石油储罐的涂料涂装防护

1、石油储罐的涂料涂装防护研究院 刘小平摘要:本文通过对储油罐罐内及罐外腐蚀环境的分析,提出了相应的涂料涂装防护方法,并对涂料的技术要求、涂层预期使用寿命等进行了举例说明,同时指出涂料涂装防护是储油罐防护的一种重要而且有效的手段,并对储油罐涂料及涂装方法的发展趋势作了简单说明。 主题词:石油储罐:腐蚀:防护:涂料:涂装1前言石油是国家经济发展的基础和命脉,随着我国经济的快速发展,石油在一次能源的使用比例中得到了很大的提高,石油消费也是呈快速上升态势。但我国由于受国内资源的制约,不得不进口石油作为补充,石油进口量由1993年的988×104t增加到2001年的6494×104t.

2、对外依存度由6.4%上升到28.2%.预计到2005年和2010年,我国石油消费量将达到2.7×108t和3.1×108t,石油进口量将达到1.1×108t和1.5×108t.对外依存度将达到40%和50%,可见进口原油是我国发展经济的必然趋势。但国际政治、经济、军事形势瞬息万变,国际原油供应起伏不定,因此为了规避风险,保障我国石油中长期供应安全和经济、政治等的平稳发展,建立一个规模的石油储备和库容规模将是我国的重要战略任务之一。石油储罐作为国家石油战略储备的重要设备来说,其作用对战略目标的实现有着重要的意义。据数据统计,截止1997年末,我国原油储罐总

3、容量约1123×104m3,半成品油罐容量为476×104m3,成品油储罐容量为746×104m3.随着我国石油战略储备计划的实施,大型石油储罐容量将进一步增加,因此在有效地利用腐蚀与防护技术对储罐进行保护就变得十分重要。近几年,随着储罐建设工程的开展,储罐防腐新技术也得到了应用和发展,如储罐底板的阴极保护技术,储罐外壁的热喷锌、铝技术等。但储罐的涂料涂装保护仍然是储罐防护的一种重要手段,并随着技术的进步而不断的发展。2 储罐腐蚀环境分析与防护涂料储罐的腐蚀环境大体分3类,即土壤腐蚀、大气腐蚀与油品腐蚀。土壤腐蚀主要发生在储罐底板下表面与基础面接触的一面。大气腐蚀

4、发生在大气环境下的金属表面,如罐外壁、罐顶外表面等。储罐内部的腐蚀环境则是油品的腐蚀。因为腐蚀环境不同,因而储罐不同部位所使用的涂料种类、涂料技术要求也不同,现分述如下。2.1储罐底板下表面的防护储罐底板下表面由于和罐基础面直接接触,因此腐蚀环境可划分为土壤腐蚀环境,且由于罐基础面常用沥青砂作为填充介质,相对于高含水和含氧的实际土壤环境来说,腐蚀程度较轻,同时罐底板外侧在防腐完成后还要进行焊接作业,因此常选用无机富锌这种耐热性好、可焊接的涂料来进行防腐。但对于大型储油罐来说,由于罐底同时使用牺牲阳极来进行保护,为防止保护电流流失,又需要绝缘涂层来进行绝缘,因此宜选用无机富锌涂料做底漆,环氧沥青

5、涂料做面漆的涂层结构,如表1.表1罐底板下表面涂层体系涂料种类 涂料名称 漆膜厚度/um 涂装次数 施工方法底漆 无机富锌涂料 20-30 1 无气喷涂面漆 环氧沥青涂料 100 3 无气喷涂合计 320-330 4注:喷砂表面处理至sa2.5级2.2储罐内部的腐蚀及防护储罐内部的腐蚀介质是原油。原油的主要成分是各种烷烃、环烷烃和芳香烃等,它们本身的腐蚀性并不大,但是原油中含有某些杂质如硫化物、无机盐类、环烷酸、氮的化合物等则具有腐蚀性,而且随原油的加工过程或与原油中的水结合而转化成具有较强破坏作用的腐蚀介质。如原油中的硫化氢、硫和硫醇等活性硫化物会对金属直接产生破坏作用。而非活性硫则随温度的

6、升高而分解为具有腐蚀性的活性硫。而无机盐则随油田水一起混合在原油中而引起金属的腐蚀。因此储油罐的内腐蚀情况比较复杂。作为国家石油战略储备库来讲,储存原油多为进口原油,尤其中东原油和俄罗斯原油为主,其含硫量均较高。而且世界原油探明储量中,硫含量在0.5%以上的原油占总量的75%以上,世界原油产量中硫含量增加的趋势明显。因此储罐内部的腐蚀程度将会比以前更严重。表2是国内外原油腐蚀介质含量比较。表2国内外原油腐蚀介质含量 从表2中可以看出,进口原油均具有比较高的含硫量,腐蚀程度将会较大。表3给出了储罐内介质腐蚀性的评价指标。表3储罐内介质及环境腐蚀性的评价 作为原油储罐,由于罐的不同部位接触的介质不

7、同,因此腐蚀过程和腐蚀程度也有所不同,其腐蚀区域可分为如下3种类型:罐底腐蚀:主要是原油沉积水及其中的氯离子、溶解氧、硫酸盐还原菌而引起的抗蚀,腐蚀程度较严重,极易形成罐底穿孔。另外由于原油储罐经常有伴热,因此,罐底板的腐蚀环境是高盐分热水腐蚀环境。罐壁腐蚀:腐蚀较轻,为均匀腐蚀,腐蚀严重区域是油水分界面或油与空气交界处。罐顶腐蚀:油罐罐顶腐蚀属于气相腐蚀,主要是氧气、水蒸气硫化氧、二氧化碳的腐蚀。由于气温的变化,水蒸气易在灌顶内壁形成凝结水膜,而罐内的气体中所含的二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、挥发酚等杂质会溶解在凝结水膜中,同时由于罐的呼吸作用,氧气不断进入罐内通过凝结水膜扩散到金属表面,从而

8、引起灌顶的腐蚀,起腐蚀程度比较严重,常伴有点蚀等局部腐蚀。表4给出了原油罐内部不同部位的腐蚀速率统计。表4原油罐内部不同部位的腐蚀速率统计 由以上腐蚀环境和腐蚀形态分析,作为原油储罐内防腐的涂层必须具备有以下几方面的基本性能要求:即(1稳定的耐化学性,涂层应具有良好的耐各种酸、碱、盐、油等化学介质;(2良好的耐水性;(3较高的玻璃化温度Tg;(4足够的耐冲击性、抗弯曲、耐磨等机械性能;(5优异的附着力和良好的抗阴极剥离性能;(6稳定良好的电性能。环氧类涂料由于其稳定的耐化学性能、优异的附着力、良好的机械性能,优异的电绝缘性能等而成为国内外储油罐内防腐的首选,其品种有环氧沥青涂料、环氧导静电涂料

9、、环氧玻璃鳞片涂料、髙固体分环氧涂料、酚醛环氧涂料、无溶剂环氧涂料等种类适合于储油罐内防腐使用,但必须仔细完善涂料配方才能满足上述所有要求。关于石油储罐内部的防腐蚀涂料应用,美国石油协会API RP652 lining of aboveground petroleum storage tank bottoms给出了相应的指导意见,将储罐衬里分为薄涂层和厚涂层两类,其中薄涂层厚度为小于20mil(500um的涂层,一般使用于新建储罐或腐蚀性小的储罐环境,费用低廉且易于施工。厚涂层为涂层厚度大于20mil(500um的涂层,经常用玻璃鳞片、玻璃纤维、玻璃布加强。具有抗机械损伤好的特点,但施工费时、

10、费力且投资高,同时罐底板弯曲易造成涂层开裂。该标准对于薄涂层所使用的的环氧涂料的种类和使用环境、温度都给出了参考数据,如表5。表5 API RP652储罐内部环氧涂料的使用数据 国内石油储罐内部防腐蚀涂料的应用,自GB 13348-1992液体石油产品静电安全规程规定以来,多采用环氧类的导静电涂料进行防护。先后出现过Q/GD 0168-94 防静电涂料技术规范、SY/T 0319-98 石油储罐环氧内防腐涂层、CNCIA HG/T0001-2006 石油储罐防腐蚀涂料施工与验收规范、GB 50393-2008钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范等技术标准。从这些标准的演变过程来看,所使用产品均为环氧

11、类涂料,但经历了环氧导静电涂料的导电填料从碳系向非碳系的转变、表面电阻率从1×109到1081011的转变、导静电涂料的全罐使用到部分使用、涂层厚度的进一步提高等的变化。表6为GB 50393-2008标准规定的涂层种类、使用部位及涂层厚度要求。表6 GB 50393-2008规定的罐内涂层使用规范 储罐内部的防腐质量,除了涂料本身质量之外,涂料的施工对防腐涂层的寿命影响也很大,因此,底材的处理程度、涂装间隔、涂层厚度往往也是影响储罐内防腐的关键,由于传统意义上的储罐内涂料固体含量底,因而容易引起一道成膜厚度底须重复涂装才能达到规定厚度,所有涂装周期一般较长,同时涂层中的溶剂滞留会严

12、重影响防腐涂层的使用寿命,因此储罐内涂料需要向高固体分、无溶剂方向发展,同时高压无气喷涂、双组份热喷涂等先进的施工手段也将是涂装发展的趋势。2.3储罐外部腐蚀环境与涂装体系与储罐内部的腐蚀环境先比,储罐外部的腐蚀环境相对简单,为大气腐蚀环境,国际标准ISO12944根据低碳钢在大气环境下的腐蚀质量损失和厚度损失将大气腐蚀环境分为5个等级,见表7.表7大气腐蚀环境分类 C4 C5I C5M 400650 6501500 6501500 5080 80200 8020 工业区和中等含盐量的海边地区 高湿度和侵蚀性大气的工业区 高含盐量的海滨和海洋 注：C1很低；C2底；C3中等；C4高；C5I很高

13、（工业） ；C5M很高（海洋） 而涂料的预期使用寿命则依赖于其所处的腐蚀环境、表面处理状态、涂料体系、涂层厚 度、涂料的质量水平等因素。如表 8 所示的涂装体系，可以看出，涂料种类相同，涂层结构、 厚度相同，表面处理等级的不同引起涂层寿命的不同。同时，涂层厚度的增加延长了涂层使 用寿命 表8 表面处 理等级 St2 Sa2.5 Sa2.5 醇酸防锈漆 醇酸防锈漆 醇酸防锈漆 底漆种类 底漆厚度 /um 80 80 80 C3 腐蚀环境下防腐涂层寿命 面漆种类（包 括中间漆） 醇酸面漆 醇酸面漆 醇酸面漆 面漆厚度 /um 80 80 120 涂层总厚度 /um 160 160 200 25 5

14、15 15 防腐期/a 而从表 9 中可以看出，腐蚀环境发生了变化，则原来 C3 环境下长期防蚀的醇酸涂料系 统在 C4 环境下急剧地发生了寿命的缩短。而表面处理状态相同，涂层厚度相同，而涂料种 类不同，则涂层的使用寿命将会有很大不同。同时，涂层厚度的增加同样也会使涂层寿命有 较大的增加。 表9 表面处 理等级 St2.5 Sa2.5 Sa2.5 醇酸防锈漆 环氧富锌底漆 环氧富锌底漆 底漆种类 底漆厚 度/um 80 40 40 C4 腐蚀环境下防腐涂层寿命 面漆种类（包括 中间漆） 醇酸面漆 环氧或聚氨酯面漆 环氧或聚氨酯面漆 面漆厚度 /um 120 160 200 涂层总厚度 /um

15、200 200 240 防腐期/a 25 515 15 由此我们可以根据不同的腐蚀环境来设计涂层的使用寿命， 通过规定金属的表面处理状 态、涂装结构、涂层厚度、选用质量合格的防腐涂料，严格施工管理等几个方面来保证设计 寿命。 考虑到进口原油的运输条件， 作为我国的石油战略储备库的选址多设在靠近海洋的港口 区域， 其大气腐蚀环境为典型的海洋大气腐蚀环境。 由此储罐外防腐涂料的涂层体系以环氧 /氯化橡胶体系、环氧/丙烯酸聚氨酯体系为主。其中的环氧涂料作为底漆或中间涂层，氯化 橡胶或丙烯酸聚氨酯涂料作为面漆来使用。 尤以环氧富锌底漆/环氧云铁中间涂层/丙烯酸聚 氨酯涂料体系为最佳，环氧富锌底漆依靠高

16、细度锌粉的牺牲阳极保护作用来保护钢铁不生 锈。 环氧云铁中间漆依靠片状的云母氧化铁来增加涂层体系的厚度和屏蔽作用， 延长重涂时 间。而丙烯酸聚氨酯面漆则赋予涂层优异的抗紫外线性能和保光保色性能。 表 10 是一个典型的涂料涂装体系，在海洋大气腐蚀条件下分别能达到 515 年或 15 年以上的保护寿命。 表 10 表面处 理等级 St2.5 环氧富锌底漆 海洋大气腐蚀环境下得涂装推荐体系和使用寿命 底漆厚 度/um 40 面漆种类（包括中间 漆） 环氧云铁中间漆/丙 烯酸聚氨酯面漆 面漆厚 度/um 200 涂层总厚度 /um 240 515 防腐期/a 底漆种类 Sa2.5 环氧富锌底漆 80 环氧云铁中间漆/丙 烯酸聚氨酯面漆 240 320 15 Sa2.5 无机富锌底漆 80 环氧云铁中间漆/丙 烯酸聚氨酯面漆 240 320 15 热喷锌、 铝涂层防腐是国内近几年储罐防腐发展的新技术之一， 如果在热喷铝层的表面 再用涂层进行保护，则预计涂层的保护