摘 要

随着现代科技的发展，人们的生活与石油已经密不可分。因此原油的加工和储存过程格外收到了关注，因此，本文就其中储存过程的腐蚀进行了详细的讨论。结合国内外的许多大型油罐的设计与防腐情况，对大型储罐进行了结构设计和防腐系统设计。本次设计的储罐为15万立方米的原油罐，使用了WH610D2的高强度钢作为罐体材质，并采用外浮顶的单盘式结构。而防腐系统主要使用涂层防护和阴极保护系统防护相结合的方法，对原油储罐易发生腐蚀的部位进行了不同的防腐系统设计。对原油罐的内外壁、罐顶和罐底进行了防腐涂层的设计，还针对性的对原油罐底板外表面添加了外加直流电源的阴极保护法，对底板内表面添加了牺牲阳极的阴极保护法。并在实际的储存中，对原油所使用的缓蚀剂进行了一定的研究。

关键词：十五万立方米原油罐；防腐蚀系统设计；涂层保护；阴极保护；缓蚀剂

Abstract

With the development of modern science and technology, people's lives and oil are inseparable. Therefore, the process of crude oil processing and storage has received particular attention. Therefore, this article discusses the corrosion of the stored process in detail. Combining the design and corrosion protection of many large-scale oil tanks at home and abroad, the structural design and anti-corrosion system design of large-scale storage tanks were carried out. The tank designed for this time is a 150,000 cubic meter crude oil tank and uses a high-strength, high-capacity WH610D2 as a tank body and a single-disc structure with an outer floating roof. The anti-corrosion system mainly uses the combination of coating protection and cathodic protection system protection, and carries out different anti-corrosion system design for locations where crude oil tanks are prone to corrosion. Designed the anticorrosive coating on the inner and outer walls of the crude oil tank, the tank top and the tank bottom, added a DC protection cathode protection method to the outer surface of the targeted team crude oil tank, and added a sacrificial anode to the inner surface of the bottom plate. Cathodic protection. And in actual storage, the corrosion inhibitor used in crude oil has been studied.

Keywords: 150,000 cubic meters crude oil tank; anti-corrosion system design; coating protection; cathodic protection; corrosion inhibitor.

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外原油罐防腐的发展概况 1

1.3研究的基本内容 2

第2章 十五万立方米原油罐的结构设计 3

2.1油罐的选址 3

2.2油罐的基本参数 3

2.3油罐主体材质的选择 3

2.4 储罐的结构型式设计 4

第三章 原油罐失效机理 5

3.1原油罐罐壁气相部位腐蚀 5

3.2原油罐罐壁油相部位腐蚀 5

3.3原油罐内底板腐蚀 5

3.4原油罐外壁腐蚀 6

3.5原油罐底板下表面腐蚀 6

第四章 原油罐表面防腐系统设计 8

4.1原油罐内壁防腐系统设计 8

4.1.1原油罐罐罐壁下部2m 8

4.1.2距罐顶2m罐内壁 9

4.1.3罐内壁部位防腐 9

4.2罐外壁和罐顶外壁的防腐系统设计 10

4.3原油罐外底板防腐 10

4.3.1牺牲阳极的阴极保护法 10

4.3.2外加直流电源的阴极保护法 11

4.4缓蚀剂保护技术 11

第五章 十五万立方米原油罐阴极保护系统设计 13

5.1阴极保护的定义原理和分类 13

5.1.1牺牲阳极的阴极保护法 13

5.1.2外加直流电源的阴极保护法 13

5.2原油罐外底板的阴极保护系统 14

5.2.1设计电流密度 14

5.2.2外底板强制电流阴极保护参数的计算 14

5.3原油储罐内底板牺牲阳极阴极保护设计 16

5.3.1电流密度取值 16

5.3.2牺牲阳极的阴极保护法参数计算 16

5.3.3阳极的布置与安装 17

第六章 原油罐内壁防腐方法计算 19

6.1沉积水的水相部位 19

6.2储罐的罐体部位防腐技术 20

6.3原油罐内罐顶防腐技术 21

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结 论 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

在石油化工行业中,原油储罐是必不可少的部分,因此，储罐的维护工作占了石油化工企业进行安全生产与管理的很大部分，原油罐在使用过程中，经常会遇到各种各样的失效原因，而在众多的失效原因中，腐蚀毫无疑问是原油罐失效的一大原因。

根据国外的数据调查^[1],每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料达100Mt以上。许多国家在各自国内腐蚀的调查中,发现由于腐蚀而造成的经济损失高达国民经济总产值的3%~4%,这是十分惊人的。因此,腐蚀的研究进入了各国防腐研究的眼里，并受到极大的重视,针对各种不同腐蚀情况,针对性的使用防护措施,来降低腐蚀引起的各种损失。

储油罐腐蚀是一种普遍存在的现象，如果不采取防腐措施，将会对油品的存储造成很大的影响，严重时还会出现泄漏的现象。近10年以来，我国对原油产品及原油产品的衍生物的需求不断增加，这使得油品的运输以及存储问题受到了人们关注。为了解决在实际工作中遇到的许多问题，腐蚀工作者经过长期的调查研究，对原油罐产生腐蚀的原因进行了细致的分析，在此基础上，通过分析原油腐蚀的原因，设计出相关的防腐蚀措施，这些方法提高了储油罐的使用寿命，对于我国石油工业的发展也有着至关重要的意义。

1.2国内外原油罐防腐的发展概况

通常情况下，我们将未经加工处理的油品称为原油。它是一种黑褐色并带有绿色荧光，具有特殊气味的粘稠性油状液体，含有多种烃类。C和H组成了原油的基本元素，占了绝大多数的比例；还有少量的硫、氧、氮和极微量的金属元素等元素。原油经炼制加工可以获得各种燃料油、溶剂油、润滑油、润滑脂、石蜡、沥青以及液化气、芳烃等产品，为国民经济各部门提供燃料、原料和化工产品^[2]。原油罐作为储存原油的设备，其主要失效原因与原油的成分有十分巨大的关系。首先，原油中含有部分酸性物质，这部分物质会与原油中的水分相结合而沉底，进而对原油罐产生严重腐蚀。其次，原油罐中也会发生电化学腐蚀，这部分腐蚀主要体现在原油罐的油气界面。最后在原油罐的接地部分，也会产生不同于原油罐内部的各种腐蚀。这些腐蚀，都会减少原油罐的使用寿命。迄今为止，原油罐的防腐蚀技术主要有涂层防腐技术，电化学保护技术和加入缓蚀剂等。

热喷涂技术和新型防腐涂料是常见的涂层防腐技术，鉴于本次设计成本，本次设计主要采用涂层防腐。热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。新型防腐涂料则是在目标材料上直接涂上一层防腐涂料。从原理上来说，热喷涂与新型防腐涂料都是通过在目标材料商生成一层难以腐蚀的覆盖物以防止腐蚀。而两种方法的主要区别在于对涂料的处理以及选择部分。

阴极保护法是电化学保护金属时的主要手段，而阴极保护法主要包括牺牲阳极法和外加电流法两种。牺牲阳极法是将较活泼金属与被保护单位相连，使被保护体极化从而达到保护的目的。外加电流法是将被保护单位与电源负极相连，用外部电流来减少腐蚀的速度。阴极保护是国际上公认的防腐蚀技术，在国内外都有着很长的发展时间，而且阴极保护被用于各种需要进行金属保护的地方。尤其是对管道、储罐和码头等方面，有着巨大的成效，基本是无可替代的技术。国外上世纪四十年代就开始应用石油和化工设施的防腐系统^[3]。1958年，我国开始研究阴极保护，在之后的几年里，其发展迅速，并且应用于各大城市的管线。现如今，我国的阴极防腐技术已经日益完善，基本上达到国际上的平均水平。而在国外，由于技术研发得相对较早，阴极保护技术现状有下面几个方面具有优势：设计的先进性，阴极保护遥测与遥控技术，强电干扰时的表现，极端条件下的金属保护，阴极保护电位测试和防腐层面电阻的测量技术。

缓蚀剂防腐主要是利用缓蚀剂的作用来达到减缓油管腐蚀的目的。缓蚀剂根据使用的对象不同可以分为三类^[4]：气相缓蚀剂，只溶于油的油溶性缓蚀剂和只溶于水的水溶性缓蚀剂。这三种缓蚀剂针对腐蚀成因气相腐蚀，油相腐蚀和水相腐蚀进行了防腐。在使用缓蚀剂的时候，相关标准和用量也要受到额外的关注，以达到最大防腐目的。

1.3研究的基本内容

(1)对十五万立方米原油罐进行结构设计，主要包括罐体尺寸的确定、罐体材料的选定、有无浮顶结构和罐底结构的确定；

(2)十五万立方米原油罐腐蚀机理分析：分析造成原油油罐表面腐蚀和内壁腐蚀的原因；

(3)十五万立方米原油罐表面防腐系统设计：对罐体表面防腐涂层进行系统的设计；

(4)十五万立方米原油罐阴极保护系统设计：对原油罐罐底内外表面设计牺牲阳极和外加电流两种阴极保护系统，并计算相关用量和面积；

(5)十五万立方米原油罐内壁防腐方法探讨：针对原油罐不同部位进行不同的防腐涂层系统设计。

第2章 十五万立方米原油罐的结构设计

2.1油罐的选址

本次设计的油罐选址选在天津，而原油中种类则是经过净化过的净化原油，天津市位于中华人民共和国天津市海河入海口，处于京津冀城市群和环渤海经济圈的交汇点上，是中国北方重要的综合性港口和对外贸易口岸。

天津港处于海河入海口，其基本气候条件如下：年平均降水量为571毫米，24小时最大降水量达到了280mm，四季降水量占全年降水量的比例分别为冬季2%、春季12%、夏季72%、秋季14%。平均气温为11.3～12.8℃，1月最冷，月平均气温为－5.5～－3.4℃，平均最低气温为－10.2～－6.0℃，7月最热，各区月平均气温为25.8～26.6℃，平均最高气温为29.7～31.2℃^[6]。

2.2油罐的基本参数

本次设计的油罐为15万立方米的外浮顶原油罐，查阅相关规范后可得其基本尺寸为内径93m，高度24m，设计最高液位为21m，油罐的基本参数如表2.1：

表2.1 油罐的基本参数

2.3油罐主体材质的选择

随着油罐体积的不断扩大，对罐体材料的要求也越来越高，罐体材料要有良好的耐腐蚀性，耐磨性，可焊性，同时要求其有一定的屈服强度和抗拉强度。为了避免罐底和罐壁因为过后而导致的整体热问题和焊接问题，一般采用高强度钢钢板

表2.2 WH610D2的化学成分表

注：Pcm=C Si/30 (Mn Cu Cr）/20 Ni/60 Mo/15 V/10 5B：

表2.3 WH610D2钢板的力学性能

本次设计中，采用的是武汉钢铁集团生产的高强度WH610D2，其主要参数表2.2

2.4 储罐的结构型式设计

由于本次设计的原油罐是15万立方米的原油罐，而原油罐的两种罐顶中，拱顶罐在设计时其容积不超过1万立方米。因此本次设计采用浮顶罐。

浮顶油罐罐顶是一覆盖在油面上，并随油面升降的盘状结构物，称为浮顶。由于浮顶油罐的浮顶与油面间几乎不存在气体空间，气体空间的减少可以极大地减少油品的蒸发损耗，同时还可以防止油品挥发的蒸汽对环境污染，并且还能减少火灾的起火因素。所以，本次设计采用浮顶罐。

根据油罐的结构型式可以将浮顶罐分为单盘式和双盘式，而双盘式主要用于溶剂少于5000立方米的浮顶罐，其隔热效果良好，并且多用于轻质油罐。而单盘式浮顶多用于容积大于5000立方米的原油罐，其主要原因是节省钢材^[6]。从储存容积来看本次设计选用单盘式浮顶罐。

根据油罐壳体是否封顶，原油罐也分为外浮顶与内浮顶罐。两者都可以大大降低油品的蒸发损耗。但是由于内浮顶罐不适合建造大型储油罐，且施工要求较高，因此对于大型油罐一般采用外浮顶式油罐。

储罐罐底主要有正圆锥形罐底、倒圆锥形罐底、倒偏锥形罐底、单面倾斜形罐底以及阶梯式漏斗形罐底等五种结构形式。本次设计中正圆锥形罐底为最佳选择。这种罐底周边部位低，可以基本满足去除杂质的要求，是一种传统的罐底结构型式。

第3章 原油罐失效机理

原油罐的失效原因一般分为磨损、断裂和腐蚀三大类，在实际生产活动中，磨损和断裂所引起的原油罐失效占比十分微少，因此，腐蚀成为了原油罐失效的主要原因。而在原油罐上，不同的部位有着不同的腐蚀成因，其主要分为三个主要部位：罐顶、罐壁和罐底，而罐壁和罐底存在内壁和外壁，内壁和外币的成因也大不相同。

3.1原油罐罐壁气相部位腐蚀

油罐气相部位与原油戒指没有直接接触，因此，原油罐气相部位腐蚀的主要原因是化学腐蚀。在原油入罐的过程中，原油中的酸性物质很难完全去除干净，而这些酸性物质中有些成分经常在储存的时候挥发出去，挥发出的酸性物质和原油罐内油品上方的水结合而形成酸，从而造成原油罐气相部分的腐蚀。一般来说，原油罐气相腐蚀可以分为两种：

（1）二氧化碳腐蚀：CO₂溶于水会形成H₂CO₃，H₂CO₃呈酸性，铁会与H₂CO₃发生化学反应，把铁溶解并放出氢气。二氧化碳造成的腐蚀有比较明显的特征，经二氧化碳腐蚀的罐壁经常呈现坑点状和片状^[7]。

（2）硫腐蚀：这种腐蚀主要因素是元素硫和硫化氢。如果环境干燥，那么硫化氢对金属几乎无腐蚀作用，但如果环境潮湿或者有酸性物质的存在，那么腐蚀速度会几句增加。硫化氢在水中发生电离的方程式如下：