双层玻璃纤维增强塑料FRP油罐的发展趋势及应用前景

1、双层玻璃纤维增强塑料( FRP) 油罐的发展趋势及应用前景12许文忠尹强1 总后建筑工程规划设计研究院 北京 100036 ;2 中国石化销售有限公司 北京 100728摘 要 :介绍了加油站双层油罐的发展 ,各类型双层罐的结构及性能 ;叙述了近年来北美 、欧洲等地区对于油品 储存的微生物侵蚀 、含醇燃料 、生物柴油和超低硫柴油腐 蚀的研究成果和双层罐应用情况 ; 说明了双层玻璃纤维 增强塑料 ( FRP) 油罐在耐腐蚀 、安全环保等方面的优势 , 结合我国油品的升级 、绿色能源 、保护生态环境的进程 , 认为双层 FRP 油罐在我国具有广阔的应用前景 。关键词 :加油站 腐蚀 FRP 双层罐

2、 应用料( FRP) 油罐 ( 也称 FF 地下储罐) ”。并提出“双层玻璃纤维增强塑料油罐的内层和外层均属玻璃 纤维增强塑料罐体 ,在抗内 、外腐蚀方面都优于带有金属罐体的油罐 。因此 ,这种罐可能会成为今后各国加油站地下油罐的主推产品”。1 双层油罐的发展20 世纪 60 年代 , 德国首创了用于存储油品 的双层罐 ,早期双层罐的内外层均由钢制成 ,这种双层罐被称为 SS 型双层罐 。20 世纪 70 至 80 年 代 ,美国钢罐协会 ( STI) 引进了德国技术 , 也开始 生产内外层均由钢制成的双层罐 ,并且加以改良 , 推出了无需现场进行阴极保护的产品 ( STI - P3 型油罐)

3、 1 。随后 ,美国开始尝试使用复合材料制作 双层罐的外壁 。因受当时制造工艺的限制 ,早期 的外壁由复合材料构成的双层罐并没有中间层 ,例如外层罐壁由 FRP 材料制成的 ACT - 100 型油 罐 、由聚氨酯材料制成的 ACT - 100U 型油罐1 等 。随着复合材料技术的进步及实践的检验 ,一些不适用于油罐的复合材料逐渐被淘汰 , FRP 材 料确立了其在油罐领域的主流地位 。1985 年 ,美 国钢罐协会 ( STI) 推出了内层由钢 、外层由 FRP 材料 、中间带有中空夹层的双层油罐 ,也就是真正意 义上的 SF 型双层罐 , 其品牌标示为 Permatank R。 由于这种油

4、罐外层罐壁由 FRP 材料制成 ,能够有 效抵抗埋地环境下来自地下水 、微生物及土壤环境的侵蚀3 ,而其中空层可以设置 24 h 渗泄漏监 测的设施 ,所以应用比较广泛 ,只是近年来市场份在二次世界大战期间 ,镀锌钢板制作的地下油罐已经逐步被涂抹防腐材料的地下油罐取代 。1960 年到 1970 年 ,油罐渗漏问题在美国引起社会 各界的广泛关注 ,一些针对钢制油罐易腐蚀 ,造成 油品渗漏的新产品开始出现 , 例如塑料 、环氧树 脂 、玻璃纤维油罐等 ,法律法规也要求对钢制油罐 进行阴极保护 ,在罐壁涂抹沥青防腐材料 。1970 年到 1990 年 ,环境保护受到进一步关注和重视 , 人们希望能

5、够对油罐的渗泄漏情况进行实时监 测 ,实现渗泄漏油品在进入环境之前被及时发现 并处理 ,带有中间层 ( 二次保护空间) 的双层储油 罐开始逐步得到应用和推广1 。根据我国商务部统计 ,我国现有加油站数量 已经超过 9 . 5 万座 ,仅次于美国的 16 . 2 万座 ,位 居世界第二位 。随着国民经济的发展和人们环保 意识的不断增强 ,我国环境保护相关的法律法规 逐步健全 。在 2013 年 3 月 1 日正式实施的由住 建部和国家质量监督检验检疫总局联合颁布的汽车加油加气站设计与施工规范GB 50156 20122 中 ,除对双层油罐的应用做出了明确规定 外 ,还在条文说明中指出“双层油罐是

6、目前加油站防止地下油罐渗 (泄) 漏普遍采取的一种措施 。其过渡历程与趋势为 : 单层罐 双层钢罐 ( 也称 SS 地下储罐) 内钢外玻璃纤维增强塑料双层 罐 (也称 SF 地下储罐) 双层玻璃纤维增强塑收稿日期 :2013 - 04 - 26 。作者简介 :许文忠 ( 1954 - ) , 男 , 本科 , 1979 年毕业于华东石油 学院石油储运专业 ,高级工程师 , 现从事石油储运工程设计和标准编制工作。1 储运技术额逐年下降 。许文忠 尹强双层玻璃纤维增强塑料 ( FRP) 油罐的发展趋势及应用前景了微生物的侵蚀问题 。2 . 2燃料多样化带来的腐蚀问题 近年来生物燃料和非烃类燃料的制

7、备技术有了突飞猛进的发展 ,同时也带来了燃料组分和理 化性质的改变 。目前广泛应用的含醇燃料和生物 柴油 , 对含有钢制部件的油罐产生了新的腐蚀威胁 。对于含醇燃料来说 ,所包含的醇类大多为甲 醇 、乙醇 、异丙醇 、叔丁醇等短碳链醇类 ,由于此类 醇类物质可以与水任意比例互溶 ,因此含醇燃料 的水溶度远高于传统燃料 。有研究表明 ,传统汽 油中添加 10 %体积的乙醇 ,就能使其水的溶解度 从 100L /L 上升至 4 000L /L 9 。水溶解度的 增加带来了燃料导电性的提升 ,使得原本对钢罐 威胁巨大的 MIC 明显加速 ,同时水溶解度的增加 更有利于微生物的大量繁殖 ,又对 MIC

8、 起到了促 进作用 。此外 ,正常情况下含醇燃料中的水与油 没有明显的分界 ,这也意味着 MIC 将不再像原先 那样只发生在钢制油罐的底部 ,而在整个油罐的 内部都可能发生 。对于生物柴油来说 , 除了含水量高外 , 整体 p H 值较低 (不同制备方法产生的酸价不一致) ,其 本身就对金属有一定的腐蚀性 。而且生物柴油具 备良好的生物降解性能 ,能在一至两周内被有氧 菌或厌氧菌分解 ,这一过程中会产生大量的酸性 物质 ,除造成生物柴油的质量下降外 ,还可能对油 罐中的钢制部件造成侵蚀 。2 . 3超低硫柴油的腐蚀随着雾霾 、光化学烟雾等环境事件的不断出 现 ,人们希望燃料中的硫含量越来越低

9、,超低硫柴油(ULSD) 就是应运而生的一种新兴清洁能源 。 超低硫柴油要求的含硫量仅为 10 15g /g , 已 经在北美 、欧洲等发达国家广泛应用 ,应用比例接1984 年 ,世界上第一个内外层均由 FRP 材料制成的 FF 型双层罐在美国洛杉矶问世1 ,因性能 优异 ,解决了以往带有金属结构油罐所存在的问题 ,并且对近年来生物燃油和替代燃料发展所带 来的腐蚀问题有很好的适应性 ,因而得到了法律法规 ,以及 UL 等第三方认证组织的广泛认可和 支持 ,并逐步扩大了应用规模和使用范围 。2 双层 FRP 油罐应用的客观原因石油炼化工业和石油替代燃料工业的突飞猛 进发展 ,不仅给新兴石油替代

10、品燃料带来了一些新的腐蚀问题 ,有关石油基燃料存储系统的养护和防腐蚀研究也成为一项专门的边缘学科 。正是 这些新问题和研究成果的出现 ,推动了双层 FRP 油罐的广泛应用 。2 . 1 微生物侵蚀现象微生物侵蚀 (MIC) 4是一种对几乎所有常用金属材料都非常有害的腐蚀类型 ,这一腐蚀类型在过去的几十年里被人们广泛关注 ,并进行了大 量研究 。在传统的油品存储系统中 ,微生物对钢制油 罐的侵蚀现象十分明显 。据统计 ,在成品油运输和储运环节 ,美国每年由于微生物侵蚀现象造成的设备损失曾经高达数百亿美元 ,由此造成的环 境损失更是难以估量5 。美国空军技术大学曾经 做过一项关于燃油对于钢制油罐腐

11、蚀的研究 ,选 取了来自于地下油罐 、车载油罐及飞机油箱的 40份燃油样本 ,其中 36 份样本在微生物侵蚀方面均 表现出了显著性6 。在油品存储领域 ,传统的应对微生物侵蚀的方法包括防腐涂层和添加微生物抑制剂 。但是由 于涂层工艺的限制和微生物的多样性 ,这些手段的实际效果并不理想 。美国材料设计评估组织 (MDE) 研究表明 ,包括铁还原菌 ( IRB) 、贫营养菌 (LNB) 、硫酸盐还原菌 ( SRB) 、磁性菌 (MB) 以及一些其他的厌氧/ 需氧菌种都会对钢罐产生明显的微生物侵蚀7 。 微生物侵蚀在本质上是一种电化学过程 。要形成微生物侵蚀 ,除了特定的微生物外 ,还需要能源 、碳

12、源 、电子给予体 、电子受体和电解质 ( 如水)的存在8 。而 FRP 材料并不会像金属一样失去 电子 ,因此内层由 FRP 材料制成的双层 FRP 油罐 可以完全不受微生物侵蚀的困扰 ,从根本上解决2 %10近柴油总数的 95。超低硫柴油的广泛应用 ,也带来了对钢制油品存储系统的腐蚀问题 ,但其成因尚未明确 。自2007 年至 2009 年间 ,美国石油设备协会 ( PEI) 、钢 罐协会 ( STI) 、试验材料协会 (ASTM) 等组织都曾 收到过关于存储超低硫柴油设施被腐蚀的报告 ,2010 年 ,石油设备协会 ( PEI) 正式组织会议 ,将超低硫柴油腐蚀现象设立为研究课题 , 并与

13、包括EPA , ASTs , Clean Air , PMAA , ATA , NBB , Truck Stop , API , Fuel Additive Companies 等在内的多家 相关组织机构进行分享11 。石 油 库 与 加 油 站 第 22 卷 第 3 期总第 127 期 2013 年 6 月出版OIL DEPOT AND GAS STATION VOL . 22 NO. 3 NO. 127 totally J un 20 ,2013 储运技术STORAGE TECHNOLOGIES超低硫柴油导致的腐蚀现象更为复杂 ,多家炼油厂 、多个品种 、通过不同管道输送的超低硫柴 油都发

14、生过腐蚀 ,若干的腐蚀案例中包含了多种 多样的油罐容量 、油罐使用时间 、油罐维护状况和 油品销售量 ,而且超低硫柴油的腐蚀在油品存储 系统的液相空间和气相空间中都有发生 。这样的复杂性为超低硫柴油腐蚀原因的调查研究带来了 很大的麻烦 ,最新公布的研究报告也还停留在对 成因的猜测阶段 ,STI 怀疑超低硫柴油腐蚀可能与 下列原因有关11 : 由超低的硫含量而导致的微生物增多 ; 未知成因的其他微生物腐蚀 ; 柴油 未被正确的加工处理 ; 燃料添加剂导致的不良 反应 ; 大量生物柴油的应用 ; 由超低硫柴油引 起的油罐底部残留物 ; 超低硫柴油存储设备的接地问题 。 尽管超低硫柴油对于钢罐的腐蚀

15、成因尚未调查清楚 ,但是事实证明超低硫柴油的腐蚀只存在 于钢制的油品存储系统中 ,双层 FRP 油罐尚未发 现超低硫柴油腐蚀的现象 。4 双层 FRP 油罐在我国的应用前景我国作为负责任的发展中大国 ,始终贯彻落 实科学发展观 ,把保护环境确立为基本国策 ,把可 持续发展上升为国家战略 ,坚持“在发展中保护 , 在保护中发展”,探索代价小 ,效益好 ,排放低 ,可持续的环保新道路 。石油石化行业是经济和社会 的发展命脉 , 肩负着提供绿色能源 、保护生态环 境 、应对气候变化的重大使命 ,基于这一国情 ,我国计划在“十二五”期间大力推进“国 V”标准的高 质量油品 。2013 年 2 月 6

16、日 ,国务院召开的常务会议指 出 ,随着汽车保有量的快速增长 ,汽车尾气排放对大气污染的影响日益增加 ,加快油品质量升级已 刻不容缓 。会议决定“: 在已发布第四阶段车用汽油标准 (硫含量不大于 50g /g) 的基础上 , 由国 家质检总局 、国家标准委尽快发布第四阶段车用 柴油标准 ( 硫含量不大于 50 g /g) , 过渡期至2014 年底 ;2013 年 6 月底前发布第五阶段车用柴油标准 (硫含量不大于 10g /g) ,2013 年底前发布 第五阶段车用汽油标准(硫含量不大于 10g /g) ,过 渡期均至 2017 年”。对于符合“国 V”标准的超低硫柴油 ,ASTM 、API

17、 、PEI 等组织已经收到了大量的腐蚀案例报 告 ,因此在我国使用的柴油埋地钢制油罐 ,包括带 有钢制结构的双层罐 ,在不同程度上也面临着一 定的风险 。而双层 FRP 油罐能够很好地应对超低硫柴油腐蚀和微生物侵蚀 ,具备很高的环保性 和安全性 。3 FRP 双层油罐的应用状况由于微生物诱导侵蚀 、超低硫柴油腐蚀等一 系列因素的影响 ,使得含有金属部件的油罐质保期限有所缩短 。2007 年 ,美国钢罐协会 ( STI) 发布 了一则声明 : 将钢制油罐 ,以及内层钢 、外层 FRP 材料 制 成 SF 型 双 层 罐 ( 包 括 STI 旗 下 的 Per2matankA R) 的质保期限由原

18、先的 30 年缩短到 20年 。随后 STI 又发布声明 , 将这一质保期限再次 缩短至 10 年12 。在这仅有的 10 年质保期限中 ,STI 还特别指明 :质保条款仅适用于罐内没有水存在的条件下 , 若罐内有水 , 则不再对该罐进行质 保 。与此相对应的是 ,双层 FRP 油罐 ( FF 型油罐)依然拥有长达 30 年的质保期限 ,而且对罐内是否 有水没有任何限制 。在北美等发达国家 ,双层 FRP 油罐的使用历 史已经长达 20 多年 ,在美国约 16 . 2 万座加油站 中 ,70 %采用的是双层 FRP 油罐 ; 加拿大约 1 . 3万座加油站中 ,采用双层 FRP 油罐的比例已接

19、近100 % 。在澳大利亚和新西兰 ,也有超过 6 000 个 双层 FRP 油罐投入使用 。在亚洲的一些国家 ,例 如 :日本 、韩国 、马来西亚 、印度尼西亚 、菲律宾 、印度 、新加坡以及我国台湾地区 , 双层 FRP 油罐也 开始投入使用 ,市场份额逐年上升 。5 结语双层 FRP 油罐虽自身造价较高于其他两种 双层油罐 ,但在耐腐蚀 、耐微生物侵蚀 、安全环保 等方面都具有明显的优势 ,加之其具备很长的使用年限 ,综合能效比很高 ,符合我国“代价小 ,效益 好 ,可持续”的环保新路子 。因此 ,双层 FRP 油罐 在我国将会有较为广阔的应用前景 。参考文献Wayne Geyer. A

20、 history of Storage Tank Systems , Hand2 book of Storage Tank Systems C . New York : Marcel Dekker , 2000 :1 - 20.中国石化工程建设公司. GB 50156 - 2012 汽车加油加气站设计与施工规范S. 北京 :北京计划出版社 ,2012.123 石 油 库 与 加 油 站 第 22 卷 第 3 期总第 127 期 2013 年 6 月出版OIL DEPOT AND GAS STATION VOL . 22 NO. 3 NO. 127 totally J un 20 ,2013 储

21、运技术STORAGE TECHNOLOGIES储油罐及管道外腐蚀机理分析及对策余杭辉中国石化浙江丽水石油分公司 浙江丽水 323000摘 要 :以丽水莲都油库为考察对象 ,分析了成品油储罐及输油管线的外腐蚀原因 、机理 ,提出了防腐对策 。认 为外腐蚀主要是在自然环境中 ,受积水浸泡 、热胀冷缩应 力 、风力侵蚀 、冰冻和输转油过程中机械震动引起的表面 有机涂层翘起剥离所致 。为此 ,提高外防腐层施工质量 、 优化罐顶 、罐底和管道钢底座的结构 ,采用热喷涂技术是 防止外腐蚀的主要措施 。关键词 :储油罐 管道 外腐蚀 原因 对策进行修补 。在实际修补过程中 ,为防止静电积聚 ,只能采用人工修

22、补 ,从而修补质量低下 ,这对油库 的安全和成本管理提出了重大挑战 。本文通过实地考察丽水莲都油库成品油储罐 和输油管线外腐蚀情况 ,对引起有机涂层剥离原因 和外腐蚀机理进行分析 ,旨在提出确实有效的防腐 对策以促进成品油油库的安全性和低成本管理。1外腐蚀情况与原因分析莲都油库位于浙江省丽水市 , 始建于 2001 年 ,运营至今已有 10 余年历史 。由于地处亚热带 季风区 ,夏季高温多雨 ,冬季低温伴有冰冻雨雪 , 整体上湿度较大 ,成品油储罐和输油管线表面的有机防腐层翘起剥离现象和外腐蚀情况严重 ,运 营期间已经历一次全面翻修刷漆和多次大小人工补修 ,耗费了大量的资金和人力 。成品油油库

23、外腐蚀一直是困扰油库安全和成本管理的重要问题 ,主要表现为钢质油罐和输油 管线的大气环境腐蚀 。大气环境腐蚀是多重原因 造成的腐蚀 ,受地理环境 、湿度 、温度等因素的影 响 。目前在油库工程建设中 ,主要采用在钢铁表 面涂刷有机覆盖层的方法来防腐 。然而 ,工程实 践经验表明有机涂层无法达到长久防腐的效果 , 有机涂层的翘起剥离现象常在涂刷后 23 年内 , 甚至更短的时间内发生 ,有些区域甚至出现大面 积的剥落现象 。为保证油库运营的安全 ,每年都 需要投入大量的资金和人力对有机涂层剥离区域收稿日期 :2013 - 04 - 08 。作者简介 :余杭辉(1967 - ) ,男 , 毕业于舟

24、山石油化工学校石油 储运专业 ,工程师 ,现从事企业综合管理工作。Wayne Geyer. Secondary Containment Options for Above238Reza J avaherdashti , PhD. Microbiologically InfluencedCorrosion : an Engineering Insight M . London : Springer - Verlag. 2008 :3 - 4.Mihaela Neagu , Paul Rosca , Raluca Elena Dragomir , et al . The Effect of Bio

25、alcohol on the Water Solubility in Re2 formulated Gasoline ; Chemical Engineering Transactions J . Volume 21. AIDIC Servizi S. r. l . 2010 :2 - 3.www. clean - diesel . orgPrentiss Searles , Lorri Grainawi . Corrosion in Ultra Low Sulfur Diesel Underground Storage Systems R . NCWM Technical Session.

26、J uly 2010. 2 ,30.Steel Tank Institute . STI/ SPFA Board Reduces USTWarranty DurationZ. 2007.引 用 时 间 ground and Underground Tanks D/ OL .http :/ / www. steeltank. com. Steel Tank Institute . 2 - 4.NACE. Material Performance J . 1990 - 09.Brenda , J . Little J ason S. Microbiologically InfluencedCorr

27、osionJ . John Wiley & Sons , Inc . 2007 :1.W Graef . An Analysis of Microbial Contamination in Mili2 tary Aviation Fuel Systems D . Ohio , USA. Harold Air Force Institute of Technology. 2003.Richard A. Lane . Under the Microscope : Understanding , Detecting and Preventing Microbiologically Influence

28、d Cor2 rosion J . AMPTIAC Quarterly , Vol . 9. No . 1 2005 :3 -8.459610117124 Bimonthly , StartedPublication in 1992Vol . 22 , No. 3No. 127 totallyJun 20 , 2013OIL D EPO T ANDGA S S TA TIO NHonorary Cha irman of Editorial Committee :Li Ch un g u a n g ,Zhang HaichaoCha irman of Editorial Committee :

29、Zuo XingkaiContents and AbstractsSTO RA GE TEC HNOLO GIES1 . Developing Trend and Application Prospect of Double - Layer FRP Tank. Xu Wenzhong , Yin Qiang.Abstract : The development course , the structure and performance of various types of double - layer tank in gas station are introduced. The rese

30、arch results on oil corrosion and the application status of double - layer tank in North America and Europe are presented. The advantages of FRP tank about the aspects of corrosion resistance , safety and environment protection are de2 scribed . Based on the upgrading process of oil product quality

31、in China , the double - layer FRP tank is con2 sidered to have broad application prospects in China . Key words : gas station , corrosion , double - layer FRP tank , application.4 . Mechanism Analysis on External Corrosion of Stor2age Tank and Pipeline and Countermeasures. YuHanghui .Abstract : Taki

32、ng the Liandu oil depot in Lishui City as investigating target , the reasons causing external corrosion of oil product tank and pipeline are ana2 lyzed. It is found that the external corrosion is caused by the tilt peel of organic coating on the surface . Based on the analysis of reasons causing the

33、 tilt peel of coating , the countermeasures including control of construction quality of outside anti - corrosion coat2 ing , optimization of structure , application of thermal spray technology to prevent the external corrosion of tank and pipeline are proposed.Key words : storage tank , pipeline ,

34、external corro2sion , reason , countermeasure .Vice Cha irman of Editorial Committee : Guo Feihong ,Wang Wenlian ,Wang Weimin ,Wang LiangSpecial Consulta mts :Lu Pin ,Chai ZhimingMembers : Zhang Xiulai , Wang Hongchuan , XuFubin ,Zhang ziao , Feng Peiyu , Li Yuxing , Rui Jiqiang ,Chen Biwen , Yin Chaoming , Ren Shixian , Du Yubin , Yang Jiming , Huang He , Li Yiqing , Zheng Jinghua , Jia Yuepeng , Luo Kaiyong , Yan Hua , Huang bingli , Liu Xiangbin , Zhang Tianming ,Luo Tonghua ,Niu Jing2 min