电站油罐的防腐维护技术

1　腐蚀情况与分析

1.1　油罐情况简介
　　油库位于湛江赤坎调顺岛，三面临海，属亚热带海洋性季风气候。油库区共计4个重油罐，其中3个1 000m3，1个5 000m3。由于湛江发电厂重油罐运行至今已8年多，建设初期未对油罐采取有效的防腐措施进行保护，致使罐体遭受腐蚀严重，存在多处腐蚀泄漏隐患。
1.2　腐蚀调查情况
　　我们将油罐隔离排空直至无油状态后，对油罐整个内壁进行了全面的腐蚀调查，发现以下隐患：罐底腐蚀严重，底板上存在大量蚀坑，有部分蚀坑较大较深；焊接区、凹陷处腐蚀严重；罐壁中度腐蚀，属均匀腐蚀；在油气交接处油罐中部有一个食指般大小的蚀坑，接近穿孔；罐顶腐蚀最严重，整个罐顶布满大小几乎均一的蚀坑，属深度均匀腐蚀；底部加热器盘管也存在较大腐蚀隐患，其中容易腐蚀穿孔失效的部位在管线的弯头、管线的焊缝接头、靠近加热器较低端的内下表面等部位。
1.3　腐蚀机理探讨
　　油罐内壁发生腐蚀的主要机理是基体材料钢板发生了电化学腐蚀。普遍的观点认为：重油罐中储存着大量燃油。重油的本身成分是有机物，供阴阳两极交换电子的介质不多，它们对油罐的内壁金属体不会产生腐蚀破坏。而实际上重油中含有大量无机盐、硫化物、有机酸等，油罐下部多为沉积水，使储罐内壁接触大量电解质离子，其中阴离子有Cl-、、、，阳离子有H+、、Ca2+、Mg2+。重油罐底部有加热盘管，储罐呼吸时带进大量的氧气作为去极化剂，使油罐底部区产生了电解质溶液的环境和富氧环境，使油罐底部大部分区域发生腐蚀电化学反应，存在了大大小小的各种腐蚀电池，危害巨大［1］；另外，燃油所含的硫化物、硫酸盐还原菌，在无氧状态下会迅速增长，造成严重的细菌腐蚀，加剧电化学反应的发生。罐顶部分的腐蚀是由于燃油中含有大量的硫化物、有机酸等，油罐底部加热管的加热使其中的H2S，SO2等酸性气体挥发出来，遇罐顶的凝结水而溶解并附着于上壁，因而罐顶形成了大量位置随机分布的腐蚀坑［2］。
　　加热盘管的腐蚀穿孔泄漏严重影响油库正常运转，维修不便，造成油质不合格。其失效机理可分为以下3种原因：磨损腐蚀失效，氧化腐蚀穿孔，焊接缺陷产生的疲劳裂纹。
　　综合分析以上存在的多种腐蚀环境和产生腐蚀的诱因，针对重油罐腐蚀物多的特点，特制定一套适合电厂重油罐情况的防腐维护方案。
2　油罐内壁表面的处理工艺与技术

2.1　内壁清洗
　　重质燃油容易凝结在油罐内，因此在对油罐进行防腐处理前须对内壁上的油污层进行清洗。采用特制的清洗剂和先进的不停车连续雾化清洗施工，使内壁表面无油污。
2.2　内壁喷砂除锈——高压水喷砂除锈
　　对罐内壁清洗除油后，采用高压水喷砂对整个油罐内壁进行喷砂除锈。高压水喷砂是在普通气喷砂基础上发展的一种新型喷砂法。将普通喷砂喷头更换为砂水混用的复合喷头，除正常利用压缩空气推动砂粒外，还从喷头侧加入高压水流，其压力在40MPa左右，这样砂粒喷射钢铁基面而产生的火星会被伴随而来的高压水覆盖消除。油库区内安全等级较高，而高压水喷砂可避免在近似封闭的罐体内产生水雾，消除喷砂过程中产生的火星。这样既保障了内壁表面处理的质量，又符合油库区安全施工的严格要求。
　　高压水喷砂除锈主要技术参数如下：高压柱塞泵压力50MPa，流量1.8m3/h，功率30kW；空压机压力0.7MPa，出气量2.5～3m3/min，功率40kW；砂罐容积0.28m3；水泵流量为3m3/h；水中悬浮物小于50mg/l。高压水与干砂混合形成高速磨蚀性浆液，射流与喷射物成30°～60°角，喷口与喷射物距离为400～600mm，随锈蚀层厚度而定。

3　罐体的电化学保护

3.1　电化学保护的重要性和必要性
　　涂料防腐蚀是依靠涂层将金属与腐蚀介质隔开，起到保护金属的作用。但由于涂层有老化期，老化后又易出现龟裂或剥离金属基体。这样，裸露的金属作为小阳极，涂层良好部分成为大阴极，构成局部腐蚀电池，裸露的金属处会迅速腐蚀穿孔，进而使漆膜受到更严重的破坏。如采用涂料与阴极保护联合防护，弥补了涂层缺陷处，防止涂层的恶化，使被保护体得到长期完善的保护。所以，油罐的防腐多采用涂料与牺牲阳极阴极保护联合的方式。
3.2　电化学保护材料的选择
　　适用于罐体保护的牺牲阳极一般选择电流效率高，电流分布均匀，性能稳定的高效铝合金阳极。经过多年的实践应用，不断采集积累实验数据，及时跟踪反馈应用效果，经过多位专家指导评定后，由青岛海洋腐蚀研究所研制开发成功了高效铝合金牺牲阳极；这种高效铝合金牺牲阳极在实验过程中溶解均匀，颗粒细化，腐蚀产物自动脱落，实验后的电化学效率达50%以上。实际应用效果良好，适合各类大型燃油储罐的阴极保护［3］。
3.3　保护方案设计
3.3.1　保护面积的计算
　油罐的燃油沉积水一般积存于油罐1m以下的区域，因此牺牲阳极的保护面积取罐底和罐体下部侧面1m区。经计算，1000m3油罐的保护面积S=151m2/座。
3.3.2　保护电流密度的选择
　　保护电流密度J=40mA/m2；
　　保护电流I=J•S＝6.04A
3.3.3　牺牲阳极的计算与选择
　　阳极质量m=8760•I•T/A•η
　　式中，m为所需牺牲阳极总质量，kg；I为保护电流，A；A为阳极理论发生的电流量，A•h/kg；η为阳极电流效率；T为设计年限10年。
　　经计算得m=360kg，实际选用32kg/块阳极。规格：420×（160+180）×170。
　　阳极数量N=m/32=11.25，故选用11块。
3.4　牺牲阳极的安装
　　牺牲阳极的焊接安装要在涂料涂装前进行，以免破坏涂层和发生危险，在焊接之前制定完备的安全措施和规定。各级负责人和实施人要严格按措施规定操作，落实到位；焊接要求满焊，无虚焊；焊接操作时消防、保卫部门人员在场，确保出现问题时能及时处理。由计算可知共须焊接安装11块牺牲阳极，其中4块对称均匀焊接油罐侧壁，h=0.5m，其余分两圈均匀分布于底板上表面。

4　罐体的涂料保护

4.1　防腐涂料选择
　　在燃油输送过程中由于摩擦会产生静电，油罐内燃油和油罐接管内壁摩擦、燃油之间的相对运动也会产生静电，这样积聚于燃油的静电荷产生静电高压，可能会放电击穿油气层，酿成事故。所以油罐内防腐涂料一般采用电阻率小于108Ω的导静电涂料。由于现在油罐保护一般采用涂料+牺牲阳极阴极保护的联合保护方式，静电可通过焊接在罐底板上的牺牲阳极导至大地。而导静电涂料会消耗部分牺牲阳极保护电流，因此有人认为不必采用导静电涂料。其实不然，因为油罐储存了大量燃油，不可能保证所有局部产生的静电荷会顺利的导向阳极，对于导静电涂料消耗保护电流的问题，可以通过采用2种同类型涂料联合使用解决。罐体的两道底漆采用环氧类涂料，其电阻率较高，阻断保护电流流失；罐体面漆采用导静电涂料，这时的导静电涂料可顺利将静电荷导向牺牲阳极而导走。由于底漆和面漆皆属于环氧类涂料，结合性好。
4.2　新型环氧树脂类涂料的特点
　　环氧树脂重防腐涂料是通过环氧结构改性、环氧合金化、填充无机填料、膨胀单位改性等高性能化起到防腐作用。环氧树脂具有高极性基团的醚基和羟基，与钢铁表面产生电、磁吸引力，具有较活泼的环氧基，能与钢铁表面的游离键形成化学键结合。目前施工采用的底漆属省工型重防腐涂料，对环氧树脂及其固化剂都进行了再聚合改性，不仅保留了环氧树脂的上述功能，而且增加了螯合功能，可以将钢铁表面残存的铁锈等杂质与钢铁基材一起螯合成结构稳定的大分子团。因此，表面处理仅要求达到Sa1或Sa2级，即可确保其牢固的附着力。此外，还具有带潮功能。经测试对比，本涂料耐碱性与环氧树脂相当，耐酸性更有提高。耐中性盐雾试验达10000h，超过一般环氧树脂。
4.3　保护和防护效果
　　我厂油罐大修采用以上新技术进行防腐施工维护一年多，其运行状况良好，以上的各项措施均取得满意的效果，对油罐进行了有效的保护和维护，保障了油库区的正常安全生产，保障了电站的安全运行。

5　结论

　　（1） 使用高压水喷砂对油罐内壁表面进行处理，可以迅速有效地处理油罐内表面，可以清理清洗死角，达到彻底清理油污的目的。另外，此法亦可避免污染，消除安全隐患，提高工作效率。
　　（2） 采用高效铝合金牺牲阳极，可以充分发挥其保护作用。
　　（3） 环氧类涂料的合理使用，平衡了牺牲阳极与导静电涂料的使用矛盾，使其各自充分发挥保护效用，对油罐实行了最大限度的保护与维护。