武 剛1,2,徐 帥3,張 楠3,張庶鑫1,2,孫冰冰3,周會萍3,馬建朝3

(1.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院,西安 710077; 2.石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點實驗室,西安 710077; 3.中石油管道有限責(zé)任公司西部分公司,烏魯木齊 830013)

摘 要:某 Q235B鋼儲罐底板發(fā)生腐蝕穿孔泄漏事故。通過宏觀分析、微觀分析、化學(xué)成分分 析、力學(xué)性能試驗、金相檢驗等方法,對儲罐底板腐蝕穿孔原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:儲罐底板的 涂層因質(zhì)量較差發(fā)生鼓包后破損,在破損點發(fā)生了氧腐蝕,進(jìn)而導(dǎo)致儲罐底板腐蝕穿孔。

關(guān)鍵詞:原油儲罐;底板;腐蝕穿孔;氧腐蝕 中圖分類號:TG115.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-4012(2021)02-0057-03

儲罐是石油化工行業(yè)中非常重要的設(shè)備,其對 石油化工裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行起到重要作 用,還被廣泛用于港口、石油化工企業(yè)和油庫的液體 原料、中間產(chǎn)品儲存以及原油運(yùn)輸業(yè)中[1-2]。原油儲 罐底板是儲罐比較容易腐蝕的部位,而原油儲罐底 板腐蝕主要是由罐底沉積水和沉積物引起的。沉積 水主要是原油在開采、運(yùn)輸?shù)冗^程中所帶入的水分 在儲存時通過沉降沉積出的(由于儲罐罐底排水管 的結(jié)構(gòu)限制,即使儲罐經(jīng)常進(jìn)行罐底水排放也不能 全部排出),導(dǎo)致罐底長期滯留有一定量的沉積水; 沉積物主要是油泥[3]。沉積水與沉積物的成分非常 復(fù)雜,導(dǎo)致儲罐底板的腐蝕較為嚴(yán)重。國內(nèi)某輸油 站對某泄壓罐進(jìn)行檢測時發(fā)現(xiàn)其儲罐底板腐蝕嚴(yán) 重,其中中幅板發(fā)生腐蝕穿孔。該儲罐為原油儲罐, 拱頂型,容積為700m 3,直徑10.2m,高10.2m,儲 罐底板厚8mm,材料為 Q235B 鋼。為找出儲罐底 板腐蝕穿孔的原因,防止此類事故的再次發(fā)生,筆者 對其進(jìn)行了相關(guān)的檢驗和分析。

1 理化檢驗

1.1 宏觀分析

被腐蝕的儲罐底板宏觀形貌如圖1所示。儲罐 底板上均覆蓋有灰色涂層,涂層表面有大量鼓包,穿 孔部位位于中幅板,附近底板的涂層鼓包已經(jīng)剝落, 露出銹蝕底板。儲罐底板壁厚最小值為 7.8mm, 符合 API650-2013《焊接石油儲罐》的技術(shù)要求; 防腐層檢測結(jié)果表明儲罐底板防腐層附著力3級, 有起泡,涂層厚度為300~560μm。 1.2 微觀分析 采用蔡司 Smartzoom5型超景深三維顯微鏡 對儲罐底板上泄漏穿孔的腐蝕坑進(jìn)行分析。圖2中 可以看到腐蝕坑已經(jīng)貫穿底板,呈現(xiàn)火山坑樣,表面 覆蓋黃褐色腐蝕產(chǎn)物,穿孔處有黑色油泥狀物質(zhì),推 測為油泥堆積。腐蝕坑深約6.5mm,穿孔直徑約為 1.5 mm。取腐蝕穿孔部位試樣進(jìn)行分析,結(jié)果表 明 儲罐底板腐蝕坑處顯微組織為鐵素體+珠光體, 鐵素體晶粒度8.5級,未見異常組織顯示。 

在儲罐底板上取腐蝕坑試樣,采用 OXFORD INCA350型掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)分析儀 對斷口截面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行形貌和能譜分析,結(jié)果如 圖3所示。可見腐蝕坑底部有直徑1mm 的穿孔, 腐蝕產(chǎn)物疏松,呈龜裂狀,腐蝕產(chǎn)物主要由氫、硫、 氯、鐵等元素組成。 對現(xiàn)場采集回的沉積水樣進(jìn)行成分分析,pH 值為 8.67,呈 弱 堿 性,介 質(zhì) 中 Cl - 的 質(zhì) 量 濃 度 為 44500mg·L -1, SO 2 4 - 的 質(zhì) 量 濃 度 為 2540mg·L -1,沉積水中存在較多的 Cl - ,極易誘 發(fā)縫隙腐蝕和孔腐蝕等局部腐蝕,SO 2 4 - 的存在易 于引起硫酸鹽還原菌(SRB)腐蝕。 

1.3 化學(xué)成分分析 

采用 ARL4460 型 直 讀 光 譜 儀,依 據(jù) GB/T 4336-2016《碳素鋼和中低合金鋼 多元素含量的測 定 火花放電原子發(fā)射光譜法(常規(guī)法)》對遠(yuǎn)離腐蝕 坑區(qū)域的底板進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。 可見儲罐底板化學(xué)成分分析結(jié)果符合 GB/T700- 2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》對 Q235B鋼的成分要求。 

1.4 力學(xué)性能試驗 

采用 UTM5305 型 材 料 試 驗 機(jī) 依 據(jù) GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫拉 伸試驗方法》對遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的底板進(jìn)行室溫拉 伸試 驗,結(jié) 果 見 表 2,可 見 其 拉 伸 性 能 符 合 GB/T 700-2006的技術(shù)要求。 采用 WZW-1000型材料彎曲試驗機(jī)對遠(yuǎn)離腐 蝕坑區(qū)域的底板進(jìn)行彎曲試驗,結(jié)果見表3,可見儲 罐底板的彎曲性能滿足 GB/T700-2006 的技術(shù) 要求。

1.5 金相檢驗 

采用 MEF3A 型金相顯微鏡,依據(jù) GB/T13298 -2015《金 屬 顯 微 組 織 檢 驗 方 法》、GB/T6394- 2017《金屬平均晶粒度測定方 法》、GB/T10561- 2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定———標(biāo)準(zhǔn)評級 圖顯微檢驗法》和 GB/T34474.1-2017《鋼中帶狀 組織的評定第1部分:標(biāo)準(zhǔn)評級圖法》,對遠(yuǎn)離腐蝕 坑區(qū)域的 組 織 和 非 金 屬 夾 雜 物 進(jìn) 行 分 析,結(jié) 果 如 圖4所示。可見儲罐底板顯微組織均為鐵素體+珠 光體,鐵素體晶粒度為 8.0~8.5 級,帶狀組織 0.5 級,未見異常組織。

2 分析與討論

該腐蝕穿孔的儲罐底板表面有大量的涂層鼓 包,且穿孔部位附近的鼓包破損露出基體,基體均存 在腐蝕。結(jié)合現(xiàn)場提供的儲罐底板壁厚測試結(jié)果, 儲罐整體壁厚并未發(fā)生減薄。因此可以推斷,該腐 蝕穿孔主要原因為涂層鼓包破損,在破損點發(fā)生點 蝕,進(jìn)而發(fā)生穿孔。 腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果表明,腐蝕產(chǎn)物主要由 鐵、氧、硫、氯等元素組成,因此可以進(jìn)一步推斷該儲 罐穿孔失效為氧腐蝕造成[4-6]。該儲罐的儲存介質(zhì) 為原油,一般而言,原油本身并不具有腐蝕性,相反, 原油還會在罐壁形成一層油膜,提高儲罐的耐腐蝕 性能。造成原油儲罐底板腐蝕的主要原因是罐底存 在沉積水。原油在開采和運(yùn)輸過程中,會帶入一定 量的水分,當(dāng)原油進(jìn)入原油儲罐靜止儲存時,原油攜 帶的水分以及空氣中的水蒸氣就會凝結(jié)沉降在儲罐 底部。雖然一些原油儲罐定期進(jìn)行罐底沉積水的排 放,但 不 能 全 部 排 出,罐 底 通 常 會 存 留 200~300 mm 深度的沉積水。原油儲罐罐底除了存積的沉積 水外,還有固態(tài)的沉積物,由于沉積水的存在,一般 沉積物下都容易形成適合發(fā)生局部腐蝕的條件。 沉積水是非常強(qiáng)的電解質(zhì)溶液 陰陽離子,礦化度非常高。其中以氯 , 離 其 子 含 含 有 量 大 最 量 高 的 , 容易造成點蝕;有的沉積水中鈣、鎂離子含量相對較 高,易形成沉積結(jié)垢,造成垢下腐蝕和氧濃差電池腐 蝕,SO 2 4 - ,Cl - 離子的 存 在 對 腐 蝕 有 促 進(jìn) 作 用[7-8]。 覆蓋儲罐底板的油泥并不均勻,有的區(qū)域比較致密, 黏稠性高、通透性差,可以充分地附著在底板表面,阻 止腐蝕介質(zhì)和氧與金屬的接觸,而有的區(qū)域的油泥質(zhì) 地相對疏松,并不能完全阻止腐蝕介質(zhì)和氧與金屬的 接觸,從而使部分區(qū)域發(fā)生腐蝕。而且質(zhì)地疏松的油 泥也在一定程度上影響了離子的擴(kuò)散,形成閉塞原電 池,再加上酸化自催化作用,使得局部腐蝕加劇。

3 結(jié)論及建議 

儲罐底板腐蝕穿孔的主要原因為涂層質(zhì)量較差發(fā)生鼓包后破損,在破損點發(fā)生了氧腐蝕,進(jìn)而導(dǎo)致 儲罐底板發(fā)生穿孔。 建議嚴(yán)格把控儲罐防腐內(nèi)涂層的質(zhì)量,增加陰 極保護(hù),定期排除儲罐底部積水,加強(qiáng)儲罐底板腐蝕 檢測及監(jiān)測,實施儲罐完整性管理。