武 剛1,2,徐 帥3,張 楠3,張庶鑫1,2,孫冰冰3,周會(huì)萍3,馬建朝3
(1.中國(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(chǔ)罐底板發(fā)生腐蝕穿孔泄漏事故。通過(guò)宏觀分析、微觀分析、化學(xué)成分分 析、力學(xué)性能試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)等方法,對(duì)儲(chǔ)罐底板腐蝕穿孔原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:儲(chǔ)罐底板的 涂層因質(zhì)量較差發(fā)生鼓包后破損,在破損點(diǎn)發(fā)生了氧腐蝕,進(jìn)而導(dǎo)致儲(chǔ)罐底板腐蝕穿孔。
關(guān)鍵詞:原油儲(chǔ)罐;底板;腐蝕穿孔;氧腐蝕 中圖分類(lèi)號(hào):TG115.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1001-4012(2021)02-0057-03
儲(chǔ)罐是石油化工行業(yè)中非常重要的設(shè)備,其對(duì) 石油化工裝置的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、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(kù)的液體 原料、中間產(chǎn)品儲(chǔ)存以及原油運(yùn)輸業(yè)中[1-2]。原油儲(chǔ) 罐底板是儲(chǔ)罐比較容易腐蝕的部位,而原油儲(chǔ)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(kāi)采、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中所帶入的水分 在儲(chǔ)存時(shí)通過(guò)沉降沉積出的(由于儲(chǔ)罐罐底排水管 的結(jié)構(gòu)限制,即使儲(chǔ)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(zhǎng)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(chǔ)罐底板的腐蝕較為嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)某輸油 站對(duì)某泄壓罐進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)其儲(chǔ)罐底板腐蝕嚴(yán) 重,其中中幅板發(fā)生腐蝕穿孔。該儲(chǔ)罐為原油儲(chǔ)罐, 拱頂型,容積為700m 3,直徑10.2m,高10.2m,儲(chǔ) 罐底板厚8mm,材料為 Q235B 鋼。為找出儲(chǔ)罐底 板腐蝕穿孔的原因,防止此類(lèi)事故的再次發(fā)生,筆者 對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的檢驗(yàn)和分析。
1 理化檢驗(yàn)
1.1 宏觀分析
被腐蝕的儲(chǔ)罐底板宏觀形貌如圖1所示。儲(chǔ)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(chǔ)罐底板壁厚最小值為 7.8mm, 符合 API650-2013《焊接石油儲(chǔ)罐》的技術(shù)要求; 防腐層檢測(cè)結(jié)果表明儲(chǔ)罐底板防腐層附著力3級(jí), 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(duì)儲(chǔ)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(cè)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(chǔ)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(jí),未見(jiàn)異常組織顯示。
在儲(chǔ)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(duì)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(jiàn)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(cè) 定 火花放電原子發(fā)射光譜法(常規(guī)法)》對(duì)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(jiàn)儲(chǔ)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(duì) Q235B鋼的成分要求。
1.4 力學(xué)性能試驗(yàn)
采用 UTM5305 型 材 料 試 驗(yàn) 機(jī) 依 據(jù) GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫拉 伸試驗(yàn)方法》對(duì)遠(yuǎn)離腐蝕坑區(qū)域的底板進(jìn)行室溫拉 伸試 驗(yàn),結(jié) 果 見(jiàn) 表 2,可 見(jiàn) 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(yàn)機(jī)對(duì)遠(yuǎn)離腐 蝕坑區(qū)域的底板進(jìn)行彎曲試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表3,可見(jiàn)儲(chǔ) 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(yàn)
采用 MEF3A 型金相顯微鏡,依據(jù) GB/T13298 -2015《金 屬 顯 微 組 織 檢 驗(yàn) 方 法》、GB/T6394- 2017《金屬平均晶粒度測(cè)定方 法》、GB/T10561- 2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定———標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí) 圖顯微檢驗(yàn)法》和 GB/T34474.1-2017《鋼中帶狀 組織的評(píng)定第1部分:標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖法》,對(duì)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(jiàn)儲(chǔ)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(jí),帶狀組織 0.5 級(jí),未見(jiàn)異常組織。
2 分析與討論
該腐蝕穿孔的儲(chǔ)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(chǎng)提供的儲(chǔ)罐底板壁厚測(cè)試結(jié)果, 儲(chǔ)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?yàn)橥繉庸陌茡p,在破損點(diǎn)發(fā)生點(diǎn) 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(chǔ) 罐穿孔失效為氧腐蝕造成[4-6]。該儲(chǔ)罐的儲(chǔ)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(huì)在罐壁形成一層油膜,提高儲(chǔ)罐的耐腐蝕 性能。造成原油儲(chǔ)罐底板腐蝕的主要原因是罐底存 在沉積水。原油在開(kāi)采和運(yùn)輸過(guò)程中,會(huì)帶入一定 量的水分,當(dāng)原油進(jìn)入原油儲(chǔ)罐靜止儲(chǔ)存時(shí),原油攜 帶的水分以及空氣中的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)沉降在儲(chǔ)罐 底部。雖然一些原油儲(chǔ)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(huì) 存 留 200~300 mm 深度的沉積水。原油儲(chǔ)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(yáng)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(diǎn)蝕;有的沉積水中鈣、鎂離子含量相對(duì)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(duì) 腐 蝕 有 促 進(jìn) 作 用[7-8]。 覆蓋儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)罐底板腐蝕穿孔的主要原因?yàn)橥繉淤|(zhì)量較差發(fā)生鼓包后破損,在破損點(diǎn)發(fā)生了氧腐蝕,進(jìn)而導(dǎo)致 儲(chǔ)罐底板發(fā)生穿孔。 建議嚴(yán)格把控儲(chǔ)罐防腐內(nèi)涂層的質(zhì)量,增加陰 極保護(hù),定期排除儲(chǔ)罐底部積水,加強(qiáng)儲(chǔ)罐底板腐蝕 檢測(cè)及監(jiān)測(cè),實(shí)施儲(chǔ)罐完整性管理。