赵常英，米 磊，秦海燕，吴依霖

中国石油工程建设有限公司华北分公司，河北任丘 062552

随着我国石油化工工业的发展以及国家战略石油储备的需要，很多大规模石油库区开始在全国范围内开工建造，大部分储备库建设于沿海地带，如舟山、镇海、大连、黄岛等。大罐建造期间，水压试验是其中一个重要的环节，在试验周期内（1～3个月不等）检验储罐在各种负载情况下的各种性能。水压试验时需要大量水，然而在许多沿海地区淡水资源比较匮乏，短缺的淡水资源难以满足水压试验的用水需求。因而丰富的海水资源成为水压试验新的供水来源，只需要在海水试压的同时做好防腐工作，采用海水进行水压试验的方式既解决了供水问题，又践行了国家所倡导的节能减排政策[1-3]。

1 储罐内防腐

储罐内防腐设计将根据不同部位所处的腐蚀环境，采用不同的防腐结构。有沉积水的区域（包括罐底、罐壁下部1.5～2 m）腐蚀性较强，可采用无溶剂环氧树脂涂料、溶剂型环氧涂料、环氧玻璃鳞片涂料、水性环氧涂料、漆酚环氧涂料、环氧酚醛涂料等，涂层干膜厚度不小于300 μm。与原油接触的罐壁中间部位，可不进行涂层防腐。碳钢浮盘下表面，采用耐油导静电涂料，涂层干膜厚度不小于250μm[4-5]。

金属材料在海水介质环境中最常见的腐蚀形式是均匀腐蚀，同时储罐结构难免存在同种或异种金属材料的焊缝区、连接点，这些是电偶缝隙腐蚀的高敏感区域。在应用于海水环境中时，金属材料上会附着海洋生物，本身的附着形式也会形成缝隙，而海洋生物新陈代谢产生的侵蚀性产物也会引起金属材料发生腐蚀[6-7]。鉴于上述腐蚀因素，储罐内壁与海水接触的罐底、罐壁及浮盘下表面采用涂层防腐，防腐层结构与大罐防腐层施工工艺有关，一种是进行车间底漆预涂工艺，大罐钢板预制时采用临时车间底漆，罐体焊接完成后，完成海水试压后清除临时车间底漆，再按设计要求重新进行防腐层涂装[8]。另一种是无车间底漆预涂，直接按设计要求进行防腐层涂覆，可直接涂到规定的厚度，海水试压后对破损的涂层进行修补。也可按设计要求预留最后一道面漆，海水试压后进行面漆涂覆[9]。

2 钢质储罐海水试压施工工艺

海水试压主要工艺流程见图1。

图1 海水试压工艺流程

为了防止海水对储罐内的通气阀、量油管、液位计以及电气仪表等设备产生腐蚀，海水试压前应对设备进行拆除或者标记，所有储罐罐壁上的开孔用盲板和丝盲进行临时密封。储罐的一、二次密封装置试压之后再进行安装，以减少拆装次数。对罐壁、罐底、浮船底及浮船支柱涂刷车间底漆（无机富锌底漆75μm厚，也可按设计要求进行涂装），但需要检验严密性的焊缝处不得涂刷涂料。刮蜡片、排水管等设备在试压时应根据图纸进行安装，试压后应进行清洗，采用黄油对不锈钢设备进行密封保护。

3 罐内阴极保护设计及安装

某沿海工程大罐采用海水试压，规格10×104m3，储罐直径为80 m，充水高度21.9 m；5×104m3储罐直径为60 m，充水高度20 m，试水周期为20 d，采用牺牲阳极的阴极保护方法。

3.1 阳极选型

对于海水环境，牺牲阳极宜选用带状铝合金牺牲阳极[10-11]，Al-Zn-In-Si阳极的规格为19.05 mm×9.5 mm，牺牲阳极的技术要求参见表1和表2。

表1 带状铝合金牺牲阳极化学成分

表2 带状铝合金牺牲阳极电化学性能

3.2 设计计算[12-13]

储罐临时阴极保护的保护范围包括：储罐内底板、储罐内侧壁及浮顶下表面。

3.2.1 保护电流

式中：I为需求保护电流，A；i为保护电流密度，A/m2；S为保护面积，m2。

新建储罐海水试压，推荐阴极保护电流密度为100 mA/m2。

3.2.2 罐壁、罐底阳极用量

根据被保护对象所需要的保护电流值和牺牲阳极发生电流值，按照每根带状铝合金牺牲阳极的长度为22 m，求得储罐各牺牲阳极用量。

10×104m3储罐罐壁、罐底牺牲阳极用量分别为33根、30根，5×104m3储罐罐壁、罐底牺牲阳极用量分别为23根、17根。

储罐内底板上牺牲阳极带呈圆环分布，设计每根带状铝合金牺牲阳极的长度为22 m。各环直径及阳极数量参见表3和表4。

表3 10×104m3储罐内底板牺牲阳极用量

表4 5×104m3储罐内底板牺牲阳极用量

3.2.3 储罐浮盘下表面牺牲阳极用量

储罐浮盘下表面的面积与罐底内表面相差不大，牺牲阳极的布置与用量与罐内底板一致。

3.2.4 保护寿命

牺牲阳极使用寿命按如下公式计算：

式中：Y为牺牲阳极使用寿命，d；W为牺牲阳极实际质量，kg；Im为牺牲阳极发生的平均电流，按0.5I取值，A；ε为牺牲阳极电流效率；μ为牺牲阳极实际消耗率，kg/（A·d）。

计算结果为67 d，满足设计要求。

3.3 铝合金牺牲阳极安装[14-15]

储罐底板、内壁铝合金牺牲阳极安装时，先将成卷的铝带置于罐底，将铝合金牺牲阳极一端焊接于储罐底板处，另一端直接焊接到浮顶内壁处。两个焊点垂直线与储罐侧壁距离为750 mm。

储罐内底板和浮盘下表面上阳极带呈圆环分布，阳极环安装直径和数量参见表3和表4。阳极安装完成后需要绝缘支撑架，防止阳极与底板直接接触。带状铝合金牺牲阳极在罐底水平安装见图2，铝合金牺牲阳极在浮盘下垂直安装见图3，铝合金牺牲阳极在浮盘下水平安装见图4。

图2 带状铝合金牺牲阳极在罐底水平安装

图3 铝合金牺牲阳极在浮盘下垂直安装

图4 铝合金牺牲阳极在浮盘下水平安装

为了检测储罐临时阴极保护的保护效果，在储罐内浮盘边缘处安装1条吊线，吊线上安装1支Ag/AgCl参比电极，并将参比电极引线引至浮盘上部，在试压过程中的冲水、保水、放水阶段，应对阴极保护电位进行日常监测[16-18]。

4 保护效果

浮盘下表面涂有非碳系浅色环氧导静电涂层，涂料固含量≥70%，涂层干膜厚度≥250 μm。试压前涂层厚度125μm，拟试压清洗后再涂125μm。试压后发现钢板涂层破损较多，锈蚀较严重（见图5）。据现场人员介绍，浮盘在试压前涂层就已有破损；另外，导静电涂层的绝缘性相对较低，防腐性能较绝缘涂层差。

图5 浮盘下表面腐蚀

罐壁内表面涂敷环氧玻璃鳞片涂料，涂料固含量≥80%，涂层干膜厚度≥300 μm。试压后涂层基本完好，涂层表面附着了一层白色产物，主要为Ca、Mg化合物，采用喷射清洗即可除掉[19-20]。

海水试压后，铝合金牺牲阳极发生了明显的消耗（见图6），表面有一层腐蚀产物，较易除掉，腐蚀状况较为细密，局部自动翘起脱落，呈白色，说明牺牲阳极起到了保护作用。

图6 铝合金牺牲阳极消耗

5 结论

根据现场调研证明，通过在储罐试压期间采用涂层和阴极保护的联合保护，可以起到良好的防腐蚀作用。浮盘下表面涂层未达到一定的防腐厚度，造成海水试压过程中产生一定的锈蚀，因此应考虑加大浮盘下表面涂层厚度。