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钢制储罐底部边缘板外侧的腐蚀与防护

文档作者：慕常强文档来源：中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司储运厂		点击数：	更新时间： 2022年12月11日
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摘要对大型钢制储罐罐底边缘板的腐蚀机理及特
点进行了分析, 介绍了采用罐底专用密封胶+ 玻璃布复
配修补技术的施工过程及效果。
关键词储罐储罐底板腐蚀防腐
齐鲁石化储运厂是全国最大的液体化工产品存储基
地之一, 拥有各类储罐60 余座。主要储存介质有液碱、正
( 异) 丁醇、辛醇、甲醇、苯乙烯、对( 邻) 二甲苯、甲苯、环氧
氯丙烷等15 余种易燃易爆、强腐蚀性化工产品。该厂大部
分储罐于1987 年建成投用, 长期使用后, 部分储罐边缘板
外侧腐蚀十分严重, 个别储罐已经发生渗漏。由于边缘板
外侧腐蚀不易观察, 容易被人们忽视, 而其腐蚀危害又非
常大, 因此采用行之有效的防腐蚀技术, 彻底解决边缘板
的腐蚀问题, 对于确保大型储罐安全长周期运行具有重要
意义。
1 罐底边缘板外侧的腐蚀特点与原因分析
1.1 腐蚀特点
罐底边缘板外侧的腐蚀, 从边缘板外周边沿着半径方
向向内依次为均匀腐蚀、局部坑蚀( 点蚀) , 另外边缘板与
最下层圈板的角焊缝及热影响区也存在一定程度的局部
腐蚀。通常带保温层储罐的腐蚀较常温储罐严重。
1.2 罐底边缘板外侧的均匀腐蚀
腐蚀形态主要为均匀腐蚀减薄, 严重的如千层饼状。
现场除锈后测厚表明, 原壁厚为12 mm 的边缘板腐蚀后
竟仅有2 mm。图1 为罐底边缘板的均匀腐蚀照片。
腐蚀原因如下:
各类大型储罐底板与混凝土基础接触部位, 长期使用
后会由于液位的不断波动造成罐底板变形并与罐底基础
脱开, 罐底边缘板向上翘起( 严重时还能发生储罐基础塌
陷, 水泥护坡开裂) , 雨水、雪水及腐蚀性气体会侵入罐底
板与基础的缝隙, 从而发生电化学腐蚀。
整个腐蚀过程可用下面的电化学反应式表达:
阳极反应Fe→Fe2++2e
阴极反应1/2O2+H2O+2e→2OH-
总反应Fe+H2O+1/2O2→Fe(OH)2
氢氧化亚铁进一步氧化成氢氧化铁:
2Fe( OH) 2+H2O+1/2O2→2Fe( OH) 3
氢氧化铁脱水后生成铁锈: 2Fe( OH) 3→Fe2O3↓+3H2O
或Fe( OH) 3→FeO( OH) +H2O
图1 罐底边缘板的均匀腐蚀
1.3 罐底边缘板外侧局部腐蚀
边缘板外侧局部腐蚀主要表现为坑蚀或点蚀, 比较典
型的是氧浓差引起的溃疡状腐蚀。其特征是中心蚀坑数目
多于边沿, 而且大多是大阴极小阳极的模式。在上述的电
化学反应中, 由于氧较难到达锈层与基体金属的界面, 主
要进行阳极反应, 而在容易获得氧的锈层表面, 主要进行
阴极反应, 这种氧浓差电池, 以及“ 大阴极—小阳极”作用,
使得局部腐蚀较为严重。金属离子从基体进入到锈层包围
着的水溶液中又发生如下水解反应:
Fe2++2H2O→Fe(OH)2+2H+
氯离子的存在对点蚀的进一步发展起到了至关重要
慕常强
( 中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司储运厂, 山东淄博255400)
作者简介: 慕常强, 高级工程师, 1991 年毕业于江苏化
工学院储运专业, 从事化工储运工作多年, 现任齐鲁石
化分公司储运厂副总工程师。
钢制储罐底部边缘板外侧的腐蚀与防护
16 安全、健康和环境
安全技术本栏编辑
王广亮
的作用。氯离子的来源有3 个: 一是沥青砂垫层中的水溶
性氯的含量很高, 其中一部分氯溶解于渗水中; 二是保温
材料中的氯, 随雨水带入并不断浓缩; 三是大气环境中的
氯( 如海洋大气中的盐分或氯碱化工企业环境空气中的氯
化物) 。在长期使用过程中, 随着气候干、湿、冷、热的变化,
罐底水溶液中的氯离子逐渐浓缩。
由于氯离子的存在, 为了保持上述反应的电中性, 氯
离子就向基体金属与锈层之间的界面运动, 造成此处溶液
中氯离子浓度高、氧浓度低, 呈酸性, 即构成了闭塞腐蚀电
池, 使得局部腐蚀十分强烈, 形成蚀坑, 并最终可能导致底
板穿孔。
1.4 罐底边缘板角焊缝的局部腐蚀
储罐边缘板与最下层圈板之间的角焊缝由于焊接应
力大, 变形拘束力大, 因此焊接难度很大, 加之无可靠的检
测手段( 只能采取MT 或PT 对焊缝近表面进行检测) , 所
以此类角焊缝普遍含有较多的超标缺陷, 如气孔、未熔合、
未焊透、裂纹等。由于边缘板的翘起, 此处最容易积聚雨
水, 在雨水、大气腐蚀作用下, 焊缝或热影响区会发生局部
减薄并形成疏松锈皮, 当减薄到一定程度, 存在超标缺陷
的部位就会逐渐暴露出来从而发生渗漏或泄漏, 见图2。
此外, 该焊缝的焊接残余应力大, 大多数储罐因壁板
较薄不做焊后消应力热处理, 使用过程中在残余应力及腐
蚀介质等因素的共同作用下, 应力集中的焊缝或热影响区
部位就可能发生应力腐蚀开裂。
1.5 细菌腐蚀
罐底边缘板存在着细菌腐蚀。在其上表面主要有铁细
菌和硫细菌等好氧菌的腐蚀, 其下表面主要是硫酸盐还原
菌等厌氧菌的腐蚀。
2 罐底边缘板的防腐措施
2.1 防腐措施分析
目前国内设计规范要求罐底板与混凝土基础之间铺
沥青砂, 有的单位在边缘板处采用沥青灌缝, 由于沥青热
胀冷脆的特点, 屡屡发生开裂起缝的现象, 而且不易清理。
也有的单位采用环氧树脂衬玻璃布进行防腐, 由于环氧树
脂固化后呈刚性, 无弹性和韧性, 故使用后极易发生拉脱、
开裂现象, 见图3。
图3 边缘板采用环氧树脂衬玻璃布
进行防腐处理( 已开裂)
采用外加电流阴极保护方法可以有效控制罐底边缘
板的腐蚀, 但投资大, 不经济, 而且以后的现场管理难度也
较大。
经过多方论证, 采用了罐底专用弹性密封胶配以增强
玻璃布技术, 在混凝土基础、外伸翘起的边缘板与底圈板
的下部之间填充胶泥, 使之封闭成为一个完整的密封层,
有效地防止了各种外部介质的侵入, 还可以防止因底板减
薄或焊缝开裂造成的物料泄漏。该罐底专用弹性密封胶具
有良好的耐腐蚀性、耐水性及抗老化性, 同时与钢铁和混
凝土有很强的粘接性能, 其弹性、韧性非常高, 可以吸收因
液位继续波动施加于罐底边缘板变形的力, 克服了普通高
聚物固化后因呈刚性在外力作用下极易开裂的缺点。
2.2 防腐施工方案
a) 对于已发生腐蚀的边缘板, 先进行除锈( 达到St 2
级) , 刷一道密封胶底涂。
b) 边缘板及罐基础上表面抹弹性密封胶, 形成自罐
壁而下的斜坡, 厚度及坡度均不需要很大, 足以盖住边缘
板并保证不积水即可。具体程序如下: 用灰刀将配制好的
胶料填满罐底与基础之间的空隙, 再将胶料刮在基础表
面, 刮涂时注意胶料与基础表面的粘接, 然后刮平抹光。胶
料的施工顺序为: 一次胶料→二次胶料, 推坡找平时注意
边缘板处胶料的厚度。
c) 为保护密封层, 在涂刷表面涂层后马上铺一层增
强玻璃布, 玻璃布的贴覆要注意其上下及左右接缝处重叠
至少要大于5 cm, 且不准有褶痕、气孔出现。玻璃布一般
铺两层, 上层上边紧贴罐壁, 距弹性斜坡5 cm 左右, 下层
下边到罐基础上表面边沿10 cm 处。
d) 刷弹性密封胶面漆, 使玻璃布无缝隙, 与罐壁、罐
基础各个基面附着良好, 表面平整, 丰满且有弹性。若以后
发现玻璃布与罐壁结合处有缝隙, 应及时重新刷涂补救。
2006 年第6 卷第9 期
安全技术
17
慕常强.钢制储罐底部边缘板外侧的腐蚀与防护 HSE
图2 罐底边缘板角焊缝热影响区的局部腐蚀渗漏
施工简图见图4。
3 应用情况及使用效果
齐鲁石化储运厂储罐边缘板虽然大多采取了沥青砂
垫层, 甚至部分采取了沥青灌缝、玻璃钢密封防水的措
施, 由于上述分析的种种原因, 边缘板翘起腐蚀情况仍然
非常突出。历次检修均能发现部分边缘板外侧坑蚀、均匀
减薄、分层甚至泄漏等情况, 导致边缘板使用寿命较短。
2005 年首次启动罐底密封胶防腐防渗工程, 对泄漏严重
的105 个罐底进行了处理, 2006 年3 月检查发现密封层
质量极好, 水及腐蚀性介质根本无法渗入, 而且原泄漏点
完全消除, 经过一个严冬的考验, 密封层弹性、韧性保持
如初。
由于该密封层使用情况较好, 计划2006 年进行大规
模的推广应用, 目前已对4 台碱罐进行了罐底防腐防水密
封处理。
根据测算, 密封层一般使用期限为10 a 左右, 根据美
国腐蚀工程学会( NACE) 的RP0272—72 腐蚀控制经济评
价法, 初步测算其经济效益, 计算公式如下:
A=PW×i(1+i)n/[(1+i)n- 1]
其中: PW—设备价格( 含防腐费用) ;
i— 设备年投资利率;
n—使用年限;
A— 设备年度费用。
以一台2 000 m3 的储罐为例, 若不采取上述防腐措
施, 罐底板使用寿命约为10 a, 则其设备年度费用A=20×
0.1(1+0.1)10/[(1+0.1)10- 1]=3.26 万元; 若采用密封层防腐,使
用年限延长为30 年, 其间只需再更换密封层即可, 则其设
备年度费用A=23.4×0.1(1+0.1)30/[(1+0.1)30- 1]= 2.48 万元,
年度设备费用可降低0.78 万元。以1 台储罐计, 则该罐在
使用期间可节约更换底板等维修费用23.4 万元。目前有5
台储罐进行了罐底防腐防水密封处理, 仅此便可节约费用
117 万元, 经济效益十分显著。2 000 m3 储罐的罐底密封防
腐费用约为1.7 万元; 2 000 m3 储罐罐底板的安装费用约
为20 万元; 设备年投资利率为10%。
如果不采用这种防腐措施, 一旦发生罐底板泄漏, 势
必要先将物料倒至其他备用罐中, 然后清罐, 再对罐底进
行检查检测、更换、防腐等一系列维修措施, 不但造成修理
费用以及人力、物力、时间的大量的不必要投入, 而且造成
物料损失, 更重要的是影响安全并带来环境污染等一系列
问题。采用这种技术, 可以解决管理人员的后顾之忧, 消除
现场安全隐患。
4 结论
a) 罐底边缘板的腐蚀主要有均匀腐蚀、氧浓差电池
或氯离子引起的局部坑蚀或点蚀、角焊缝的腐蚀( 含应力
腐蚀) 以及细菌腐蚀。
b) 齐鲁石化储运厂已有5 台储罐采用了罐底弹性密
封胶+ 玻璃布技术对边缘板进行防腐、防渗、密封处理, 实
践证明效果良好。
c) 采用储罐底部边缘板防腐防渗技术, 是变事后维
修为事前预防的重要措施, 既有利于安全生产, 又有显著
的经济效益, 是确保生产安稳长满优的必要手段, 是通过
新技术提高管理水平、向管理要效益的效益增长点。
5 参考文献
1 魏宝明.金属腐蚀理论及应用.北京: 化学工业出版社, 1984
Corrosion and Prevention of Margin Plate Outside
at the bottom of the Steel Storage Tank
Mu Changqiang
(SINOPEC Qilu Sub- company Storing and Transportation
Plant, Shandong, Zibo, 255400)
Abstract: Mechanisms and characteristic of margin plates corrosion
are analyzed at the bottom of the steel storage tank, and
introduced the construction process and effect using the mixed
repairing technology of sealants and glass cloth.
Key words: storage tank; storage tank bottom; corrosion; corrosion
prevention
1- 一道底胶; 2- 一次弹性胶; 3- 二次弹性胶; 4- 玻
纤增强层; 5- 两道面胶
图4 罐底密封施工结构
18 安全、健康和环境
HSE 安全技术
HSE

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