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炼油厂5×100000m3外浮顶原油罐腐蚀与涂装技术

2017-11-02 10:10:37
作者:王巍
来源:防腐蚀论坛

介绍了5×104m3外浮顶原油罐在长期使用过程中内外壁金属表面存在的腐蚀现象,对腐蚀原因进行了分析。对原油罐内外壁防腐涂层的材料进行了筛选,确定原油罐内壁采用成膜物为环氧系的防腐涂料,外壁采用环氧改性的氯磺化聚乙烯橡胶为成膜物的防腐涂料。收到了较好的效果。其中,重点对防腐涂装的施工工艺及技术要求、施工过程进行了介绍。

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    1、使用情况


    某厂50000m3外浮顶储罐,规格为φ60.20×19.40米。浮盘形式为单盘式,即周边有32个浮仓,中间一个浮仓,其浮盘为5mm钢板,东西两边各一个积水槽,槽内有个DN150的排雨水单向阀,自96年11月份投用以来储存过混渣(催化油浆、焦化甩油、抽出油、污油)、原油、渣油,储存的油品组分复杂对罐底有一定的腐蚀;由于生产原因,储罐无法倒出,长期运行,从未刷过罐。


    由于该罐无法倒出近15年以来从没有进行防腐维修,从罐的外观检查,曝露在大气中的金属表面防腐层已经粉化,部分漆膜脱落失去防腐作用。油罐内壁金属表面浮盘下表面、罐底、罐底第一圈板,通过开罐检查发现这些金属表面存在大量的点蚀坑,有的腐蚀坑可以达到1~3毫米。


    2、原油贮罐的内、外腐蚀特点

 

    2.1罐内壁腐蚀

 

    2.1.1罐底内腐蚀。沉积水中氯离子、溶解氧、硫酸盐还原菌引起的腐蚀。沉积物中盐类和有机淤泥,其粘性抑制氧的扩散。形成氧浓差电池产生的腐蚀,腐蚀速度一般为0.2~0.8mm/a。有沉积水的高盐分污水引起电化学腐蚀、细菌腐蚀和垢下腐蚀,其腐蚀特征是斑点和坑蚀,腐蚀速度一般为0.4~0.8mm/a,最大可达2mm。


    2.1.2浮盘下表面腐蚀。一是,由于气温的变化,水蒸气易在罐顶内壁形成凝结水膜,罐内的二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、挥发酸等杂质会溶解在凝结水中,形成含有多种腐蚀成分的电解溶液。二是,由于罐的呼吸作用,氧气不断进入罐内并很容易通过凝结后的薄层液膜扩散到金属表面,从而发生主导性耗氧腐蚀。


    2.2 罐外壁腐蚀

 

    2.2.1防腐涂层的损坏。当被保护的金属表面,涂覆油性漆、醇酸漆等,因为环境中空气中含有二氧化硫和二氧化碳等与潮湿的空气中水作用,生成稀硫酸和碳酸,附着在防腐涂层表面。由于涂层的透气性,它能自发地沿着涂层与金属界面间扩展,而破坏涂层与金属表面的附着力。在太阳光的照射下,致使以油料成膜物质涂层皂化,使涂层变软、变脆而丧失原有的物理机械性能,导致涂层破坏。


    2.2.2金属表面腐蚀在潮湿时,腐蚀速度常受到氧的补给速度所控制。由于电解液膜层的存在,在金属表面的缺陷处发生电化学腐蚀,导致金属表面出现麻坑和大量的锈蚀产物[2],氧在金属表面上同金属接触,富氧区为阴极,贫氧区为阳极受到腐蚀。当涂料受到破坏时,金属表面易受到腐蚀,产生锈瘤,形成一个类似半球形的盖罩,使盖罩下面的金属缺氧面继续受到腐蚀。因供氧程度的不同,锈瘤表层是红褐色的高价铁氧化物,内层是黑色的磁性氧化铁或灰绿色的亚铁和高铁氧化物体的混合物。当金属表面存在锈蚀层时,它就起了水和氧的储槽作用,在一定的条件下腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。Evans认为大气腐蚀的锈蚀层处在湿润的条件下,可以作为强烈的氧化剂。


    所以说,金属表面一旦形成锈蚀层,在气体干湿交替的变化下,金属表面的腐蚀将进一步加剧。根据原油罐的腐蚀情况,首先要选择合适的防腐涂料和涂装方法,进行防腐施工,获得一个较好的防腐涂层,用来提高原油罐的使用寿命。


    3、防腐设计原则

 

    3.1内防腐涂层设计原则

 

    要求防腐涂层,① 耐油性好、对油品无污染;有良好导电性、耐腐蚀性和耐热性;韧性、附着力、抗冲击、耐磨性好;② 选用环氧系抗静电涂料;③ 防腐层为五层,干膜厚度≥220μm;④ 设计寿命不低于15年。另外,在设计时为排除原油贮存时油罐积累的静电荷,原油储罐内防腐层必须有良好导电性。因为进出油流摩擦形成静电,在防腐层完整的情况下,如果使用非导静电涂层,容易引起火灾。根据油罐的腐蚀情况及考虑国家标准《液体石油产品静电安全规定》BG13348-92规定,漆膜表面电阻率(Ω) ρs∠109、漆膜体积电阻率(Ω·m)ρv∠108。


    3.2外防腐涂层设计原则

 

    ① 材料强度、硬度、附着力要好,具有优良的保光性抗老化性;② 选用高耐候防腐专用涂料;③ 防腐层为五层,干膜厚度≥180μm;④ 设计寿命不低于10年

 

    4、储罐防腐部位设计与材料选择

 

    4.1罐内壁材料选择

 

    通过现场的实际考察,结合储油罐上的腐蚀与防护的管理经验,认为该罐的腐蚀已经到了严重的腐蚀阶段,也是金属表面恶性循环腐蚀阶段。所以应采取必要的防护措施,用来延长其设备的使用寿命。设计依据如下:


    4.1.1罐内壁防腐部位:该腐蚀部位是在罐底与浮盘下表面和浮盘处于储罐检修状态下的罐内壁的表面积。这些部位经常与油品与油气接触金属表面腐蚀较厉害。


    4.1.2罐内壁防腐材料的选择依据在多种涂料中筛选了“环氧型防腐防静电鳞片涂料”该涂料由底漆与面漆配套组成。其中漆膜表面电阻率(Ω) ρs1.6×106、漆膜体积电阻率(Ω·m)ρv6.2×105,远远小于国家标准。


    根据金属表面腐蚀的情况采取环氧富锌底漆两道,(干膜厚度约70μm),环氧玻璃鳞片防静电涂料面漆三道(干膜厚度150μm以上)。采用两道底漆是因为所施工的是旧的油罐,金属表面已经出现大量的蚀坑,大的有黄豆粒大,小的有小米粒大小,遍布金属表面。另外,金属表面处理的粗糙度40μm。如采用一道底漆只能获得35μm厚度漆膜,有一部分金属还没有遮盖住。这种条件情况下的金属表面只能用两道底漆用来解决覆盖金属表面的问题。如果金属表面底漆覆盖不住,这样获得不了金属与防护涂层的最佳附着力。


    采用环氧富锌底漆做底漆与环氧玻璃鳞片防静电涂料做面漆进行搭配。用在油罐内壁防腐是目前我国防腐方案中比较认可的方案。底漆主要是有机(环氧)富锌漆,在防腐上有电化学保护作用。面漆主要成膜物质为环氧树脂,它有良好的耐腐蚀性能。另外,在涂料中壁加入了玻璃鳞片,增加了抗腐蚀介质渗透的能力,这是传统涂料无法比的【3】。


    这一点在我厂4座10000立方米外浮顶汽油罐内壁实际使用已有15年漆膜不脱落、涂层效果很好,已经证明了这一点。


    4.2储罐外壁材料选择

 

    4.2.1罐外壁防腐部位根据现场的实际调查,该罐的浮舱上表面、浮舱内表面、储罐附件(与大气接触)、第七、八层圈板(不与介质接触的部分)。防腐涂层已经脱落、起层、粉化起不到防腐蚀作用应该重新进行防腐蚀涂装。


    4.2.2罐外壁防腐材料的选择根据金属表面重腐蚀的情况采取“高耐候外防腐专用涂料”底漆两道,(干膜厚度约70μm),“高耐候外防腐专用涂料”面漆三道(干膜厚度120μm以上)。


    ⑴ 选择依据 原采用的涂料从分子结构看,透气、透水性强。从耐蚀性看,常规的油性材料耐老化不好、不耐酸碱及溶剂的侵蚀。虽然说,采用氯磺化聚乙烯涂料(以下简称氯磺化)能解决耐老化性等一些问题,但是涂料的强度、附着力、装饰性等没有很好的解决。


    为了解决这些问题,近几年来采用“高耐候外防腐专用涂料”,是一种较好的涂料。因为材料的保光性、抗老化性,特别是耐蚀性优于一般的氯磺化。因该材料在耐水、耐热、耐化学品、单组分储存稳定性、交联速度、色稳定性、着色能力、耐污染、清漆成膜透明、涂料生产中易分散十个方面,与其它交联体系的涂料相比,显示了明显的优越性,是国外公认十项技术性总积分最高的交联剂型氯磺化性聚乙烯涂料。


    ⑵效果  1995年以来我厂在部分装置的设备、金属结结构等进行了防腐,累计35万平方米。比原有的防腐涂料提高使用寿命2倍以上。所以说,该材料在化工系统的设备等方面使用,综合效益是很好的。


    5、技术方案与技术要求


    5.1技术方案

 

    根据现场的实际情况设计了如下施工方案:内防腐施工工艺一览表见表1;外防腐施工工艺一览表见表2。


    5.2 技术要求

 

    5.2.1内壁

 

    5.2.1.1底面处理:对于罐内壁进行机械喷砂处理。处理后的金属表面达到 国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-88中Sa2.5 级。因为本次施工为旧罐,金属表面附有大量的原油及锈蚀产物,采用一次喷砂达不到Sa2.5级,所以首先在清楚污油的情况下,然后采用河砂进行喷涂,去处金属表面污油,特别是金属表面凹坑的污油也可以除去。另外,在保证金属表面达到要求的前提下,可以节约石英砂的成本。


    5.2.1.2涂刷两道底漆:底层涂料应在喷砂和清扫后进行。然后涂刷两道导静电防腐涂料,每道漆固化不小于24小时。


    5.2.1.3中间漆一道:当底漆固化20小时后,涂刷导静电防腐涂料。每道漆固化不小于24小时。


    5.2.1.4面漆两道:中间漆固化小于24小时后,涂刷两道导静电防腐涂料面漆,每道漆的固化时间为24小时。


    以上5道漆膜的总厚度达到220μm以上。


    5.2.2外壁5.2.2.1底面处理:同内壁防腐底面处理相同,达到BG8923-88中Sa2.5级。


    5.2.2.2底漆两道:底面处理完后检查合格,高耐候外防腐专用底漆二道。每道漆固化时间为12小时。


    5.2.2.3中间漆一道:底漆固化12小时后,高耐候外防腐专用中间漆一道,要求颜色为浅灰色。


    5.2.2.4面漆两道:中间漆固化12小时后,高耐候外防腐专用面漆两道,其中颜色要符合《石油化工设备罐道钢结构表面色和标志规定》SH3043-2003规定。其中,梁、柱、支承、铺板、踏板为蓝灰色。栏杆、护拦、扶手为淡黄色,罐体为银色。


    5.3验收5.3.1该工程验收包括中间验收与竣工验收。


    5.3.2中间验收是防腐工程开始后,每一道不同工序完成后所进行的验收,即施工单位与使用单位对工程质量按化工部《化工设备、管道防腐蚀工程及验收规范》HGJ229-91有关章节执行。


    5.3.3竣工验收做到:防腐涂层“涂层光滑平整,颜色一致、无气泡、剥落、漏刷、返锈、透底和起皱等缺陷。”内、外壁防腐涂层厚度分别为≥220μm和≥180μm。


    5.3.4施工单位根据通过公司审批后的施工工艺及技术要求编制施工方案,须经乙方审批并经甲方认可后方可实施。


    6、施工

 

    6.1施工前准备

 

    6.1.1 根据现场情况,以准确、实际、安全、方便施工、保证质量、节省人力、物力、财力为原则编制实施方案。


    6.1.2 编制施工机具、检测仪器、计量仪器计划,提出施工用料和施工手段用料计划。


    6.1.3 制定工时计划,建立施工组织,制定全员培训计划。


    6.1.4 规划、绘制施工总平面图,要含有施工、生活临时设施、堆场、仓库、工作间、机械设置、消防道路、用水用电。


    6.1.5 搭设施工用临时设施,保证垂直和水平运输,人行通道,施工用料堆场。加工平台,操作面脚手架搭设。


    6.1.6 准备施工用的标准样板,征得甲方的同意和甲方确定质量控制点,便于开展质量检查工作,提出开工报告。


    6.1.7材料准备6.1.7.1石英砂:要求质坚、有棱角,无杂质,含水<1% ,超过1%时需进行烘干后方能使用。中号河沙:质坚、棱角较小,无杂质,含水<1% ,超过1%时需进行烘干后方能使用。


    6.1.7.2防腐涂料:对检验合格的材料,合理存放,做好防雨、防火。


    6.1.8机具准备6.1.8.1空气压缩机、喷砂机四套,备用两套;涂层测厚仪、温度计各一个;高压胶带、喷枪嘴、劳保用品等各种配套物资按计划用量备齐。


    6.1.8.2把施工中所用的各种设备、机具提前进入施工现场,认真检查,确保无误;接通电源,调试完毕后待用。


    6.2防腐施工

 

    6.2.1施工工艺为:


    机械喷河砂清油――清砂除尘――机械喷石英砂除锈――清砂除尘――涂刷防腐涂料。本次施工分为储罐内外壁施工。


    6.2.2储罐金属表面处理要求质量标准控制:本次施工对于金属表面需要涂装防腐涂料的要达到GB8923-88Sa2.5级标准,即:钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物,表面应显示均匀的金属光泽,并用吸尘器、干燥洁净的压缩空气或刷子清除粉尘。表面无任何残留物,同时表面有40μm 左右的粗糙度。根据表面粗糙度选用粒度应在0.4~3mm。为了节约成本喷砂作业时,先用河砂喷一遍然后用石英砂喷涂并控制表面粗糙度在40μm±10μm。


    6.2.3机械喷砂施工6.2.3.1操作准备要求①应尽可能缩短风源与工作面。整个系统不应有漏气部位存在,应尽量减少系统内接头的数目,以利于减少漏气、减低压力降。


    ②准备标准长度的喷砂软管,根据喷砂机与工作面的距离,选用合适长度的管子,以减少无用长度带来的压力降。


    ③喷砂磨料应存放在干燥处,且有防雨措施,如果受潮,必须烘干。


    6.2.3.2辅助设备:


    ① 准备好表面粗糙度比较板;②粗糙度检测仪。


    6.2.3.3表面喷砂处理做到:


    ①喷砂用压缩空气必须干燥、无油,可将压缩空气向白纸上喷射20~30秒钟之后,纸上不留下油或水的痕迹即可。


    ②喷砂机喷嘴处空气压力在0.6~0.8Mpa之间调整;③喷砂机喷嘴到基体表面距离为80~100mm;④喷嘴口径6~8mm;⑤喷射角度30~80度;⑥喷砂后用净化风吹净基体表面附着的灰尘。


    6.2.4涂料施工6.2.4.1涂料配制,本次施工内、外壁采用的涂料均为双组份材料,按以下要求进行。


    ①涂刷前才能将双组分混合配制,配制前确认A、B组分以及稀释剂是否配套,是否与要求施涂型号一致,是否失效。


    ②A组分配制前必须搅拌至底部无沉积且上下均匀。


    ③将均匀的A、B组分按说明书重量比称取少量试涂,用稀释剂调整粘度使涂敷工艺条件达最佳,保证单膜厚度和质量。


    ④根据涂敷面积和单涂膜厚度计算A、B组分以及稀释剂用量、并控制配料量在说明书要求时间内用完,防止配量太多涂刷超时而过度熟化增稠影响涂膜质量。


    ⑤涂料如需稀释,严格按产品说明书要求控制,按计算好的稀释剂比例称好后加入A组分中搅拌均匀,而后加入B组分搅拌5-10分钟,使A、B组分熟化。而后静置5-10分钟,消除搅拌引入的空气泡。搅拌与静置时间的长短取决于配料量,料多时间长。


    ⑥混合好的涂料用100目滤网过滤后方可施涂。施涂过程中一旦涂料反应过度而发生增稠,要立即停止施涂。该涂料已报废应重新配料。涂料反应过度时间与环境温度有关,温度高所需时间短,料要少配,反之温度低所需时间长,配料量可适当增加。


    ⑦稀释剂要用涂料配套稀释剂,不得随意选用其它稀释剂。


    6.2.4.2涂敷工艺①相对湿度高于80%时,不宜施工②表面预处理合格后至涂敷第一遍涂料的间隔时间内出现锈蚀现象,应重新进行表面预处理。


    ③涂敷施工,按至上而下的顺序进行涂敷,罐底要做好保护,防止涂料落上成瘤、涂敷应均匀,不得漏涂。


    ④焊缝、边角及表面凹凸不平部位应用刷子先涂敷一遍。


    ⑤每道涂料的涂敷间隔应不大于24h,下一道涂料宜在上道涂料表干后涂敷。最后一道面涂料涂敷完成后,应在常温25℃下固化7d以上方可投入使用。如果固化温度低于10℃,应固化15天以上方可投入使用。


    6.2.4.3施工过程①内壁A、底面处理:对于罐内壁进行机械喷砂处理。处理后的金属表面达到GB8923-88中Sa2.5 级。


    B、涂刷两道底漆:底层涂料应在喷砂和清扫后进行。然后涂刷两道导静电防腐涂料,每道漆固化不小于24小时。


    C、中间漆一道:当底漆固化24小时后,涂刷导静电防腐涂料。每道漆固化不小于24小时。


    D:面漆两道:中间漆固化小于24小时后,涂刷两道导静电防腐涂料面漆,每道漆的固化时间为24小时。


    以上5道漆膜的总厚度达到220μm以上。


    ②外壁A底面处理:金属表面处理要达到BG8923-88中S2.5级。


    B底漆两道:底面处理完后检查合格,EPH高耐候外防腐专用底漆二道。每道漆固化时间为8小时。


    C中间漆一道:底漆固化8小时后,EPH高耐候外防腐专用中间漆一道,要求颜色为浅灰色。


    D面漆两道:中间漆固化8小时后,EPH-1高耐候外防腐专用面漆两道,其中颜色要符合《石油化工设备罐道钢结构表面色和标志规定》SH3043-2003规定。其中,梁、柱、支承、铺板、踏板为蓝灰色。栏杆、护拦、扶手为淡黄色。罐体为银色。


    6.2.4.4质量检验施工过程质量检验,① 每涂敷完一道漆后,应检查涂层的外观和湿膜厚度,不得漏涂,每层厚度应均匀。出现漏涂或厚度不够时,应及时补涂。② 后一道面漆实干后、固化前应对涂层的厚度进行检查,厚度不合格应增加涂敷层数直至合格。


    防腐层最终质量检验,①内防腐层全部涂敷完成并固化后,应对防腐层进行外观、厚度、漏点和粘结力检验。检验结果应做好记录。② 外观检查应做到,内表面的防腐层应全部目测检查;防腐层表面应平整、光滑,且不得有漏涂、发粘、脱皮、气泡和斑痕等缺陷存在。表面有缺陷的防腐层应按本方案的规定进行处理。


    6.2.4.5 漏点检查应符合下列规定:


    ①用5-10倍放大镜检查,无漏点者为合格。对焊缝处等薄弱环节应重点检查,对有不合格点的相应部位应加大抽查比例。


    ②检查数量:涂料层应符合GB16906-97附录中的验收程序规定,抽查率应等于或大于涂敷面积的5%,并应对焊缝处等薄弱环节重点检查。


    ③质量标准:漏点数1个/m2允许修补,漏点数超过1个/m2应进行全面复涂。


    6.3 卫生、安全和环境保护6.3.1防腐涂料在装卸及运输过程中严禁剧烈碰撞,应防止雨淋、日光曝晒和包装件损坏,运输过程中不得与酸、碱等腐蚀性物品及柴草、纸张等易燃品混装,并应符合运输部门有关规定。


    6.3.2防腐施工现场必须有完善、有效的消防措施。


    6.3.3防腐施工人员应配备防护工作服、防护(防毒)面具、防护鞋及防护手套等。施工现场还应备有防护药品。


    6.3.4进入罐内的操作人员至少应有2人,进口处应设置标志,并应有专人负责安全监护。


    6.3.5在罐内施工时,应采用防爆照明灯具。手持式照明灯其电压不得高于36V,灯线必须采用橡套电缆。无照明条件不得进入罐内作业。严禁携带一切火种进入罐内。


    6.3.6在罐内施工时,应强制通风。


    6.3.7罐内防腐层涂敷的安全、环境保护应符合《涂装作业安全规程 涂漆前处理工艺安全》GB7692及《涂装作业安全规程 涂漆前处理工艺通风净化》GB7693的规定。


    6.3.8离地面2m以上进行施工时,必须制定高处作业的安全防护措施,并严格执行。


    6.4交工资料防腐施工结束后,施工单位应提供下列文件:


    6.4.1涂料出厂合格证及检验报告;6.4.2防腐层涂敷施工记录;6.4.3防腐层质量检验报告;6.4.4修补与复涂记录,包括修补地点、原因、方法、数量及检验结果;6.4.5其他有关记录。


    7.效果

 

    2010年8月对我厂输转车间1座60000m3的原油罐进行了施工。通过检查,防腐涂层整体性完好,涂层表面有光泽,无起皮、起泡、龟裂、脱落等现象。防腐涂层表面没有任何锈蚀产物附着在表面。现正在继续使用。


    8.结论

 

    10.1原油罐内壁防腐涂料,耐水、耐腐蚀性优异。表面气孔率低,在该条件下使用抗渗透性优异,不易龟裂、耐磨、强度好;该材料漆膜坚韧、附着力强,其中硬度,漆膜致密,韧性好,漆膜光亮性、色泽鲜艳。


    所以说该防腐涂层长期在含有酸性介质的水溶液中使用,解决了金属表面腐蚀的难题。


    10.2原油罐外壁漆膜坚韧、硬度、抗老化性、耐寒性、抗裂性,优于一般的氯磺化聚乙烯涂料;在一般化工大气中使用,比一般的常规涂料,如:醇酸调和漆、酚醛树脂等使用寿命长;比一般氯磺化聚乙烯涂料耐蚀性提高了许多,特别是防腐后表面装饰大为改观。可以与有机氟涂料相媲美;表面气孔率低,所以在潮湿的条件下抗渗性优异,是其它常规涂料不能比的;该材料的底漆在金属表面涂刷时比氯磺化聚乙烯涂料底漆附着力有明显的提高。


    所以说,该涂料适用于化工大气的环境中。设备表面、金属框架表面防腐蚀采用该材料,解决了常规涂料难以解决的防腐问题。


    总之,对于已使用多年的储罐进行防腐涂装,只要选用适合储油罐使用的防腐涂料,制定合理的涂装方法,严格执行预先制定的施工方案施工,就可以获得较好的防腐涂装的施工质量。

 

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