大型原油储罐海水充水试验及防护措施

大型原油储罐海水充水试验及防护措施摘要：储罐施工完成后需进行充水试验，用以主体及附属结构的强度、稳定性和严密性的检查，同时进行储罐基础沉降观测；充水试验宜采用洁净淡水，以减轻储罐钢板的腐蚀。但是原油储罐容量较大，整个罐区充水试验过程耗用时间较长，洁净淡水无法满足供给要求且总价昂贵，充水试验后淡水回收困难且造价较高。综合考虑各种因素，决定在采取有效防腐蚀保护的基础上，使用海水进行储罐充水试验。关键词：大型原油；储罐；海水充水；试验；防护；措施1原油储罐常危险事故形式1.1火灾爆炸事故形式原油储罐的起火问题是原油储罐安全问题中最为重要，并且最为常见的一种。首先，当原油储罐发生较大的碰撞时，造成原油储罐的变形，引起罐内压力增高，若储罐内压力超过其承受范围，就会出现爆炸；其次，当泄露的原油与空气接触，同时，又有着火源，原油储罐就会发生着火，引起爆炸。1.2浮盘沉底事故形式浮盘沉底事故是浮项油罐生产作业时非常忌讳的严重恶性设备事故之一。该类事故的发生，一方面反映了制造过程中的严重缺陷，另一方面又将造成大量原油泄漏。1.3腐蚀危险事故形式1.3.1储罐主要腐蚀类型储罐腐蚀主要分三大类：大气腐蚀由大气中含有水分、氧气等引起，主要发生在浮仓的外表面、罐壁2m以上的内表面和储罐的外表面。化学腐蚀由于外界的空气可能会在某种情况下进入浮仓以下的空间而形成水，油品中的硫化氢溶于水中，加之氧的作用，造成化学腐蚀，主要发生储罐底板的内表面、罐壁底圈板、浮仓底板下表面等部位。电化学腐蚀主要由于不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，引起电化学腐蚀，主要发生在储罐底板的内表面、罐壁底圈板、储罐底板的外表面。1.3.2储罐腐蚀是造成原油在储存和运输过程中发生泄漏的重要因素之一。原油储罐的化学腐蚀，也是最普遍的腐蚀现象，是指原油储罐金属材料与溶液中非电解质发生化学反应而产生的腐蚀，储罐材料被氧化或者氧化还原反应过程。另外这一种情况是，原油储罐的大气腐蚀原理，即在工业大气的环境下，引起腐蚀的介质包括空气中那些硫化物、二氧化碳以及氢氧化物等挥发性物质，以及空气中粉尘，这些在潮湿的环境之下，这些介质会结合水形成酸，这些酸具有很强的腐蚀性，诱发原油储罐的腐蚀现象。2海水腐蚀机理海水中存在大量的Cl一等离子，平均盐度为3.5%左右，对金属阳极阻滞作用小，会破坏金属表面的钝化层，促进海水中金属的腐蚀，尤其对中央排水系统保护铠和刮蜡板等不锈钢材质构件，腐蚀作用尤为明显。海水中的盐分基本都处于电离状态，是一种导电性较强的电解质溶液，腐蚀原电池效应十分明显，腐蚀微电池、宏电池的活性都很大。海水中含有一定量的氧，会促进氧的阴极去极化反应，促进腐蚀。海水中不同金属间很容易发生电偶腐蚀，即使两金属相距数十米，只要存在电位差并实现电联结，就可能发生电偶腐蚀。海水中含有多种微生物，微生物附着在钢板表层有可能造成钢板内外形成氧浓差电池腐蚀，某些微生物的生命活动会破坏金属表面的涂层，甚至引起涂层产生气泡或剥落。3牺牲阳极块理论计算为防止储罐罐体及罐附件在充水试验时发生腐蚀，根据工程实际情况和以往施工经验，综合考虑多项因素，本次充水试验采用牺牲阳极保护法。牺牲阳极选用与设计图纸一致的'铝一锌一铟一镉”铝合金块，尺寸为500mmx(115mm+135mm)x130mm，单块重量不低于23kg，符合GB/T4948-2002《铝一锌一铟系合金牺牲阳极》要求。铝合金牺牲阳极块具有电容量大、驱动电位小、不易过保护、寿命长、效率高、价格适中等特点，在储罐临时、正式防护中已经得到广泛的应用。被保护面积。本次充水试验单台储罐直径80m，罐壁高度21.8m，其中罐底板上表面、浮船下表面、罐壁下2m、罐壁上2m已进行防腐，由此可得被保护面积S=3.14x80x(21.8—4)=4471.36m2。保护电流密度。根据GJB156A-2008《港工设施牺牲阳极保护设计和安装》的规定[9](下称GJB156A)，结合储罐实际工作条件，本次充水试验选取保护电流密度i=30mA/m2。牺牲阳极接水电阻。根据GJB156A附录A，牺牲阳极接水电阻为：R=1.3p(ln4L/r—1)/2nL式中：p 海水电阻率，取25Q?cm；L 牺牲阳极长度，实测为50cm；r 牺牲阳极当量半径，计算得出7.19cm。通过计算可得出R=1.3x25(Q?cm)[ln(4x50cm)/(7.19cm)-1]/(2x3.14x50cm)=0.24Q。单个牺牲阳极块发生电流量。根据GJB156A-2008附录A，每块牺牲阳极发生电流量If(A)为：If=AE/R式中：AE-—驱动电压数值，取0.25V。通过计算可得出If=0.25V/(0.240)=1.04A。牺牲阳极需要量(N,块)。根据GJB156A中计算公式：N=iS/If通过计算可得出N=30mA/m2x4471.36m2/(1.04x1000mA)=128.98块，取整数为N=129块。设计图纸中给出牺牲阳极块安装数量为104块，因此须新增25块牺牲阳极块。4海水腐蚀原因分析海水是一种含有多种盐类近中性的电解质溶液，盐份中主要是NaCl,占总盐度的71.8%。海水的腐蚀是典型的电化学腐蚀，具有如下特征：海水腐蚀是氧的去极化腐蚀，阴极过程通常受氧扩散速度控制。碳钢在海水中的电化学反应如下：阳极：FefFe2++2e；阴极：O2+2H2O+4ef4OH海水中含有大量的C1等卤素离子，对大多数金属其阳极阻滞作用较小。海水腐蚀的特点与氯离子密切相关。氯离子是活性阴离子，使钝化膜遭到局部破坏。海水是良好的导电介质，电阻较小。因此和土壤及大气环境相比较，所构成的腐蚀电池作用更强烈，影响范围更远。海水中除发生全面腐蚀外，还易发生局部腐蚀，如孔蚀和缝隙腐蚀。在海水中的氯离子与金属铁起电化学反应，生成FeCl2；Fe+2C1=FeCl2；接着金属氯化物水解：FeCl2+2H2O=Fe(OH)2+2H++2Cl5海水充水试验5.1准备工作在原有牺牲阳极基础上新增25块牺牲阳极块，其中4块焊接于浮船下表面，新增牺牲阳极块焊接位置均匀分布；新增牺牲阳极块在试水时和投产后均能对储罐起到保护作用，试水完毕后不进行拆除。将储罐除进出水口外所有罐壁开孔用盲板进行临时封堵。中央排水系统保护铠和刮蜡板等不锈钢材质构件表层均匀涂抹1层黄油，进行密封保护。安装临时试水管道和管道泵，要求管道泵能在海水环境稳定工作；试水管道端部安装不同目数的多级滤网，对进入其中的海水进行过滤。修建1座容量300m3的沉淀池，用于海水沉淀后排出。5.2充水试验按照GB50128-2014《立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范》和设计要求进行充水试验，充水过程中，进行罐基础沉降观测，同时检查罐体强度及严密性、浮船升降试验及严密性、中央排水系统严密性等，具体过程本文不再赘述。5.3储罐放水充水试验完毕后，需将储罐放水：1)1/2h液位以上海水，可向另一台需要试水的储罐利用自然压力倒罐。2)1/2h液位以下海水，可由管道泵泵送至另一台需要试水的储罐。3)最后1台储罐中的海水，需用管道泵送至沉淀池内，经有效沉淀之后排入大海，避免污染环境。储罐放水时应在达到浮船支柱调整水位时暂停放水，待所有浮船立柱调整完毕后再行放水。5.4罐内清理放水完毕后，使用清洁淡水对罐内所有与海水接触部位反复清洗，如有必要可使用高压水枪，冲洗完毕后对罐内彻底清扫。待所有储罐试水全部完成后，将临时试水管道和管道泵拆除。5.5储罐检查1） 浮船下表面搭接焊缝设计为花焊，存在大量焊缝间隙，须用清洁淡水对焊缝间隙反复冲洗，避免焊缝间隙内残存腐蚀介质；在后续储罐浮船施工中，已将浮船下表面焊缝全部改为满焊。2） 已涂刷防腐漆部位但出现油漆鼓泡现象的个别区域，须对鼓泡处进行打磨，重新防腐。3） 个别区域出现盐垢，需用清洁淡水进行反复冲洗和擦拭，避免影响后续防腐施工。4） 所有牺牲阳极块表面均出现腐蚀情况，需清除表面的腐蚀层并用清洁淡水冲洗。6结语1）使用海水进行大型原油储罐充水试验方案可行，除后期冲洗、清罐外不再使用淡水，大大节约了淡水资源，降低了施工成本。2）海水排出前在沉淀池内充分沉淀，排入大海后对环境无影响。3）储罐充水试验过程中，通过增加有效防腐蚀措施起到了防护作用，对储罐寿命