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钢制储罐边缘板的腐蚀 与防护研究

罐底边缘板腐蚀一直是影响钢制储罐使用寿命的一个重要因素,本文介绍了边缘板的腐蚀原因和现有防腐方案的优缺点,并提出一种“粘弹体防腐膏+硅酮防腐密封胶”的防腐方案。这种防腐方案不仅能彻底杜绝水汽渗透和化学介质的腐蚀,还能适应储罐边缘板的变形,并且耐温耐候性良好,能适应不同地区的环境要求。另外,这种方案结构简单、施工便捷、适用范围广,在不同地区的石油储罐上进行试用后,达到了较好的防腐效果,是一种值得推广的储罐边缘板防腐新方案。

储罐边缘板在整个罐结构中的作用十分重要,底部边缘板腐蚀失效是储罐使用过程中的一个重大安全隐患。一方面,储罐在日常工作过程中,边缘板附近土壤在阴雨季节水份含量超标,在有空气的条件下容易形成吸氧腐蚀;另一方面,油罐负载时, 静液压作用使得罐体沿水平方向向外扩张,而边缘板与罐底连接,无法向外扩张而产生塑性变形。卸载后,边缘板无法完全恢复原状而向上翘起,上翘变形的罐底边缘板造成罐底边缘板与基座之间缝隙扩大,容易引起雨水倒灌,腐蚀边缘板和罐底。为保证储罐安全使用,不得不对储罐底部进行大修,更换底板及边缘板,这样维修成本高、周期长。因而,储罐边缘板的防腐至关重要。

刷防腐漆的储罐

图1 涂刷防锈漆的储罐

目前常见的几种储罐边缘板防腐方案

涂刷防锈漆

对罐体及边缘板涂刷防锈漆,施工简单,成本低,效率高。但钢制储罐边缘板和水泥基台分离,存在很大的缝隙,容易引起雨水倒灌,腐蚀罐底和边缘板。图1为涂刷防锈漆后的储罐,图2 是使用5 年后,储罐边缘板的腐蚀情况。从两张图的对比来看,涂刷防锈漆不能解决储罐边缘板的腐蚀难题,并且雨水倒灌引发的腐蚀危害,无法估量。

储罐腐蚀情况

图2 使用5年后的储罐

利用胶泥和煤沥青进行封闭

采用胶泥或环氧煤沥青等封闭罐底边缘板外侧,阻隔雨水侵入边缘板底部间隙,达到保护储罐底板的目的。该方案的优点是成本低,施工简易;其缺点是胶泥或煤沥青耐温、耐候性差,容易龟裂,无法做到绝对密封。当存在少量缝隙时,雨水仍会沿缝隙渗入,对边缘板及罐底进行腐蚀。

增加挡雨罩

如图3 和图4 所示,用薄铁皮或橡胶带在罐壁及承台之间用角钢或压条固定,在罐壁及承台之间形成一个密闭挡雨罩,隔绝雨水进入边缘板底部。这一做法的优点是防止雨水倒灌;缺点是,橡胶带容易老化,薄钢板容易腐蚀穿孔,每隔几年就需重新更换,维护成本高;另外,这种方法虽阻隔了雨水,但密闭空间与外部存在温差,所产生的冷凝水积聚不能排出,在挡雨罩内内形成持续的潮湿环境,边缘板外侧的腐蚀依然严重。

防护铁皮

图3 外护铁皮

橡胶雨披

图4 橡胶雨披

贴覆玻璃布或防水胶带

GB50393-2008《钢制石油储罐防腐蚀工程技术规范》中提到储油罐边缘板防腐蚀措施是“可采用弹性防水涂料贴覆无蜡中碱玻璃布或防水胶带”。通过试用,发现这种防腐方案存在多层多次施工、不抗边缘板形变、容易分层剥落、耐老化性能欠佳、维修周期短等一系列问题,因而未被广泛采用。

CTPU方案

CTPU 防水涂料是目前储罐边缘板防腐较为常用的方法,它具有防水效果好,固化后与混凝土、钢材的黏结性能良好,能够形成完整的防水涂层等优点;但由于其属于多组分涂料,需要根据现场的环境温度对其各组分的比例进行调整,施工较为复杂,现场施工容易出现鼓泡、发脆、粉化开裂等问题。图5 是大港油田某储罐边缘板采用CTPU 防水涂料进行防腐处理5 年后的情况。从图中可以看出,防水涂层外观基本没有破坏,但表面有龟裂,水泥基台上的涂层有部分剥落,结合缝处有锈蚀的斑点,从斑点处拨开,发现内部已经出现锈蚀。因而, CTPU 的防腐方案还有待进一步改进。

CTPU防腐

图5 CTPU防腐方案

边缘板防腐新方案

本文推荐一种储罐边缘板的防腐新方案,即“粘弹体防腐膏+ 硅酮防腐密封胶”,形成弹性密封。粘弹体防腐膏的特点是具有独特的冷流特性,在防腐及修复的过程中可以实现自修复功能。其在使用时,无须刷涂底漆、不开裂、不变硬、粘接力好,无阴极保护剥离现象,能彻杜绝水汽渗透和化学介质的腐蚀。

硅酮防腐密封胶的特性:a. 单组分密封胶,常温施工,无需混合,在包装中直接挤出使用。b. 高位移能力,是指在拉压循环实验中,压缩时可达到-50%,而拉伸时可达到100%,可适应大幅度的变位伸缩,实现弹性密封。c. 长期耐气候老化性能:Si-O- Si 骨架键能高,耐紫外、臭氧等破坏能力强。d. 卓越的耐高低温性能:在-70℃ -200℃的范围里,密封胶依然保持良好的弹性和粘结性。另外,硅酮防腐密封胶与钢基材和混凝土基材粘结良好,防水密封性能优,适应北部低温、沿海高盐碱、城市酸性环境、南方/ 高原高强紫外线照射等多种环境,适用范围广,耐老化性能好。

具体实施方式如下:

(1)清洁处理

边缘板表面先清除浮锈,再进行打磨,然后在待涂胶表面用丙酮清洗至无杂质、污物即可。用毛刷将混凝土表面清扫干净,无杂质和灰尘。

(2)注入粘弹体防腐膏

在图6 中绿色范围内,均匀注入粘弹体防腐膏,并用刮刀修平。刮刀上接边缘板外侧,下接混凝土表面,刮刀与混凝土接触角度为45 度。

(3)注入硅酮防腐密封胶

在图6 中灰色范围内,均匀注满硅酮防腐密封胶,然后用长刮刀沿一个方向均匀修整,要求修整表面平整美观,不得有凹凸不平和未填满空穴的现象。

防腐边缘板示意图

图6 边缘板防腐示意图

注意事项:a 段区域,硅酮防腐密封胶修整倾斜坡度大于5°,防止积存雨水;边缘板末端处硅酮防腐密封胶厚度要大于10mm,来应对边缘板的变形;水泥基台侧面,要涂覆宽度约15mm 的硅酮防腐密封胶,这样整个边缘板就形成了一个完整封闭的防腐系统。

图7 是该方案在胜利油田的现场施工过程,它结构简单、施工便捷、不需要专业的施工团队,简单指导,即可完成。本方案由郑州中原应用技术研究开发有限公司首次提出,已经在胜利油田、兰州石化、扬子石化等石化公司的老罐边缘板维护中试用。施工两年后,进行破坏性检查,边缘板未出现腐蚀加重的现象,且两种密封材料弹性良好,未出现老化现象。

边缘板防腐施工过程

图7 边缘板防腐施工过程

新方案的优势

目前常用的几种边缘板防腐方案中,CTPU 的防腐方案,效果最佳,使用寿命最长,适用范围最广。因此,选择CTPU 的防腐方案与新方案进行对比。

方案对比

表1 中,使用寿命一项,是将两种方案,制作成储罐边缘板模拟试件,放置在高温高湿试验箱、盐雾试验箱、酸雾试验箱、紫外辐照试验箱中,进行加速老化试验,得出的等效时间。实际来说,不同地区,不同环境,罐体的不同位置,使用寿命略有不同。从表1 中的对比结果来看,“粘弹体防腐膏+ 硅酮防腐密封胶”的防腐方案,存在多方面的优势,可进行推广使用。

Q-fog 循环腐蚀盐雾箱

Q-fog CRH盐雾试验箱拥有盐水喷淋功能和RH湿度控制功能,可用于进行循环腐蚀盐雾试验,以还原材料、涂层在户外环境的腐蚀情况

结语

边缘板的防护,对于整个储罐的安全至关重要。不管采用哪种防腐方案,都要考虑罐区的地质结构、土壤特性及环境条件,尽量选择具有良好的粘结性、耐化学性、耐水性、耐候性、耐温性以及高的延伸率和耐动态拉伸疲劳性的材料进行防腐处理。

本文推荐的“粘弹体防腐膏+ 硅酮防腐密封胶”的防腐方案,结构简单、施工便捷、适用范围广,可有效地隔绝外界环境对边缘板的腐蚀,是一种值得推广的储罐边缘板防腐新方案。

参考文献

目前常见的几种储罐边缘板防腐方案

万德立,朱殿瑞,董家梅。 石油管道、储罐的腐蚀及其防护技术[M] 北京: 石油工业出版社, 2000:13。

涂刷防锈漆

杨厚源。 储油罐底外边缘板的腐蚀与防护,油气储运,2008, 27( 9) 42~ 44, 47

储罐腐蚀情况 GB50393-2008. 钢制石油储罐防腐蚀工程技术规范[S]

利用胶泥和煤沥青进行封闭

刘国良 堆慧亮。CTPU 涂覆工艺在大型储罐边缘板防护中的应用,石油化工腐蚀与防护,2007,24(1)48~49,53。

作者简介

王玲玲(1986.11-),女,硕士研究生,2012年毕业于中国日用化学工业研究院,应用化学专业。现就职于郑州中原应用技术研究开发有限公司,担任研发组长职务,主要从事钢结构防腐密封材料的研究。承担和参与了多项课题和技术产品的研发任务,开发了多项用于钢箱桥梁、石油储罐、石油管道、及海上钢管桩防腐的新产品。发表论文7篇,申请发明专利4项,编写防腐材料相关产品企标两项。参与申报的科技成果“SLD-防腐密封胶系列技术及产品”通过中国高科技产业化研究会认定。