高溫高濕地區(qū)油品碼頭設(shè)備腐蝕原因分析及應(yīng)對(duì)措施

蒙忠浩 白治偉

（中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦 578101）

1 碼頭概況

某石化油品碼頭位于海南島的西北部洋浦灣，西鄰北部灣；共有兩個(gè)碼頭，一個(gè)是原油碼頭，另一個(gè)是成品油碼頭。其中，原油碼頭為1個(gè)30萬(wàn)噸級(jí)原油接卸、燃料油裝卸泊位；成品油碼頭為1個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)、4個(gè)5000噸級(jí)、2個(gè)10000噸級(jí)泊位。原油碼頭為高樁碼頭，是以棧橋形式從岸邊直伸海中蝶形布置，全長(zhǎng)2500米，泊位長(zhǎng)度500米，海水消防泵房1處，綜合樓1座，碼頭改造后，新建引橋1座，全長(zhǎng)2000米，與原油作業(yè)泊位平臺(tái)連接，共用泊位設(shè)施裝卸燃料油。成品油碼頭建筑是以防坡提、棧橋形式從岸邊直伸海中U形布置，防坡提全長(zhǎng)1200米，設(shè)有作業(yè)泊位7個(gè)。

2 自然條件

（1）氣溫：洋浦灣年平均氣溫為24.7℃。其中，7月份氣溫最高，可達(dá)38.5℃以上，月平均氣溫為29.3℃。相比而言，1月份氣溫最低，可下降至7.3℃，但月平均氣溫也有18.9℃。（2）降水：由于受季風(fēng)影響，洋浦灣區(qū)干季和雨季非常分明。通常情況下，5月到10 月為雨季，11月至次年4月為旱季。其中，7、8 月降水量最多，約占全年總降水量的48%，而12月的降雨量最少。年平均降水日數(shù)為100.8天， 年平均降水量達(dá)1114 mm。（3）雷暴：洋浦灣區(qū)為雷暴多發(fā)地區(qū)，年平均雷暴日數(shù)達(dá)114天。（4）相對(duì)濕度：洋浦灣區(qū)年平均相對(duì)濕度為82%，最小相對(duì)濕度為26%。（5）風(fēng)況：洋浦灣區(qū)年平均風(fēng)速為3.6 m/s。常風(fēng)向?yàn)镋NE 向，頻率為22.3%，次常風(fēng)向?yàn)镹E，頻率為18.1%。每月10月至次年4月盛行NE向風(fēng)，6～8月盛行SW～SSW 向風(fēng)，尤以7、8月份為最盛。5月和9月為季風(fēng)轉(zhuǎn)換期。強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镾W向，最大風(fēng)速為32.3 m/s?！?級(jí)大風(fēng)天數(shù)年平均為5.2天，≥5級(jí)風(fēng)天數(shù)年平均為21.6天。

3 原油管線腐蝕情況

該石化公司原油全部由30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭運(yùn)送。兩條DN800原油管線，每條長(zhǎng)4500米，其中碼頭內(nèi)臨海段2300米（含引橋段和引堤段），碼頭至罐區(qū)2200米，沿馬路一側(cè)高出地面大約1米架空布置。所用原油管線基本物性參數(shù)見表2。

表2. 原油管線物性參數(shù)

3.1 原油管線內(nèi)部腐蝕

在含硫原油中存在多種腐蝕性物質(zhì)，如硫化氫、硫醇、硫、溶解氧、鹽類、有機(jī)酸等。這其中，硫及相關(guān)硫化物的腐蝕性最強(qiáng)，因?yàn)樗鼈兡軌蛑苯优c管線或設(shè)備發(fā)生反應(yīng)。隨著硫含量的增加，對(duì)原油管線的腐蝕也會(huì)明顯加劇，出現(xiàn)大面積腐蝕斑點(diǎn)，陽(yáng)極腐蝕電流都集中到斑點(diǎn)區(qū)域，因而腐蝕電流密度增大，加速了腐蝕進(jìn)程。原油中石油酸是影響腐蝕的另一個(gè)重要因素，隨著原油酸值的增大，管材的腐蝕速率明顯增強(qiáng)。

該公司加工的原油相對(duì)固定，以阿曼原油為主，其主要成分見表3。阿曼原油活性硫含量、酸值均較高，有較強(qiáng)的腐蝕性。因此對(duì)原油管線內(nèi)腐蝕研究主要考慮阿曼原油的影響。

表3 阿曼原油的主要成分

目前，該公司已委托中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院對(duì)兩條原油管道內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明：兩條原油管線內(nèi)腐蝕減薄較輕，但發(fā)現(xiàn)一條原油管線內(nèi)部有一處坑蝕部位（最小壁厚7.3mm，周圍壁厚8.4mm）?？游g對(duì)原油管線的危害最大，不僅是因?yàn)閮?nèi)部坑蝕在日常工作中難以被發(fā)現(xiàn)，而且蝕孔一旦形成，就會(huì)因?yàn)榫植繎?yīng)力集中和自催化作用而迅速發(fā)展，最終常因穿孔泄漏而造成嚴(yán)重事故。

3.2 原油管線外腐蝕

該石化公司兩條原油管線沿海鋪設(shè)，鋼引橋向海中延伸1.8KM，處于海上大氣區(qū)的強(qiáng)腐蝕環(huán)境中。海洋大氣區(qū)的主要腐蝕因素是侵害金屬表面的海風(fēng)鹽霧與沉積的鹽粒塵埃。鹽粒沉積與風(fēng)浪大小、距海面高度、曝曬時(shí)間及降水多少有關(guān)。由于積鹽中的氯化鈣、氯化鎂和氯化鈉具有吸濕性，容易在金屬表面，特別是在縫隙中形成液膜。當(dāng)晝夜、季節(jié)、氣候變化達(dá)到露點(diǎn)時(shí)尤其明顯。由于涂料微孔和縫隙中的毛細(xì)管凝聚效應(yīng)，即使達(dá)不到露點(diǎn)，也會(huì)形成液膜。含有氯化物的液膜是發(fā)生電化學(xué)腐蝕的必要因素，腐蝕速度隨液膜厚度增加而提高，當(dāng)厚度在10～100μm時(shí)腐蝕速度出現(xiàn)極大值，這是由于氧的擴(kuò)散與液膜電阻兩個(gè)相反因素共同影響的結(jié)果。原油管線在使用一般油漆防腐后的兩年后，表面會(huì)逐漸粉化，逐漸出現(xiàn)坑蝕。

目前，該公司已委托中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院對(duì)兩條原油管道向海中延伸部分進(jìn)行管外檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明：（1）部分膨脹節(jié)波紋管表面腐蝕。（2）外防腐保溫層部分有裂縫，外覆蓋層部分與防銹漆部分脫落，管體外腐蝕嚴(yán)重。同時(shí)，許多部位管體表面存在腐蝕坑點(diǎn)，特別是焊縫處的腐蝕更為嚴(yán)重（見圖3）。

圖3 原油管線外部腐蝕狀況

3.3 對(duì)策

針對(duì)目前碼頭原油管線的腐蝕現(xiàn)狀提出以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）原油管線采用超聲波定期檢測(cè)，對(duì)發(fā)現(xiàn)坑蝕部位要及時(shí)貼板，加強(qiáng)保護(hù)。（2）采用智能化巡線儀敦促巡檢人員落實(shí)巡線制度，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)處理。（3）鑒于海南煉化所處位置氣候特點(diǎn)，去除保溫層，管線重新噴砂防腐。（4）對(duì)腐蝕嚴(yán)重區(qū)域采用補(bǔ)強(qiáng)措施，對(duì)管線進(jìn)行貼板處理。（5）原油管線要定期防腐，一般四五年為宜。（6）膨脹節(jié)和原油法蘭連接使用黃油類物質(zhì)填充并使用油性物質(zhì)對(duì)整個(gè)法蘭及螺栓進(jìn)行包裹，隔絕空氣，防止腐蝕延伸。

4 燃料油管線

4.1 燃料油管線腐蝕現(xiàn)狀

燃料油管線采用保溫層加防銹漆進(jìn)行防腐，其中保溫棉厚100mm。保溫層內(nèi)管壁腐蝕具有普遍性，呈均勻腐蝕狀，包覆保溫層的管線雖其保溫性尚好，但腐蝕情況易被掩蓋，尤其是接觸海水和濕氣部分。當(dāng)海水和濕氣在保溫層內(nèi)聚集后，會(huì)加重保溫層內(nèi)部的腐蝕。此外，現(xiàn)場(chǎng)還存在保溫層施工不規(guī)范，法蘭接口處，以及流量計(jì)前的保溫層開口處未用密封膠帶嚴(yán)格封閉，進(jìn)而導(dǎo)致海水、風(fēng)浪、鹽霧以及雨水不時(shí)侵入，形成“鹽霧箱”效應(yīng)，造成裸管外表面普遍銹蝕?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，保溫層不良或破損處內(nèi)部的管面存在大量的銹蝕，同時(shí)法蘭和閥門的腐蝕也尤為嚴(yán)重(見圖4)。

圖4 燃料油管線保溫開口直接外露(a)；更換下來(lái)的消防水閥門(b)

之所以造成以上大面積的燃料油管線外部腐蝕，是因?yàn)樵诰植繚駸岘h(huán)境下，含鹽水汽從保溫層的外皮接口縫道侵入后，在管壁與保溫材料接觸間形成液膜。由于保溫層內(nèi)附加拌熱而使溫度升高，同時(shí)由于封閉性強(qiáng)且濕度高，其腐蝕速度比自然狀態(tài)下的海洋大氣高出十多倍至幾十倍，因此保溫層內(nèi)部的管壁遭受嚴(yán)重的腐蝕。

4.2 對(duì)策

針對(duì)目前燃料油管線的腐蝕現(xiàn)狀提出以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）保溫施工中務(wù)必先將管壁銹蝕表面除銹清理干凈。（2）涂刷耐溫防銹底漆后，保溫材料選用非礦物性纖維并摻加緩蝕劑，外包覆層接縫朝下，同時(shí)所有接縫和邊口均用專用膠帶進(jìn)行嚴(yán)密貼封。（3）采用智能化巡線儀敦促巡檢人員落實(shí)巡線制度，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)保溫材料破損，脫落等情況，要及時(shí)處理與維修。

5 引橋、護(hù)欄、扶梯等輔助設(shè)施

5.1 引橋、護(hù)欄、扶梯等輔助設(shè)施腐蝕情況

引橋、護(hù)欄、扶梯等輔助設(shè)施主要處于海上大氣區(qū)和海岸地區(qū)。受海面濕氣的影響，處于海面以上區(qū)域的設(shè)施腐蝕較為嚴(yán)重。此外，引橋的橫梁與主橋梁的焊接處也存在明顯的局部腐蝕，密集處呈片狀，特別是節(jié)點(diǎn)焊接處腐蝕最為嚴(yán)重。其中，檢測(cè)到的孔蝕直徑達(dá)2～5cm，深度為1～3mm，該部位發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。需指出的是，目前成品油碼頭和原油碼頭護(hù)欄均存在較大面積的腐蝕，需重新更換。扶梯踏板、扶手以及扶梯與墩臺(tái)的焊接處也腐蝕嚴(yán)重，呈片狀，繼續(xù)使用存在極大的安全隱患。

以上輔助設(shè)施之所以產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕（見圖5），是因?yàn)槌藧毫拥暮Ｑ蟓h(huán)境外，還有以下因素：

圖5 腐蝕的護(hù)欄(a)；腐蝕的扶梯踏板(b)；管托處的腐蝕(c)；引橋主橋梁與橫梁焊接處的層狀腐蝕(d)

（1）設(shè)計(jì)選材不當(dāng)。原則上，海上設(shè)施、設(shè)備的非正常腐蝕損害與破壞都與設(shè)計(jì)有直接或間接的關(guān)系。設(shè)備設(shè)計(jì)與建造時(shí)并沒有充分考慮海上特殊的腐蝕環(huán)境，選用與陸地上一樣的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備較容易發(fā)生腐蝕。

（2）防腐施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)。碼頭的防腐、清洗及保溫工作都是外委實(shí)施。外委施工單位的技術(shù)條件和人員素質(zhì)直接關(guān)系到施工質(zhì)量及后期效果。前期處理不過(guò)關(guān)，刷過(guò)不久的油漆已多處破裂剝離，漆層下面還有舊漆和銹層等。多種跡象表明刷漆前沒有徹底去銹，甚至沒有進(jìn)行初步的清銹和表面處理就刷新漆。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格表面處理后的油漆涂層可在海洋大氣中暴露二年也未見銹斑，而未經(jīng)表面處理的油漆涂層在同樣條件下一年就銹跡斑斑，且大部分發(fā)生油漆剝離，造成金屬表面嚴(yán)重腐蝕。

（3）焊縫處腐蝕。設(shè)施、設(shè)備焊接處普遍存在焊接腐蝕。海洋環(huán)境中的許多碳鋼焊接處往往比非焊接處更容易腐蝕，其主要原因在于焊條與焊件材質(zhì)不同，或者熔焊凝固后的焊縫與焊件之間存在材質(zhì)差異，并最終表現(xiàn)為電勢(shì)的差異，進(jìn)而造成陽(yáng)極區(qū)的優(yōu)先腐蝕。因此，如果焊接質(zhì)量不好或焊接操作不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生焊縫金相組織不均勻或偏析夾雜現(xiàn)象，由此造成微小陽(yáng)極的優(yōu)先腐蝕。另外，由于焊縫表面粗糙，除銹不凈，涂漆后膜層不均勻，保護(hù)效果差，也容易發(fā)生腐蝕。因此，如今的護(hù)欄與引橋、扶梯與墩臺(tái)之間的焊縫均出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕。

5.2 對(duì)策

針對(duì)目前引橋、護(hù)欄、扶梯等輔助設(shè)施的腐蝕現(xiàn)狀提出以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）對(duì)扶梯、欄桿、部分管托等輔助設(shè)施的腐蝕問(wèn)題必須引起高度重視，直接關(guān)系到人員的安全。考慮重新設(shè)計(jì)、更換材質(zhì)，如硬鋁LY11CZ(BL)、LY12CZ(BL)

（2）防腐、焊接施工，要求施工方制定詳細(xì)施工方案，科學(xué)施工，確保施工質(zhì)量，必要時(shí)請(qǐng)第三方監(jiān)理公司。

（3）對(duì)于焊縫連接處，由于焊縫為應(yīng)力集中處，同時(shí)也是最容易忽略防腐的地方，一方面選用適配焊條，提高焊接質(zhì)量，改進(jìn)焊接工藝，對(duì)焊縫表面修整處理后嚴(yán)格施加重防腐涂裝；另一方面應(yīng)對(duì)縫表面修整處理后，采用金屬表面固銹劑，在金屬表面形成致密、堅(jiān)硬、耐水、耐鹽的固化層，配合油漆使用，可達(dá)永久性防銹效果。

（4）對(duì)于離海邊較遠(yuǎn)的消防泵房，消防供水水壓會(huì)損耗較多，因此消防用水往往是直接抽取海水，建議將消防水管線改為內(nèi)部襯PP的管線，避免海水與管線鋼材直接接觸。

（5）泊位上消防水管線附件上電動(dòng)蝶閥容易積水部位，海水積聚，鹽粒沉積與風(fēng)浪大小、距海面高度、曝曬時(shí)間及降水多少有關(guān)。由于積鹽中的氯化鈣、氯化鎂和氯化鈉具有吸濕性，容易在金屬表面，特別是在縫隙中形成液膜。加劇閥門閥桿及密封連接處腐蝕，密封失效；凹凸不平部位如電動(dòng)頭連接螺栓，閥門螺栓積水，形成高含鹽液膜，致使閥門連接處失效。因此，應(yīng)使用蠟磁條包裹,有效隔絕空氣，延長(zhǎng)閥門壽命。

6 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜多變的海洋環(huán)境對(duì)于不同金屬材料具有千差萬(wàn)別的腐蝕影響。相同環(huán)境中的不同材料，或相同材料處于不同環(huán)境，都會(huì)發(fā)生不同的腐蝕狀況，甚至?xí)r間和季節(jié)的變化對(duì)此也會(huì)有很大影響?？傊饘俨牧系母g是海洋環(huán)境中各種因素協(xié)同作用的結(jié)果。腐蝕過(guò)程復(fù)雜多樣，一般溫度較高，風(fēng)浪較大，鹽霧較大的海上大氣區(qū)和海岸地區(qū)，腐蝕比較嚴(yán)重。

因此，該公司成品油碼頭和原油碼頭所有設(shè)備、設(shè)施、輸油管線均處在嚴(yán)酷的海洋性腐蝕環(huán)境中，都存在比較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，直接威脅到安全生產(chǎn)，必須采取有力措施消除隱患，確保所有設(shè)備和人員的安全。