武 刚1,2,徐 帅3,张 楠3,张庶鑫1,2,孙冰冰3,周会萍3,马建朝3

(1.中国石油集团石油管工程技术研究院,西安 710077; 2.石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室,西安 710077; 3.中石油管道有限责任公司西部分公司,乌鲁木齐 830013)

摘 要:某 Q235B钢储罐底板发生腐蚀穿孔泄漏事故。通过宏观分析、微观分析、化学成分分 析、力学性能试验、金相检验等方法,对储罐底板腐蚀穿孔原因进行了分析。结果表明:储罐底板的 涂层因质量较差发生鼓包后破损,在破损点发生了氧腐蚀,进而导致储罐底板腐蚀穿孔。

关键词:原油储罐;底板;腐蚀穿孔;氧腐蚀 中图分类号:TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2021)02-0057-03

储罐是石油化工行业中非常重要的设备,其对 石油化工装置的“安、稳、长、满、优”运行起到重要作 用,还被广泛用于港口、石油化工企业和油库的液体 原料、中间产品储存以及原油运输业中[1-2]。原油储 罐底板是储罐比较容易腐蚀的部位,而原油储罐底 板腐蚀主要是由罐底沉积水和沉积物引起的。沉积 水主要是原油在开采、运输等过程中所带入的水分 在储存时通过沉降沉积出的(由于储罐罐底排水管 的结构限制,即使储罐经常进行罐底水排放也不能 全部排出),导致罐底长期滞留有一定量的沉积水; 沉积物主要是油泥[3]。沉积水与沉积物的成分非常 复杂,导致储罐底板的腐蚀较为严重。国内某输油 站对某泄压罐进行检测时发现其储罐底板腐蚀严 重,其中中幅板发生腐蚀穿孔。该储罐为原油储罐, 拱顶型,容积为700m 3,直径10.2m,高10.2m,储 罐底板厚8mm,材料为 Q235B 钢。为找出储罐底 板腐蚀穿孔的原因,防止此类事故的再次发生,笔者 对其进行了相关的检验和分析。

1 理化检验

1.1 宏观分析

被腐蚀的储罐底板宏观形貌如图1所示。储罐 底板上均覆盖有灰色涂层,涂层表面有大量鼓包,穿 孔部位位于中幅板,附近底板的涂层鼓包已经剥落, 露出锈蚀底板。储罐底板壁厚最小值为 7.8mm, 符合 API650-2013《焊接石油储罐》的技术要求; 防腐层检测结果表明储罐底板防腐层附着力3级, 有起泡,涂层厚度为300~560μm。 1.2 微观分析 采用蔡司 Smartzoom5型超景深三维显微镜 对储罐底板上泄漏穿孔的腐蚀坑进行分析。图2中 可以看到腐蚀坑已经贯穿底板,呈现火山坑样,表面 覆盖黄褐色腐蚀产物,穿孔处有黑色油泥状物质,推 测为油泥堆积。腐蚀坑深约6.5mm,穿孔直径约为 1.5 mm。取腐蚀穿孔部位试样进行分析,结果表 明 储罐底板腐蚀坑处显微组织为铁素体+珠光体, 铁素体晶粒度8.5级,未见异常组织显示。

在储罐底板上取腐蚀坑试样,采用 OXFORD INCA350型扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)分析仪 对断口截面腐蚀产物进行形貌和能谱分析,结果如 图3所示。可见腐蚀坑底部有直径1mm 的穿孔, 腐蚀产物疏松,呈龟裂状,腐蚀产物主要由氢、硫、 氯、铁等元素组成。 对现场采集回的沉积水样进行成分分析,pH 值为 8.67,呈 弱 碱 性,介 质 中 Cl - 的 质 量 浓 度 为 44500mg·L -1, SO 2 4 - 的 质 量 浓 度 为 2540mg·L -1,沉积水中存在较多的 Cl - ,极易诱 发缝隙腐蚀和孔腐蚀等局部腐蚀,SO 2 4 - 的存在易 于引起硫酸盐还原菌(SRB)腐蚀。

1.3 化学成分分析

采用 ARL4460 型 直 读 光 谱 仪,依 据 GB/T 4336-2016《碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测 定 火花放电原子发射光谱法(常规法)》对远离腐蚀 坑区域的底板进行化学成分分析,结果如表1所示。 可见储罐底板化学成分分析结果符合 GB/T700- 2006《碳素结构钢》对 Q235B钢的成分要求。

1.4 力学性能试验

采用 UTM5305 型 材 料 试 验 机 依 据 GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温拉 伸试验方法》对远离腐蚀坑区域的底板进行室温拉 伸试 验,结 果 见 表 2,可 见 其 拉 伸 性 能 符 合 GB/T 700-2006的技术要求。 采用 WZW-1000型材料弯曲试验机对远离腐 蚀坑区域的底板进行弯曲试验,结果见表3,可见储 罐底板的弯曲性能满足 GB/T700-2006 的技术 要求。

1.5 金相检验

采用 MEF3A 型金相显微镜,依据 GB/T13298 -2015《金 属 显 微 组 织 检 验 方 法》、GB/T6394- 2017《金属平均晶粒度测定方 法》、GB/T10561- 2005《钢中非金属夹杂物含量的测定———标准评级 图显微检验法》和 GB/T34474.1-2017《钢中带状 组织的评定第1部分:标准评级图法》,对远离腐蚀 坑区域的 组 织 和 非 金 属 夹 杂 物 进 行 分 析,结 果 如 图4所示。可见储罐底板显微组织均为铁素体+珠 光体,铁素体晶粒度为 8.0~8.5 级,带状组织 0.5 级,未见异常组织。

2 分析与讨论

该腐蚀穿孔的储罐底板表面有大量的涂层鼓 包,且穿孔部位附近的鼓包破损露出基体,基体均存 在腐蚀。结合现场提供的储罐底板壁厚测试结果, 储罐整体壁厚并未发生减薄。因此可以推断,该腐 蚀穿孔主要原因为涂层鼓包破损,在破损点发生点 蚀,进而发生穿孔。 腐蚀产物能谱分析结果表明,腐蚀产物主要由 铁、氧、硫、氯等元素组成,因此可以进一步推断该储 罐穿孔失效为氧腐蚀造成[4-6]。该储罐的储存介质 为原油,一般而言,原油本身并不具有腐蚀性,相反, 原油还会在罐壁形成一层油膜,提高储罐的耐腐蚀 性能。造成原油储罐底板腐蚀的主要原因是罐底存 在沉积水。原油在开采和运输过程中,会带入一定 量的水分,当原油进入原油储罐静止储存时,原油携 带的水分以及空气中的水蒸气就会凝结沉降在储罐 底部。虽然一些原油储罐定期进行罐底沉积水的排 放,但 不 能 全 部 排 出,罐 底 通 常 会 存 留 200~300 mm 深度的沉积水。原油储罐罐底除了存积的沉积 水外,还有固态的沉积物,由于沉积水的存在,一般 沉积物下都容易形成适合发生局部腐蚀的条件。 沉积水是非常强的电解质溶液 阴阳离子,矿化度非常高。其中以氯 , 离 其 子 含 含 有 量 大 最 量 高 的 , 容易造成点蚀;有的沉积水中钙、镁离子含量相对较 高,易形成沉积结垢,造成垢下腐蚀和氧浓差电池腐 蚀,SO 2 4 - ,Cl - 离子的 存 在 对 腐 蚀 有 促 进 作 用[7-8]。 覆盖储罐底板的油泥并不均匀,有的区域比较致密, 黏稠性高、通透性差,可以充分地附着在底板表面,阻 止腐蚀介质和氧与金属的接触,而有的区域的油泥质 地相对疏松,并不能完全阻止腐蚀介质和氧与金属的 接触,从而使部分区域发生腐蚀。而且质地疏松的油 泥也在一定程度上影响了离子的扩散,形成闭塞原电 池,再加上酸化自催化作用,使得局部腐蚀加剧。

3 结论及建议

储罐底板腐蚀穿孔的主要原因为涂层质量较差发生鼓包后破损,在破损点发生了氧腐蚀,进而导致 储罐底板发生穿孔。 建议严格把控储罐防腐内涂层的质量,增加阴 极保护,定期排除储罐底部积水,加强储罐底板腐蚀 检测及监测,实施储罐完整性管理。