ)油量的多少,外浮頂上下浮動(dòng),該部位有時(shí)浸泡在油中,有時(shí)暴露在大氣中。
內(nèi)浮頂罐:隨著儲(chǔ)油量的多少,內(nèi)浮頂上下浮動(dòng),該部位有時(shí)浸泡在油中,有時(shí)暴露在油氣中。
固定拱頂罐:隨著儲(chǔ)油量的多少,該部位有時(shí)浸泡在油中,有時(shí)暴露在油氣中。
總之,該部位會(huì)出現(xiàn)液相、氣相交替,越遠(yuǎn)離罐底,出現(xiàn)氣相腐蝕的頻率越高。
從油品上來(lái)講:
原油、燃料油比較稠,油可掛于罐壁起一定防銹作用,貯存含蠟原油的罐,該部位表面還會(huì)結(jié)蠟。而汽油、柴油等成品油粘度低,則掛壁時(shí)間短,油膜薄,起防銹作用的效果有限。
所以,有的原油罐、燃料油罐該部位不做防腐涂層。而汽油、柴油等輕質(zhì)油罐該部位是必須有防腐涂層的。
該部位如果涂漆,通常應(yīng)采用導(dǎo)靜電涂層。
8.7、拱頂罐(包括內(nèi)浮頂)拱頂內(nèi)表面及網(wǎng)殼
該部位是氣相腐蝕部位,隨著油面的升降,排出油氣或吸進(jìn)空氣。
由于晝夜溫差等因素,該部位鋼結(jié)構(gòu)表面可能會(huì)有凝結(jié)水、而且油氣中可能含有二氧化硫、硫化氫等腐蝕性氣體,吸進(jìn)的空氣中含有水汽和氧氣,因而該部位腐蝕比罐中間液相部位要重。
混合油氣也是易燃易爆氣體,也要防止靜電積聚,因而該部位的涂層也有導(dǎo)靜電要求。
8.8、保溫罐加熱盤管外表面
對(duì)于帶有加熱和保溫裝置的油罐,罐內(nèi)設(shè)有加熱盤管,管內(nèi)通180℃左右的蒸汽,外壁和油接觸。涂于該管外表面的涂層應(yīng)耐熱油。目前多采用無(wú)機(jī)富鋅底漆或環(huán)氧改性有機(jī)硅耐熱漆。
8.9、 浮頂(盤)下表面和側(cè)壁、外緣板側(cè)面、刮蠟機(jī)械、排水系統(tǒng)及浮盤上各開口接管、支柱等:
無(wú)論是外浮頂罐還是內(nèi)浮頂罐,該部位都是接觸油的,所以要采用導(dǎo)靜電涂層防腐。
內(nèi)浮頂罐中有一些罐(小罐)是采用的鋁制浮盤,不用防腐。鋼制浮盤則要防腐。
8.10、浮頂(盤)上表面:
前面提到,外浮頂罐浮盤上表面是受大氣腐蝕的,按大氣腐蝕環(huán)境考慮;而內(nèi)浮頂罐,浮盤上表面是與油氣接觸的,應(yīng)采用導(dǎo)靜電防腐涂層。
8.11、浮艙內(nèi)表面及型鋼:
浮盤由一個(gè)個(gè)密封的艙室組成的,艙室內(nèi)應(yīng)該是空氣(含有水汽),受溫差影響,艙室內(nèi)表面也會(huì)結(jié)露造成腐蝕,腐蝕相對(duì)較輕。