储罐底板（共5篇）
储罐底板 篇1
0 引言
大型储罐节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少储罐附件及管线长度。经过测算和比较, 在总库容相同的情况下, 由大型储罐组成的油库比由小型储罐组成的油库工程投资成本低, 因此国内外储罐生产的大型化将成为发展的必然趋势。1962年, 美国首先建成10万m3储罐, 之后在委内瑞拉、日本、沙特阿拉伯相继建成了15万m3、16万m3、20万m3储罐。近几年, 国内已建成了10多座15万m3储罐。随着我国原油储运事业的快速发展, 在不久的将来, 国内将会建成20万m3储罐[1]。
罐底是储罐的主要组成部件, 其安装在油罐基础上。如果基础沉降均匀, 罐底中间部分受力很小, 但由于受到壁板的影响, 底板的边缘部分受力状况却十分复杂, 故边缘板的厚度应比中幅板略有增加。再有, 大型储罐底板面积大, 包含焊缝数量多, 焊缝较长, 排板方式多样化, 如果施工措施不当, 很容易引起焊接变形, 甚至出现质量事故, 因而底板的正确组装和合理的焊接是保证整个储罐质量的重要环节。
1 大型储罐底板的组装
1.1 底板铺设前的准备工作
当油罐内径大于12.5 m时, 采用周边为弓形边缘板的排板方式[2]。储罐底板铺设前可使用经纬仪, 根据平面图方位划出中心线, 并在罐底中心作出明显的标记, 同时要标出方位线0°、90°、180°、270°, 然后放出储罐底板外圆周线。用粉线或弧形样板放出边缘板安装线, 最后放出中幅板安装线, 并做好标记。这里需要注意的是, 边缘板安装半径应放大, 因为边缘板焊缝有横向收缩变形且受到基础坡度的影响。
1.2 垫板和边缘板的铺设
垫板可先行铺设, 也可以将垫板点焊到边缘板上, 垫板的接头采用对接双面焊, 焊后将焊肉磨平, 垫板应该平整, 且必须卧在基础环梁内。垫板铺设时要露出边缘板50mm。按罐底的划线顺时针安装边缘板, 安装时应注意坡口间隙外小内大, 且留出一张调整板以保证边缘板的合理铺设。边缘板组装后应进行点焊固定, 点焊必须在坡口内进行, 只能点焊坡口内固定一侧的垫板和边缘板。边缘板铺设后立即用卡具固定, 如图1所示。卡具间距200mm为宜, 同时安装引弧板, 焊缝引弧板坡口应与边缘板坡口相同。
1.3 中幅板的铺设
从罐中心开始安装长条大板, 按顺序向外安装。中心的长条大板安装完毕后, 安装两侧排列的大板, 对两侧排列的大板也是从罐底中心依顺序向外安装。中幅板大板安装完毕后, 安装各边小板, 考虑到中幅板焊接时的收缩情况, 各边小板与边缘板相接处要留出调整余量, 等边缘板对接缝和中幅板对接缝焊接完毕后切割组对收缩缝。中幅板间隙的调整如图2所示, 当调整到合适的间隙之后, 采用如图1所示的卡具进行固定。中幅板铺设过程中, 边铺边点焊固定, 点焊必须在坡口内进行, 只能点焊坡口一侧的垫板和中幅板, 点焊长度在50mm以上, 间距为300mm。
2 大型储罐底板的焊接
2.1 边缘板的焊接
考虑到边缘板与壁板角焊缝的焊接收缩, 在没有组装壁板前, 只焊接壁板正下部的边缘板对接焊缝, 即先焊自边缘板外侧向内400mm的对接缝。焊工均布在罐底边缘板外侧的整个圆周上, 同时对称施焊, 使焊接速度保持一致, 隔一条焊缝焊接一条, 避免焊接过程中造成边缘板的收缩不均匀, 使整个边缘板外形出现椭圆现象。焊接方向由罐内侧向罐外侧焊接。边缘板剩余部分的焊接在龟甲缝焊接前进行, 其焊接具体要求与先焊的400mm要求相同。
2.2 中幅板的焊接
对每个罐底板的焊接, 先进行定位焊, 再进行手工打底焊, 最后采用自动焊进行填充焊和盖面焊。中幅板的焊接分4个对称的90°扇形区, 同时安排4个焊接小组对称施焊, 先焊短焊缝、后焊长焊缝, 并由罐底中心向外施焊, 焊接顺序如图3所示。
中幅板带板对接长焊缝打底层采用手工电弧焊的分段退焊法或跳焊法施工, 分段间距为400mm, 每条焊缝由两名焊工从中间向两端对称施焊。填充、盖面层采用埋弧自动焊, 由焊缝中间分成两段分别向两端施焊;焊接时, 带板与廊板T形接头部位留300mm距离的带板对接缝先不焊接, 在廊板与带板对接缝焊接前采用手工电弧焊施焊。
廊板对接短缝的焊接同带板对接缝焊接方法一样。但廊板与带板对接的长焊缝焊接前, 应先完成T形接头部位留下的带板对接缝和廊板对接缝的焊接, 并磨除焊接后焊接长缝。长焊缝打底层同带板对接缝焊接方法一样。填充、盖面层埋弧自动焊由两台焊机自焊缝中间分成两段分别向两端施焊, 分段间距为2 000mm~4 000mm。
中幅板焊接过程中, 距边缘板2 000 mm范围内的中幅板焊缝先不焊接, 待中幅板焊缝焊完并与边缘板组对好后再焊接。
2.3 罐壁与罐底大角缝的焊接
罐壁与罐底大角缝的焊接, 在最少完成第二至第三带壁板纵、环焊缝组装和焊接后进行, 先采用手工电弧打底焊, 然后采用埋弧自动角焊机进行盖面焊。为减小焊接变形, 施焊时焊工应沿圆周均匀对称分布, 并采用相同的焊接参数、相同的焊接方向进行跳焊或退焊施工。在焊接大角缝内侧时, 为减小焊接变形, 施焊前在罐壁内侧采用斜支撑进行刚性固定, 斜支撑的间距应小于1 200mm, 该支撑必须在罐底收缩缝焊完后才可拆除。
2.4 龟甲缝的焊接
龟甲缝是罐底边缘板与罐底小板间的焊缝, 即收缩缝。龟甲缝的焊接应在边缘板对接焊缝、罐底小板焊缝、大角缝焊接完成后进行焊接。龟甲缝变形较大, 所以焊接时有数名焊工均布, 并沿同一方向进行, 其焊接方法是采用手工打底焊, 然后用角缝自动焊机进行两遍自动焊。
3 罐底板焊缝的检验
储罐底板组焊完毕之后, 应进行严密性试验。试验方法主要有底板真空试漏法和氨气渗漏法。在工程实际应用中, 主要采用真空试漏法。在罐底板焊缝表面刷上肥皂水或亚麻子油, 将真空箱扣在焊缝上, 其周边应用玻璃腻子密封。真空箱通过胶管连接到真空泵上, 进行抽气, 观察真空表。当真空度达到一定要求时, 所检查的焊缝表面如无气泡产生则为合格;若发现气泡, 则应作好标记进行补焊, 补焊后再进行真空试漏直至合格。
4 结论
大型储罐底板焊接后的变形主要有波浪变形和角变形, 这些变形的控制主要依靠合理的组装方法和焊接工序, 即装配焊接时, 以底板中心为准向四周扩展。底板焊接施工时应先焊接横焊缝, 后焊接纵焊缝, 并采用刚性固定或反变形的方法来减少底板的变形。波浪变形的控制应注重减小焊接内应力, 降低焊接过程中对接头的约束;角变形可通过改变焊接方法以降低板厚方向温差来减小;大角缝焊接时, 一定要注意自由收缩方向, 确保底板能向中心方向收缩。如果满足不了这个条件, 就要采用多段逆向跳焊的方法来保证整体受热的均匀性, 以减小焊接变形。
摘要：大型储罐底板焊接后的变形主要有波浪变形和角变形, 通过对储罐成型的研究发现, 大型储罐底板的焊接变形可以通过选择合理的组装方法、焊接顺序和焊接方法得到控制。其中波浪变形应注重降低焊接过程中对接头的约束, 即通过减小焊接内应力而得到控制;角变形可通过改变焊接方法以降低板厚方向温差来减小。底板组焊完毕后还要进行严密性试验, 其目的是保证焊缝在一定压力下不泄漏。
关键词：储罐底板,组装,焊接
参考文献
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相邻储罐底板阴极保护电位的分布 篇2
原油储罐底板的腐蚀是储罐泄漏破坏事故发生的主要原因[1]。目前,防止原油储罐底板外侧腐蚀的主要手段为强制电流阴极保护[2]。储罐底板阴极保护的研究多集中于单个储罐,其研究成果并不完全适用于相邻储罐。因此,开展相邻储罐底板外侧阴极保护电位分布规律的研究有助于解决一些区域性阴极保护设计上的难题。同时,能够有效分析相邻储罐阴极保护电位分布的相互叠加作用。
目前,储罐底板阴极保护电位分布规律已有大量研究:以储罐底板电流密度均匀分布为基础,研究了储罐最大保护半径及阳极位置的优化问题[3];分析现有储罐底板阴极保护模型的优缺点,指出了影响模型精度的主要影响因素[4];研究了外加强制电流的阴极保护方式下土壤电阻率对储罐底板阴极保护电位分布的影响[5]。以往研究大多针对单个储罐,且多假定阴极保护以恒电位的方式进行。虽然文献[6]对输油站场内多个储罐进行了阴极保护电位分布的研究,但其研究成果都是在确定的环境因素、站场结构因素、辅助阳极位置因素下获得的,适用性并不强。采用恒电位法获得的电位分布规律与恒电流法获得的电位分布规律并不完全相同。因此,本工作将分别在恒电位、恒电流的阴极保护下研究储罐的相邻距离、储罐直径对储罐底板阴极保护电位分布的影响。研究结果可为建设中储罐之间的距离选择提供合理建议,并能对已经建设运行的相邻储罐底板阴极保护电位分布进行有效的评估和预测。
1 模型建立
1.1 数学模型
相邻储罐底板外侧阴极保护系统处于稳态运行时,在罐底沥青砂、砂垫层和土壤介质中阴极保护电位分布均满足Laplace方程[7]:
式中E———阴极保护电位,V
σ———土壤介质的电导率,S/m
1.2 边界条件的确定
用Gamry Reference 3000电化学工作站测试储罐底板材料的极化曲线,并对曲线进行拟合,获得阴极保护电流密度与保护电位之间的关系式。图1为集油站储罐底板材料20钢在沥青砂介质中以扫描速度为0.5m V/s、起始电位为-500 m V(相对于开路电位)测得的极化曲线。
图中20钢在沥青砂介质中的自腐蚀电位Ecorr=-0.56 V(vs Ag/Ag Cl)。对20钢的阴极极化曲线进行拟合,获得关于阴极保护电流密度与保护电位的关系式(即阴极保护的阴极边界)见式(2):
式中E———金属的极化电位,V
J———金属的极化电流密度,m A/cm2
以高硅铸铁作为阳极材料,采用其真实极化曲线的计算结果与采用恒电位或恒电流的计算结果相差仅为1%[8],因此在计算中将分别采用恒电位、恒电流作为阳极的边界。对于地层表面或无穷远处,采用电流密度为0 m A/cm2(即为绝缘边界面)。
1.3 物理模型
根据相邻储罐在空间分布位置的特点,利用COM-SOL软件中的电化学模块,通过Geometry分别建立不同距离的相邻储罐。设定储罐底板和土壤两个计算区域,在Materials中设置土壤的电阻率为200Ω·m。阳极与两相邻储罐中心的距离始终保持为40 m,埋深为20 m,长度为16 m,直径为0.125 m。两储罐的相邻距离分别为20,30,40,50 m,储罐的直径分别为30,40,50,60 m。在使用强制电流阴极保护时,采用恒电位为5 V、恒电流为2 A。图2为两相邻储罐和阳极位置示意。为了保证阳极与储罐中心的距离不变,两相邻储罐相对移动(即储罐之间的距离减小)时,阳极分别位于1,2,3,4点。
2 结果与讨论
2.1 储罐的相邻距离对阴极保护电位分布的影响
储罐直径为30 m,储罐的相邻距离分别为20,30,40,50 m,研究储罐的相邻距离对罐底保护电位分布的影响。新建储罐假设两者所处环境相同,即罐基础的电阻率均为1 000Ω·m。已经投入使用的储罐由于满载和空载的交替,产生的交变载荷导致了沥青层的破坏,其对应电阻率发生改变[9]。因此,罐基础的电阻率左侧取为800Ω·m、右侧取为1 000Ω·m。采用恒电流方式(即阳极输出电流为2 A)计算上述参数下的储罐底板阴极保护电位。为了便于分析,以右侧储罐为研究对象。图3为以阳极所处位置为原点,阳极与储罐中心的连线为X轴,储罐在X轴上的电位分布。
分析图3可知,当采用恒电流的强制电流阴极保护时,两储罐的相邻距离对罐底阴极保护电位分布影响较小。采用恒电流的阴极保护方式下,阳极输出电流保持不变。储罐底板保护电位大小的决定性因素为阴极保护电流密度。当阳极输出电流保持不变时,流入相邻两储罐的阴极保护电流密度保持恒定,故储罐相邻距离对储罐底板阴极保护电位分布影响较小。对比图3a,3b可知,罐基础电阻率相同的罐底阴极保护电位负于罐基础电阻率不同的罐底阴极保护电位,且两者的差值为0.011 V。在阳极输出相同的保护电流下,一侧罐基础电阻率增大,引起流入罐底的保护电流减小,导致该侧保护电位正向偏移。因此,在储罐区新建储罐进行共同阴极保护时,要对原有储罐罐基础的电阻率进行测试分析。
当相邻两储罐底板阴极保护方式采用恒电位(5 V)时,其电位分布见图4。分析图4可知,随储罐相邻距离的增加,储罐底板阴极保护电位负向偏移。一方面储罐的相邻距离增加,储罐阴极保护之间的相互影响作用减弱;另一方面土壤和罐基础均为导体,当两储罐的相邻距离增加时,土壤和罐基础总的电阻值发生改变。整个阴极保护回路的电阻值随储罐距离增加而减小,导致阳极输出电流增加。因此,储罐底板阴极保护电流密度增加,罐底板阴极保护电位负向偏移。分析图4a,4b可知,罐基础电阻率相同的阴极保护电位负于罐基础电阻率不同的阴极保护电位,且两者的差值最大为0.004 V。随着距离的增加,储罐底板阴极保护电位的差值逐渐减小。当储罐相邻距离大于40 m时,储罐保护电位的差值小于6×10-5V。因此,在相邻储罐建设时,储罐之间的阴极保护存在最佳相邻距离。当前模拟工况下,储罐相邻的最佳距离为40 m。
2.2 储罐直径对相邻储罐阴极保护电位分布的影响
相邻储罐的直径分别为30,40,50,60 m,罐基础的电阻率均为1 000Ω·m,土壤电阻率为200Ω·m。采用恒电位(5 V)阴极保护方式,分别对相邻两储罐(右侧储罐)和同等条件下单个储罐进行罐底板阴极保护电位的计算,结果见图5。
由于阴极和阳极之间存在电势差,在电势差的作用下阴极保护电流将由阳极沿土壤介质流回阴极储罐底板。分析图5可知,单个储罐与有相邻储罐存在时,储罐底板阴极保护电位分布趋势基本相同。随着储罐直径的增大,罐底板阴极保护电位正向偏移。相比于单个储罐,相邻两储罐由于并联引起回路中总电阻值减小,阳极输出保护电流增大。由于相邻储罐底板的保护面积为单个储罐底板的2倍,而在整个阴极保护回路中保护电流增加极小,故储罐底板的保护电流密度相对减小,储罐底板阴极保护电位正向偏移。因此,单个储罐底板阴极保护电位负于有相邻储罐存在时储罐底板的阴极保护电位。两者之间阴极保护电位差值的变化见图6。
分析图6可知,随储罐直径的增大,罐底板阴极保护电位正向偏移的差值逐渐增大。两者之间在储罐直径为60 m时电位差值最大,为0.055 V,直径为30 m时电位差值最小,为0.028 V。由电阻率公式计算可知当储罐直径由30 m增加为60 m时,罐基础总的电阻值仅减小1.06Ω,因此恒电位模式下阳极输出电流增加极小。但是,储罐底板受保护面积却增大为原面积的4倍,流入储罐底板阴极保护电流密度相对减小,罐底板材料极化作用减弱,罐底阴极保护电位正向偏移。
3 模型验证
以集油站内两相邻储罐阴极保护实际运行数据验证所建模型。该储罐直径为30 m、储罐中心相距80m,4组45 m深井阳极分别埋设在5号、6号储油罐防火堤外围。在两储罐的四周埋设8支长效Cu/Cu SO4参比电极。具体的阳极和参比电极的相对分布位置见图7。
将参比电极的测试结果与模拟计算结果进行对比,结果见表1。由表1可知,该相邻储罐阴极保护模型模拟电位的最大误差为5.12%,平均误差为1.89%,除F点外,其余各点的相对误差的绝对值均小于5.0%。De Giorgi在验证阴极保护模型的有效性时,认为误差范围在6.5%~23.9%内是可接受的[10]。模型的计算结果与储罐底板电位的分布基本一致,可以用于研究相邻储罐底板阴极保护电位分布规律的变化。模拟中,没有考虑罐底板防腐蚀涂层的破损情况,以及测试罐底材料极化曲线所用沥青砂与实际储罐所处环境的差异性等因素,最终导致计算结果与实测值之间出现偏差。
4 结论
(1)储罐的相邻距离在恒电流的阴极保护方式下,对罐底板阴极保护电位分布的影响较小。因此,在相邻储罐阴极保护建设时,可以采用恒电流的强制电流阴极保护方式并且通过多组阳极远近结合的布置方法,合理分配储罐底板的保护电流,使其均匀分布。
(2)在恒电位阴极保护方式下随储罐相邻距离的增加,罐底阴极保护电位负向偏移,且储罐之间存在最佳的相邻距离。在储罐直径为30 m的模拟工况下,储罐最佳的相邻距离为40 m。
(3)储罐在恒电位的阴极保护方式下,随储罐直径的增大,罐底板阴极保护电位正向偏移。随直径的增加,相邻储罐与单个储罐的阴极保护电位正向偏移的差值逐渐增大。因此,在对相邻储罐进行阴极保护时,应充分考虑多种因素。
(4)通过COMSOL软件建立的罐底阴极保护模型,可以有效模拟相邻储罐罐底阴极保护电位的变化。该模型模拟结果与实测数值吻合良好,可以为将来相邻储罐罐底阴极保护电位分布规律的研究提供可靠依据。
参考文献
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储罐底板 篇3
随着含硫原油加工数量的不断增加,原油储罐底板的腐蚀呈现加剧趋势,严重时导致原油罐的底板腐蚀穿孔、漏油。本工作通过对腐蚀原因的分析,提出了对原油储罐底板的防护措施,获得了良好的应用效果。
1 腐蚀原因分析
1.1 罐底板坑蚀
原油中H2S,硫醇等活化硫含量较高,再加上原油开采或运输过程中混入的海水,造成原油储罐沉积水腐蚀性增加。原油储罐底板的腐蚀特征基本一致,腐蚀最严重的部位集中在底板最外圈等沉积水较多的浮盘支柱下面腐蚀穿孔,其他部位为坑蚀,底板背面腐蚀相对较轻,腐蚀形态仍为坑蚀,但深度与密度均比底板内侧小。几个原油储罐沉积水的分析结果见表1。
腐蚀原因分析:
(1)Cl-的影响
在原油储罐底板最外圈等沉积水较多的部位,由于表面涂层长时间浸泡,针孔或施工缺陷等部位出现局部鼓包、脱落。Cl-具有直径小、穿透性强等特点,优先选择性地吸附在这些部位,与金属结合成可溶性氯化物,在罐底板表面形成点蚀核,并逐步发展长大,形成孔蚀源。孔蚀处的金属与孔外金属形成大阴极小阳极的微电池,阳极腐蚀电流加大,发生电化学反应,阳极溶解金属产生大量的金属离子。由于罐底污泥、锈层及点蚀坑造成的闭塞作用,在蚀坑口形成Cl-闭塞原电池,使阴阳离子移动受到限制,造成点蚀坑内阳离子多于阴离子,导致Cl-向坑内移动浓缩酸化,进一步加速腐蚀,使蚀坑逐渐加深、扩大[1]。
(2)细菌的影响
原油罐底沉积水中存在多种微生物,其中最复杂的腐蚀是由硫酸盐还原菌(简称SRB)引起的。SRB是一类能在厌氧条件下还原硫酸盐生成硫化氢的细菌,是典型的金属腐蚀性微生物,能在中性缺氧的环境中使腐蚀电池阴极去极化,加速腐蚀过程,其腐蚀产物中有FeS存在,亦会有H2S气味,其主要原因是该菌对腐蚀的阴极过程起促进作用。在缺氧条件下,金属腐蚀的阴极反应是H+的还原过程,但氢活化过电位高,阴极上被一层氢原子覆盖,而SRB将氢原子消耗,于是去极化反应得以顺利进行。整个过程的反应如下[2]:
4Fe →4Fe2+ + 8e 阳极过程
8H++ 8e → 8H 阴极过程
undefined细菌的阴极去极化
Fe2++ S2- → FeS 腐蚀产物
3Fe2++ 6OH- → 3Fe(OH)2 腐蚀产物
总反应undefined
在此过程中,SRB产生氢化酶,以硫酸根为氧化剂氧化阴极部位产生的氢原子,促进阴极去极化,因而SRB的存在一定程度地加速了碳钢的腐蚀。同时,在原油罐底水环境中腐蚀性离子(尤其是Cl-)的协同作用下,会引起更为严重的腐蚀。
(3)其他因素影响
研究表明:S2- 在沉积水中的含量虽小,但大多数情况下会加速钢的局部腐蚀(如因生成瘤状物引起的垢下腐蚀);温度也是影响原油罐底板腐蚀的重要因素,随着温度的升高,腐蚀速率明显提高;在pH值小于9时,碳钢的阳极极化曲线不出现钝化区,基体表面不易形成保护膜[3]。
1.2 支柱对应处底板腐蚀
支柱对应处底板的腐蚀比罐底板其他部位的腐蚀严重得多,主要原因:
(1)没有涂层保护。
浮盘支柱紧压罐底板表面,该部位无法进行防腐蚀施工,没有涂层的保护,在油罐进油投用时就遭受腐蚀。因此,支柱下底板的腐蚀比其他部位严重。
(2)支柱对底板的冲击。
原油储罐在储油时,有时未能很好控制液位高度,造成浮盘支柱对底板的冲击,从2个方面引起底板的加速腐蚀:①造成该部位底板凹陷,产生应力,引起金属晶格的扭曲降低金属的电位,使得金属腐蚀倾向性增大;②淤泥、腐蚀产物等很难在此处沉积,造成该部位经常裸露金属,从而加速腐蚀。
2 防护对策
2.1 涂料与牺牲阳极联合保护
单独采用涂料防腐蚀,由于涂层存在微孔,在沉积水的长期浸泡下老化,出现龟裂、剥离,使裸露的金属形成小阳极,有涂层的部分成为大阴极,从而产生局部腐蚀电池[4],造成罐底板大面积坑蚀的产生,可见,单独用涂料保护效果不佳。若将其与牺牲阳极联合防护,裸露的金属获得集中的电流保护,可弥补涂层缺陷,这是原油储罐底板防护最经济有效的方法。对于支柱对应的底板,由于无法涂刷,需用其他的防腐蚀措施。
2.1.1 涂料的选择
输送过程中油品和管壁发生摩擦,流经泵和过滤器的油品会产生静电,在管路末端,未消散的静电随油品进入油罐。在油罐内,油品和油罐内壁的摩擦及油品之间的相对运动也会产生静电。若采用普通的绝缘覆盖层,面电阻率很高,静电无法释放,易酿成事故[5]。因此,成品油罐一般都采用导静电涂料。对于原油罐底板,则不选用导静电涂料。因为在原油罐底部,沉积的水具有很强的电导率,而且安装了牺牲阳极块,阳极块与底板焊接在一起,即使有静电,也可从牺牲阳极块中导出。相反,若采用导静电涂料,由于原油储罐沉积水的存在,导静电涂料中的碳类导电粒子与罐底板之间会形成许多腐蚀微电池,在罐底板发生严重的电偶腐蚀。此外,导静电涂料还会造成牺牲阳极块的加速溶解,使阳极块过早失去应有的阴极保护作用[6]。
2.1.2 涂料的施工
(1)罐底板表面处理
它是保证涂装工程质量的基础,包括2方面:①钢材表面的清洁度要求达到Sa2.5,即喷砂除锈后钢材表面无油、无锈、无氧化皮等污物,或仅留轻微痕迹,95%钢材表面露出金属本色;②罐底板表面形成40～50 μm的粗糙度,增大接触表面积,从而增加涂膜与罐体的附着力。
(2)质量控制
涂刷前对涂料进行充分搅拌;避免在湿度过大、温度过高或过低的环境下施工;避免焊缝、蚀坑等部位的漏涂;适量添加稀释剂,避免添加过量时造成涂膜厚度不够。
2.1.3 牺牲阳极保护设计
(1)保护部位及面积
保护部位为原油罐底板,保护面积:S=πR2
(2)阳极材料选择
常用的牺牲阳极材料有镁和镁合金、锌和锌合金、铝合金3大类。镁和镁合金阳极电位较负,容易过保护,考虑到安全原因,不宜在油罐内使用;锌和锌合金阳极在高温介质中极化率大,存在晶间腐蚀问题,有效保护电位低,可能出现电位逆转,也不宜使用;铝合金阳极不存在上述问题,使用寿命长,适宜于含Cl- 的电解质中使用[7]。一般用Al - Zn - In - Cd阳极,也可采用Al - Zn - In - Sn或Al - Zn - Cd - Sn阳极。
(3)保护电流密度及总保护电流
牺牲阳极保护电流密度与腐蚀环境、阳极材料及底板表面状况等因素相关。一般根据经验选取,对于Al - Zn - In - Cd阳极,与涂料联合保护情况下,保护电流密度选取10～30 mA/m2[8],保护总电流I= J×S。
(4)阳极质量与数量
牺牲阳极在输出保护电流对罐底板提供保护的过程中自身溶解,因此,阳极质量还决定着使用年限。
undefined
式中 W——所需牺牲阳极块总重,kg
I ——阳极总保护电流,A
T ——阳极设计使用寿命,取10 a
f ——设计裕量,取1.15
Q ——阳极理论发电量,A·h/kg
η ——阳极电流效率,取85%
(5)阳极块布置
按计算得出的阳极数量,在原油罐底板布置7圈,阳极块以同心圆方式等角度布置。
(6)阳极安装按如下工序进行:
①牺牲阳极的焊接在罐底板喷砂除锈后进行。
②牺牲阳极的扁铁支架与罐底板直接焊接,要求有良好的导电性连接,与底板连接的电阻小于0.01 Ω。
③为了防止施工中涂料粘附在阳极表面,施工期间阳极表面用塑料布包覆。
④用砂纸及钢丝刷将阳极块表面的脏物及焊接处的焊渣清理干净,随后用与罐底板相同的涂料对阳极支架及焊缝进行封闭,达到与罐底相同的涂层厚度。
⑤阳极四周均为工作面,不能刷上涂料。
2.2 支柱对应处底板的加强防护
由于在油罐检修过程中,浮盘支柱紧压在碳钢加强垫板上,造成该部位无法进行涂刷施工,即使涂刷了防腐蚀涂层,因受到支柱的冲击,涂层也会很快脱落。为了彻底解决该部位腐蚀严重的问题,在碳钢加强垫板上面增焊一块不锈钢板,同时,为了减小支柱对底板的冲击应力,用钢板水平焊接于支柱底部。
2.3 加强储罐日常管理
(1)加强原油储罐运行管理,严格遵守油罐技术操作规程,减少油罐在低液位运行,避免浮盘支柱对储罐底板的冲击。
(2)加强对储罐脱水作业的管理,降低罐底污水含量,减小污水对罐底板的腐蚀。
3 应用效果
制订的防腐蚀措施于2002年在50 000 m3原油罐底板检修时进行应用,经过1个周期(6 a)的运行,需要检修,检查发现,底板防腐蚀涂层仍十分完好,没有发生鼓包、开裂、脱落现象;浮船支柱对应处垫板也未发生任何腐蚀。因此,取消了本次大修,节约了大量费用,大大缩短了检修工期,取得了良好的经济效益。
4 结 论
(1)罐底板的腐蚀形式主要为坑蚀及浮盘支柱对应部位的腐蚀穿孔。
(2)罐底板坑蚀主要是沉积水中的Cl-、硫、细菌等腐蚀造成的。
(3)浮盘支柱对应罐底板的腐蚀穿孔是由于沉积水腐蚀、支柱冲击应力等因素造成。
(4)罐底板的防腐蚀采用涂料与牺牲阳极联合保护,支柱对应处底板采用增焊不锈钢板进行加强防护。
(5)6 a的应用表明,该防腐蚀措施达到良好的防护效果,保证了原油罐的安全运行。
参考文献
[1]丁丕洽.化工腐蚀与防护[M].北京:化学工业出版社,1990.
[2]魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M].北京:化学工业出版社,1984.
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[7]余存烨.油罐内防腐设计[J].化工设备与管道,2001,38(5):61~64.
储罐底板 篇4
在国内原油商储库和长输管道系统中, 钢制原油储罐是重要的设备之一, 也是不可或缺的。近几年, 随着我国对石油的依存度不断增加, 油库的容积逐渐增大, 储罐数量也在持续增加, 综合近几年油罐大修的数据显示:绝大多数储罐损坏是由腐蚀引起的, 腐蚀破坏部位主要集中在罐底板, 罐底板及底圈壁板腐蚀速度>0.15mm/年, 并有大面积腐蚀麻坑, 深度达1~3mm不等, 严重点蚀处已有穿孔, 孔径多数在5~10mm, 有些孔径在20~100mm。
因此, 要对储罐底板腐蚀机理进行研究, 找出造成腐蚀的关键因素, 用成熟的技术和合理的腐蚀防护方法, 来减少腐蚀造成的危害显得尤为重要。
2 钢制原油储罐底板腐蚀机理及分析
2.1 储油罐罐内的底板
目前原油中含有的活化硫元素较高, 而在原油运输和开采过程中也会有水分掺入, 从而在罐底造成沉积水, 增大了腐蚀性。虽然, 现在储罐都设计有排水管, 定期排水, 但由于排水管的中心线一般比罐底高, 还有受液体流动粘滞性的影响, 加上罐底因施工造成的不平等因素, 储油罐底板长期覆盖在水溶液之下。罐底的水溶液中含有大量的活化硫元素、Cl-、O2以及酸类物质, 能够形成电解质溶液, 对罐底板产生电化学腐蚀。综合调查显示原油储罐底板的腐蚀部位比较集中, 严重的部位主要集中在底板的外缘, 靠近底板中心部位, 腐蚀相对较轻。
根据储油罐底腐蚀环境和腐蚀因素, 分析其化学成分, 可推测罐底板的腐蚀过程和机理如下:
(1) SRB (硫酸盐还原菌) 的腐蚀。目前, 对金属腐蚀性微生物的研究技术日趋成熟, 经过专家多年的研究表明, SRB是典型的、具有代表性的金属腐蚀性微生物, 研究表明在无氧或极少氧情况下, 它能利用金属表面的有机物作为碳源, 并利用细菌生物膜内产生的H2, 将硫酸盐还原成H2S, 从氧化还原反应中获得生存的能量, 使腐蚀电池阴极去极化, 让腐蚀过程加快, 其腐蚀产物中有硫化亚铁存在, 并伴随有产生H2S, 而H+在阴极的反应是一个还原过程, 硫酸盐还原菌将H+消耗, 使得阴极的去极化反应得以持续进行。其电化学反应式如下:
储油罐底电解质溶液中H+不断被SRB反应消耗, 使得腐蚀部位保护层脱落, 造成罐底板电化学腐蚀过程的阴极去极化反应持续进行。
在SRB阴极去极化反应中, SRB产生氢化酶, 阴极部位产生的氢原子会被SO42-氧化剂氧化, 加速去极化反应, 硫酸盐还原菌的存在一定程度地加速了储油罐底板的腐蚀。
(2) 氯离子的影响。在钢制原油储罐内的外缘, 由于钢材表边长期包围在强电解液环境下, 罐底板表面的防腐涂层受施工或杂质冲击影响, 涂层会出现脱落现象。氯离子因为具有穿透性强、直径小等特点, 会附着在这些裸露部位, Cl-会和金属发生化学反应, 在罐底板涂层脱落部位形成点状腐蚀, 并逐步发展长大, 形成孔蚀源。腐蚀孔处的金属与腐蚀孔外的金属形成腐蚀微电池, 发生电化学反应, 形成的腐蚀微电池阳极小、阴极大, 阳极腐蚀电流增大, 阳极处电解反应析, 出大量金属离子。由于储油罐底的杂质、污泥和锈层对腐蚀部位造成的闭塞作用, 在腐蚀坑口形成氯离子闭塞原电池, 限制了离子的移动, 造成腐蚀坑内阴离子少于阳离子, 导致氯离子向腐蚀坑内移动, 使腐蚀环境浓缩酸化, 进一步的加速了腐蚀, 使腐蚀坑面积扩大、深度增加。电化学腐蚀反应式如下:
2.2 罐底板下平面腐蚀
由于现在正在服役的钢制原油储罐, 罐底边缘板和罐基础的结合部一般都做防水处理。因此, 罐底板下平面主要是氧浓差腐蚀, 主要表现在罐底板与基础接触不良, 如罐基础沉降或因施工工艺问题, 造成罐底板与基础结合不严, 会引起氧浓差电池, 该中心部位成为阳极而被腐蚀。
3 防腐技术措施
在目前原油储罐底板防腐技术中, 正确选用材料、牺牲阳极与涂料联合保护、选择合适的防腐涂料等三个种类的技术比较成熟, 可以从这三个方面来对钢制原油储罐底板进行技术防腐。
3.1 正确选用材料
宜选用含碳量小于0.2%和硫、磷含量低于0.5%的钢材, 适当增加腐蚀严重部位的厚度, 但不应超过钢板总厚度的20%。
3.2 牺牲阳极与防腐涂料联合保护技术
在以上的腐蚀分析中可以发现, 电化学腐蚀是造成罐底板腐蚀的重要因素。因此, 为达到更好的防腐效果, 减少因为防腐涂层出现老化、鼓包、脱落, 形成腐蚀电池, 造成罐底板腐蚀速度加剧, 甚至腐蚀穿孔事故的发生, 就应该把控制电化学腐蚀和防腐涂层一并考虑。目前技术成熟, 且广泛使用的是牺牲阳极与防腐涂料联合防护。这样, 即使罐底防腐涂层局部脱落, 也可使暴露在电解质溶液的金属的到集中电流保护, 这两项技术的应用, 可以有效互补, 减缓腐蚀速度。
3.3 选择合适的防腐涂料
罐底板的防腐材料不能选用导静电涂料。因为在罐底板处的强电解质环境中, 电解质溶液具有很强的电导率, 若采用牺牲阳极和涂料联合防护技术, 即使有静电产生, 也可从焊接在罐底板的阳极块中导出。相反, 若采用导静电涂料, 由于强电解质环境的存在, 导静电涂料中的碳类导电粒子与罐底板之间会形成许多腐蚀微电池, 在罐底板发生严重的电偶腐蚀。此外, 导静电涂料还会造成牺牲阳极的加速溶解, 使牺牲阳极保护作用过早失效。
4 结论及建议
(1) 钢制原油储罐底板的内壁腐蚀主要是由罐底的沉积介质形成的电解质造成的, 氯离子的存在加速了腐蚀。
(2) 硫酸盐还原菌在罐底的生长, 造成细菌腐蚀, 一定程度加速了罐底板的腐蚀。
(3) 采用牺牲阳极与防腐涂料相结合的防腐技术, 可以弥补单一防腐的不足, 减缓罐底板的腐蚀速度。
(4) 应定期对储油罐进行脱水作业, 减少电解质溶液产生, 降低罐底板的腐蚀速度。
参考文献
[1]王建新.玻璃钢防腐在钢储罐大修理中的研究与应用.腐蚀科学与防腐蚀工程技术新进展M.北京:化学工业出版社.1999:532-533
[2]丁丕洽.化工腐蚀与防护[M].北京:化学工业出版社, 1990
[3]魏兆成等.重油油罐的防腐新技术应用研究[J].腐蚀科学与防护技术, 2001, 13 (增刊) :531-533
[4]过梦飞.储油罐罐底板全面腐蚀控制[J].油气储运, 2001, 20 (7) :40-43.
储罐底板 篇5
柔性阳极阴极保护系统是由柔性阳极, 参比电极, 恒电位仪, 防爆接线箱等组成的阴极保护系统, 其关键部分柔性阳极是一种线型的、柔韧的、绕线式预包装碳素填料的阳极, 敷设在储罐基础中, 为储罐外底板提供保护电流。
1 阴极保护系统方案比较
1.1 网状阳极阴极保护系统主要优缺点
1.1.1网状阳极阴极保护系统的定义
由混合金属氧化物 (MMO) 带状阳极和导电钛带组成, 纵横交叉网格式结构, 埋设在沙层中, 距罐底板300mm左右, 因是网格形, 所以人们常称为网状阳极。
1.1.2网状阳极的优点
⑴重量轻;
⑵高的化学稳定性, 即使在低pH值和含有氯离子环境中也具有良好的化学稳定性、损耗率低;
⑶施工方便等。
1.2 网状阳极的缺点
⑴MMO阳极和Ti带以网状布置, 焊点达数百个, 由于阳极电处于电解状态, 在罐底是个危险的因素;
⑵引线焊接需要Ti/Cu过度, 若绝缘不好, 易形成电偶;
⑶截面较小, 接地电阻较大, 电耗大;
⑷网状阳极距罐底板只有300mm, 当阳极间隔大时电场分布不均匀;
⑸网状阳极工作时的阳极产物是氧气, 存在氧的去极化作用, 罐底板达到-0.85V相对困难;
⑹阳极周围无回填焦炭粉, 当阳极工作时的电渗作用会使阳极周围变干, 电阻变大;
⑺钛带阳极有8V的击穿电压, 当运行电压超过这一数值时会破坏氧化层, 阳极腐蚀加速, 缩短寿命;
⑻网状阳极无技术标准, 无法检测其性能。
1.3 柔性阳极主要优缺点
1.3.1 柔性阳极的优点
⑴阴极保护电流长距离分布均匀, 即使是裸的罐底, 也能保证电流的均匀分布, 实现阴极保护。由于柔性阳极体中有铜芯, 纵向导电性好。横向则是通过聚合物向介质中泄漏电流, 如同“滴灌”;
⑵安装简单, 长度可任意现场剪裁, 施工快捷保险;
⑶材料经专门处理, 寿命长;
⑷不污染环境;
⑸有产品标准, 供性能检测使用。
2 柔性阳极的缺点
价格偏高。
3 柔性阳极系统的组成
3.1 恒电位仪
用来给柔性阳极提供电流, 将交流电转换成直流电, 由参比电极控制其输出电流, 阴极电缆连接在储罐上, 阳极电缆连接柔性阳极。系统工作时, 外加电流从恒电位仪正极流出, 通过柔性阳极释放到沙层中并流入储罐底板, 使储罐底板极化, 达到减缓腐蚀的作用, 通过电缆返回到恒电位仪阴极。当储罐底板的电流达到一定密度后, 底板将停止腐蚀。恒电位仪安装在防火堤外的阴极保护间内。
3.2 柔性阳极
主要包括6AWG铜导线、导电聚合物、纯碳粉、耐酸材料层、编织保护网以及接头组件。
⑴铜导线:
作为低电阻的母线, 使所需电流通过长距离的导线一直流到线缆的尽头, 基本没有电压降。
⑵导电聚合物
保护铜导线不受电化学腐蚀;限制柔性阳极单位长度的电流输出量 (m A/m) , 防止产生电流过高的问题;增加径向的阳极接地电阻与纵向的母线电阻的比率, 以扩展阳极电路的长度;增加阳极的表面积, 以减少电缆与导电活性碳的接触电阻, 并保证电流能扩散至活性碳。
⑶活性碳
保证电化学反应在导电聚合物周围的活性碳/土壤电解质之间进行, 确保被保护体免受电化学腐蚀。这种反应的结果是活性碳逐渐被消耗。活性碳的数量直接影响柔性阳极的使用寿命。
⑷耐酸材料层
耐酸材料用黏结剂密封固定, 确保在柔性阳极的有效期内活性碳的形状。
⑸编织保护网
保护柔性阳极在安装时不受损坏。
3.3 参比电极
铜/饱和硫酸铜参比电极是整个罐底板外表面外加电流阴极保护系统的非常重要的产品, 且埋设在罐基础沙垫层内, 不能维修、更换, 因此系统应采用极化小、稳定性好、寿命长的长效铜/饱和硫酸铜参比电极。每台储罐罐底板外表面外加电流阴极保护系统的Cu-CuSO4参比电极设置6个。
3.4 爆接线箱
连接储罐电缆与恒电位仪。
4 柔性阳极阴极保护系统的设计
4.1 设计参数
设计寿命:40年
保护电流密度:5~10m A/m
填沙电阻率:200~400Ω·m
阳极距储罐底板:500~600mm
阴极保护电位维持在-0. 85~-1.200V (相对于长效铜/硫酸铜参比电极)
4.2 设计计算
(1) 阴极保护电流
I=J•S
Ip=1.1×I
式中J---电流密度, (m A/m2) , 推荐值5~10m A/m2
S---保护面积, m2
I---需要的保护电流, A
Ip---保护系统的保护电流, A
(2) 恒电位仪电压
V= Ip ( + + ) +
式中V---恒电位仪电源电压 (V)
RC---罐底板/大地过渡电阻 ( Ω ) , 由于罐底板/大地过渡电阻不能准确确定, 根据已有经验确定取
Ra---阳极接地电阻, 结合厂家提供数据计算。
RL---导线电阻, 根据厂家提供数据计算。
Vr---阳极地床反电动势, 可取2V。
(3) 恒电位仪功率
P= Ip V/η
式中P----恒电位仪功率kW
η---恒电位仪效率, 一般取0.84
(4) 柔性阳极长度
L= Ip/ I输出
式中I输出----取45m A/m。
按蛇形等间距布置柔性阳极, 柔性阳极电缆接头在储罐圈梁外0.4m, 据此算实际需阳极长度。
5 柔性阳极阴极保护系统的安装
柔性阳极阴极保护系统的按如下步骤安装:
5.1 在土建施工完成储罐基础砂石混合垫层的回填并根据设计坡度找平压实后, 柔性阳极按照设计图纸所示的设计间距用白线放样, 沿白线所示位置开挖深500mm~600mm的沟, 然后在沟底敷100mm厚的细沙, 再在细沙上部敷设柔性阳极, 柔性阳极敷设完成后, 在柔性阳极上部敷100mm厚的细沙, 柔性阳极两端从预埋孔穿出, 穿出部分预留400~600mm的长度。柔性阳极敷设完成后, 测试阳极的导通性, 并做好记录。
将储罐基础圈粱外部的柔性阳极埋入地下, 柔性阳极上部用红砖加以保护, 并确保柔性阳极不被损坏。
5.2 柔性阳极敷设完成后, 参比电极按照设计图纸所示位置放样, 然后按350mm的深度开挖, 安装参比电极, 参比电极四周 (上、下、左、右) 上用200mm厚细沙覆盖并压实, 参比电极的电缆用2"PE管保护, 同时需6个2"PE三通。参比电极的电缆从储罐基础预留孔引出, 并做好记录。参比电极安装深度为350mm (距罐底板) 。参比电极安装完成后, 在参比电极埋设处做明显标志, 做标志处严禁重型施工机具碾压。储罐基础圈梁外部的参比电极所带电缆放回圈梁预埋管中加以保护。
5.3 将阳极电缆, 阴极电缆, 信号控制电缆等与防爆接线箱和恒电位仪正确连接, 电缆露出地面部分套镀锌钢管保护, 无仪表槽盒的地方电缆直埋敷设, 埋深为800mm, 电缆上部敷沙盖砖保护。
5.4 柔性阳极保护系统安装完成后, 由供货商进行系统调试, 主要包括:系统运行状况;恒电位仪的输出电流和电压;保护电位稳定在-0.85~-1.20V之间。
6 结语
柔性阳极阴极保护系统是一种可靠的阴极保护方式。与网状阳极相比, 柔性阳极有其突出的优点, 随着防腐意识的加深与防腐技术要求的提高, 柔性阳极系统应用前景更加广阔。
参考文献
[1]胡士信等.大型储罐罐底阴极保护检测数据及其分析[J].油气储运, 2007, 26 (3) 16-22.
[2]西安长庆科技工程有限责任公司.SY/T0088-2006钢质储罐罐底外壁阴极保护技术标准.北京:中国石油出版社, 2007.