炼油厂外浮顶原油罐腐蚀防护涂装工艺

1 前言
大庆石化公司炼油厂北油库6#罐始建于1996 年，为50 000 m3 外浮顶储罐，规格为φ 60.20 m × 19.40 m。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5 mm 厚的钢板，东西两边各一个积水槽，槽内有个DN150 的排雨水单向阀。自1996 年11 月份投用以来，储存过混渣(如催化油浆、焦化甩油、抽出油、污油等)、原油和渣油，储存的油品组分复杂，对罐底有一定的腐蚀。但是，由于生产原因，储罐无 法倒出，长期运行而从未刷过。因此，15 年来没有进行过防腐维修。对油罐的外观检查发现，曝露在大气中的金属表面防腐层已经粉化，部分漆膜脱落而失去防腐作用；油罐内壁金属表面、浮盘下表面、罐 底和罐底第一层圈板的金属表面存在大量的点蚀坑，有的腐蚀坑可以达到1 ~ 3 mm。油罐内、外表面腐蚀照片见图1。

鉴于此，决定对原油罐进行防腐涂装。
2 原油储罐内、外表面腐蚀特点
2. 1 罐内壁腐蚀特点
(1) 罐底内的腐蚀主要由沉积水中的氯离子、溶解的氧和硫酸盐还原菌引起。由于沉积物中的盐类和有机淤泥具有黏性，抑制了氧的扩散，从而形成氧浓
差电池，产生腐蚀。腐蚀速度一般为0.2 ~ 0.8 mm/a。有沉积水的高盐分污水也会引起电化学腐蚀、细菌腐蚀和垢下腐蚀，腐蚀特征是斑点和坑蚀，腐蚀速度一般为0.4 ~ 0.8 mm/a，最大可达2 mm/a。
(2) 浮盘下表面的腐蚀一是由于气温的变化，水蒸气易在浮盘内壁下表面形成凝结水膜，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 罐外壁腐蚀特点
(1) 防腐涂层的损坏。潮湿空气中含有的二氧化硫、二氧化碳与水作用生成稀硫酸和碳酸，附着在被保护金属的防腐涂层(如油性漆、醇酸漆等)表面。由
于涂层具有透气性，这些酸能自发地沿着涂层与金属的界面间扩展，从而破坏涂层与金属表面的结合力。在太阳光的照射下，致使以油料为成膜物质的涂层皂化，使涂层变软、变脆，从而丧失原有的物理机械性能[1]。
(2) 金属表面腐蚀。在潮湿的条件下，腐蚀速度常受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就会发生电化学腐蚀，导致金属
表面出现麻坑和大量的锈蚀产物[2]。氧在金属表面上与金属接触，富氧区为阴极，贫氧区为阳极，从而产生电化学腐蚀。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，盖罩下面的金属缺氧而继续腐蚀。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的混合物。当金属表面存在锈蚀层时，它就起了作为水和氧的储槽的作用。在一定条件下，腐蚀产物会影响发生大气腐蚀的电极反应。 Evans 认为，在湿润的条件下，大气腐蚀的锈蚀层即为强氧化剂。即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，须选择合适的防腐涂料和涂装方法进行施工，以便获得较好的防腐涂层，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
要求防腐涂层具有：(1)耐油性好，对油品无污染，有良好导电性、耐腐蚀性、耐热性、韧性、附着力、抗冲击性和耐磨性；(2)选用环氧系抗静电涂料； (3)防腐层为5 层，干膜厚度≥220 μm；(4)设计寿命不低于15 a。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的导电性。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国家标准GB 13348–1992《液体石油产品静电安全规程》规定，漆膜表面电阻率ρs <109 Ω/cm2，漆膜体积电阻率ρv <108 Ω·m。
3. 2 外防腐涂层设计原则
(1) 材料强度、硬度、附着力要好，具有优良的保光和抗老化性。
(2) 选用高耐候防腐专用涂料。
(3) 防腐层为5 层，干膜厚度≥180 μm.。
(4) 设计寿命不低于10 a。
4 储罐防腐部位设计与材料选择
4. 1 储罐内壁
4. 1. 1 罐内壁防腐部位
罐内壁防腐部位包括罐底与浮盘下表面、罐内壁表面。这些部位经常与油品、油气接触，金属表面腐蚀较厉害。
4. 1. 2 罐内壁防腐材料选择
在多种涂料中筛选了环氧型防腐防静电玻璃鳞片涂料，该涂料由底漆与面漆配套组成。其中，漆膜表面电阻率为1.6 × 106 Ω/cm2，体积电阻率为6.2 × 105 Ω·m，均远远低于国家标准。根据金属表面腐蚀的情况，采取环氧富锌底漆2 道(干膜厚度约70 μm)，环氧玻璃鳞片防静电涂料面漆3 道(干膜厚度150 μm 以上)。采用两道底漆是因为施工的对象是旧油罐，金属表面已经出现大量的蚀坑(大的如黄豆粒，小的如小米粒，遍布金属表面)。另外，金属表面处理的粗糙度 为40 μm。如采用一道底漆，只能获得35 μm 厚的漆膜，还有一部分金属没能遮盖，故只能用2 道底漆来解决该问题。采用环氧富锌底漆与环氧玻璃鳞片防静电涂料面漆进行搭配用于油罐内壁防腐，是目前我国防腐领域中比较认可的方案。底漆主要是有机(环 氧)富锌漆，在防腐上有电化学保护作用；面漆的主要成膜物质为环氧树脂，具有良好的耐腐蚀性能。另外，在涂料中加入了玻璃鳞片，增加了抗腐蚀介质渗透的能 力，这是传统涂料无法比拟的[3]。同时，该方案在大庆石化公司炼油厂4 座10 000 m3 外浮顶汽油罐内壁防腐中已有15 年的应用史，至今漆膜不脱落，涂层效果很好。
4. 2 储罐外壁
4. 2. 1 罐外壁防腐部位
罐外壁防腐部位包括浮舱上表面、浮舱内表面、储罐附件(与大气接触)和第7、8 层圈板(不与介质接触的部分)。如今，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 罐外壁防腐材料选择
根据金属表面重腐蚀的情况，采取“EPH 型高耐候外防腐专用涂料”底漆2 道(干膜厚度约70 μm)和“EPH 型高耐候外防腐专用涂料”面漆3 道(干膜厚度120 μm 以上)的工艺。
4. 2. 2. 1 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能解决耐老化性等 一些问题，但是涂料的强度、附着力和装饰性等没有很好地解决。因此，近几年来通常采用EPH型高耐候外防腐专用涂料(以下简称EPH 涂料)。由于该涂料的保光性、抗老化性，特别是耐蚀性，都优于一般的氯磺化聚乙烯涂料，而且与其他交联体系的涂料相比，在耐水、耐热、耐化学品、单组分贮 存稳定性、交联速度、色稳定性、着色能力、耐污染性等方面显示出明显的优越性，清漆成膜透明，涂料生产中易分散，是国外公认十项技术性能总分最高的交联型 氯磺化性聚乙烯涂料。
4. 2. 2. 2 使用效果
自1995 年以来，大庆石化公司炼油厂在部分装置的设备、金属结构等用“EPH 型高耐候外防腐专用涂料”进行了防腐，累计35 万m2。其使用寿命比原有
的防腐涂料提高2 倍以上。该材料在化工设备等方面使用获得了很好的综合效益[4]。
5 技术方案与技术要求
5. 1 技术方案
根据现场实际情况，内、外防腐施工工艺设计见表1。

1) 涂层工艺均为：环氧富锌底漆2 道，干膜厚度70 μm；环氧玻璃鳞片防静电涂料面漆3 道，干膜厚度150 μm。
2) 涂层工艺均为：EPH 涂料底漆2 道，干膜厚70 μm；EPH 涂料面漆3 道，干膜厚120 μm。
5. 2 技术要求
5. 2. 1 内壁
(1) 底面处理。对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GB/T 8923–1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中Sa2.5 级。由于是旧罐，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，所以在清除污油的情况下，再采用河砂进行喷涂，以去除金属表面凹坑的污油，并且在保证金属表面达到要求的前提下，节约石英砂的成本。
(2) 涂刷2 道底漆。在喷砂和清扫后，涂刷2 道导静电防腐涂料，每道漆固化不小于24 h。
(3) 中间漆1 道：当底漆固化20 h 后，涂刷导静电防腐涂料，固化不小于24 h。
(4) 面漆2 道：中间漆固化小于24 h 后，涂刷2 道导静电防腐涂料面漆，每道漆的固化时间为24 h。以上5 道漆膜的总厚度达到220 μm 以上。
5. 2. 2 外壁
(1) 底面处理。同内壁防腐底面处理相同，达到GB/T 8923–1988 中Sa2.5 级。
(2) 底漆2 道：底面处理完后检查合格，涂覆EPH高耐候外防腐专用底漆2 道。每道漆固化时间为12 h。
(3) 中间漆1 道：底漆固化12 h 后，涂覆EPH 高耐候外防腐专用中间漆1 道，要求颜色为浅灰色。
(4) 面漆2 道：中间漆固化12 h 后，涂覆EPH-1高耐候外防腐专用面漆2 道，颜色要符合SH 3043–2003《石油化工设备管道钢结构表面色和标志规定》的要求。其中，梁、柱、支承、铺板和踏板为蓝灰色，栏杆、护拦、扶手为淡黄色，罐体为银色。
5. 3 验收
工程验收包括中间验收与竣工验收。中间验收是指防腐施工开始后，每一道不同工序完成后所进行的验收。施工单位与使用单位对工程质量按化工部 HGJ229–1991《化工设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》有关章节进行验收。竣工验收须做到：防腐涂层须光滑平整，颜色一致，无气泡、剥落、漏 刷、返锈、透底、起皱等缺陷，内、外壁防腐涂层厚度分别为≥220 μm 和≥180 μm。
6 施工
施工单位应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. 1 施工前准备
(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。
(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。
(3) 制定工时计划，建立施工组织，制定全员培训计划。
(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、用水用电等。
(5) 搭设施工用临时设施，保证垂直和水平运输，人行通道和施工用料堆场，以及加工平台、操作面脚手架搭设。
(6) 准备施工用的标准样板，征得甲方的同意并由其确定质量控制点，以便开展质量检查工作。提出开工报告。
(7) 材料准备。石英砂：要求质坚、有棱角、无杂质，含水<1% (超过1%时，需烘干后方能使用)。中号河砂：质坚、棱角较小，无杂质，含水<1%(超过1%时，需烘干后方能使用)。防腐涂料：对检验合格的材料，合理存放，做好防雨、防火工作。
(8) 机具准备。空气压缩机、喷砂机4 套，备用2 套；涂层测厚仪、温度计各1 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。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 施工工艺流程
6. 2. 1. 1 储罐内壁防腐施工工艺
机械喷河砂清油─清砂除尘─焊道打磨(角磨机)─罐底第一层圈板喷砂(2.2 m)─清砂除尘─刷涂2 底3 面(调漆试样)─浮舱下表面喷砂─清砂除尘─刷涂2 底
3 面(调漆试样)─罐底及储罐附件喷砂(与渣油接触部分)─清砂除尘─刷涂2 底3 面(调漆试样)。
6. 2. 1. 2 储罐外壁防腐施工工艺
第7、8 层搭设脚手架─第7、8 层圈板喷砂─清砂除尘─刷涂2 底3 面(调漆试样)─浮舱内、外表面喷砂─清砂除尘─刷涂2 底3 面(调漆试样)─储罐附件(与大气接触部分)打磨(角磨机)─清砂除尘─刷涂2 底3 面(调漆试样)。
6. 2. 2 储罐金属表面处理要求
质量标准控制：需要涂装防腐涂料的金属，其表面处理要达到GB/T 8923–1988 规定的Sa2.5 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。用吸尘器、干燥洁净的压缩空气或刷子清除粉尘，表面 应无任何残留物。同时，表面应有40 μm 左右的粗糙度。根据表面粗糙度，应选用粒度为0.4 ~ 3.0 mm 的石英砂。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(40 ± 10) μm。
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之间的距离，整个系统不应漏气。要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
准备好表面粗糙度比较板和粗糙度检测仪。
6. 2. 3. 3 表面喷砂处理
(1) 喷砂用压缩空气必须干燥、无油。将压缩空气向白纸上喷射20 ~ 30 s，纸上不留下油或水的痕迹即可。
(2) 调整喷砂机喷嘴处空气压力在0.6 ~ 0.8 MPa之间，使喷砂机喷嘴到基体表面距离为80 ~ 100 mm。喷嘴口径须达6 ~ 8 mm，喷射角度30° ~ 80°。
(3) 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
内、外壁采用的涂料均为双组分材料，按以下要求进行配制。(1) 涂刷前才能将双组分混合。配制前，先确认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。
(2) 配制前，A 组分必须搅拌至底部无沉淀且上下均匀。
(3) 将均匀的A、B 组分按说明书上的质量比称取少量试涂，用稀释剂调整黏度，使涂覆工艺条件达到最佳，保证单膜厚度和质量。
(4) 根据涂覆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。所配的涂料要在说明书要求的时间内用完，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，应严格按产品说明书的要求控制，按计算好的稀释剂比例称取，然后加入A 组分中搅拌均匀，再加入B 组分，搅拌5 ~ 10 min，使A、
B 组分熟化。而后静置5 ~ 10 min，消除搅拌引入的气泡。搅拌与静置时间的长短取决于配料量。料多，则搅拌时间长。
(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，要立即停止施工。因为此时涂料已报废，应重新配料。
涂料反应过度的时间与环境温度有关。温度高，则时间短，故料要少配；反之，温度低，所需时间长，配料量可适当增加。
(7) 须选用与涂料配套的稀释剂，不得随意选用其他稀释剂。
6. 2. 4. 2 涂装工艺要求
(1) 相对湿度高于80%时，不宜施工。
(2) 若表面预处理合格后至涂覆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) 涂覆施工应按至上而下的顺序进行，罐底要做好保护，防止涂料落上成瘤。涂覆应均匀，不得漏涂。
(4) 焊缝、边角及表面凹凸不平的部位，应用刷子先涂覆一遍。
(5) 每道涂料的涂覆间隔应不大于24 h，下一道涂料宜在上道涂料表干后涂覆。最后一道面涂料涂覆完成后，应在常温(25 °C)下固化7 d 以上，方可投入
使用。如果温度低于10 °C，应固化15 d 以上，方可投入使用。
6. 2. 4. 3 施工方法
(1) 内壁。底面以机械喷砂处理。处理后的金属表面达到GB/T 8923–1988 中的Sa2.5 级。底层涂料应在喷砂和清扫后进行涂覆，然后涂刷2 道导静电防腐涂料，每道漆固化不小于24 h。底漆固化24 h 后，涂刷一道导静电防腐中间漆。固化时间不小于24 h。在中间漆固化不小于24 h 后，涂刷2 道导静电防腐涂料面漆。每道漆的固化时间为24 h。以上5 道漆膜的总厚度达到220 μm 以上。
(2) 外壁。金属表面处理要达到GB/T 8923–1988中的Sa2.5 级。底面处理完后，检查合格，涂覆EPH高耐候外防腐专用底漆2 道。每道漆固化时间为8 h(温度高于25 °C 或夏天涂装)。在底漆固化8 h 后，涂覆EPH 高耐候外防腐专用中间漆1 道，要求颜色为浅灰色。当中间漆固化8 h后(温度高于25 °C 或夏天涂装)，涂覆EPH-1 高耐候外防腐专用面漆2 道，其颜色要符合SH 3043–2003《石油化工设备管道钢结构表面色和标志规定》中的规定。
6. 2. 4. 4 质量检验
(1) 施工过程质量检验：每涂覆完一道漆后，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。在后一
道面漆实干后、固化前，应对涂层厚度进行检查，厚度不合格，应增加涂覆层数直至合格。
(2) 防腐层最终质量检验：内防腐层全部涂覆完成并固化后，应对防腐层进行外观、厚度、漏点和黏结力检验，检验结果应做好记录。其中，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，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 漏点检查要求
(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) 涂层应符合GB/T 16906–1997 附录中的验收程序规定，抽查率应等于或大于涂覆面积的5%。
(3) 质量标准：当漏点数为1 个/m2 时，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
(1) 防腐涂料在装卸及运输过程中严禁剧烈碰撞，并防止雨淋、日光曝晒和包装件损坏。运输过程不得与酸、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。
(2) 防腐施工现场必须有完善、有效的消防措施。
(3) 防腐施工人员应配备防护工作服、防护(防毒)面具、防护鞋、防护手套等。施工现场还应备有防护药品。
(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。
(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36 V，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) 在罐内施工时，应强制通风。
(7) 罐内防腐层涂覆的安全、环境保护应符合GB7692–1999《涂装作业安全规程 涂漆前处理工艺安全及其通风净化》及GB 7693–1987《涂装作业安全规程涂漆前处理工艺通风净化》的规定。
(8) 离地面2 m 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：涂料出厂合格证及检验报告；防腐层涂覆施工记录；防腐层质量检验报告；修补与复涂记录，包括修补地点、原因、方法、数量及检验结果；其他有关记录。
7 效果
2010 年8 月，对大庆石化公司炼油厂输转车间一座50 000 m3 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 结语
原油罐内壁防腐涂料须耐水，耐腐蚀性优异，表面气孔率低。只有这样，才能得到抗渗透性优异、不易龟裂、耐磨、强度好的涂层。以环氧系防腐涂料为面漆，所得 漆膜坚韧、附着力强，硬度适中，致密光亮、色泽鲜艳，韧性好。长期在含有酸性介质的水溶液中使用该防腐涂层，解决了金属表面腐蚀的难题[5]。以EPH 型高耐候外防腐专用涂料为面漆得到的原油罐外壁漆膜较坚韧，其硬度、抗老化性、耐寒性和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 的使用寿命更长；耐蚀性比一般氯磺化聚乙烯涂料提高了许多，特别是防腐后表面装饰大为改观。它可以与有机氟涂料相媲 美。由于漆膜表面的气孔率低，因此在潮湿的条件下，抗渗性优异。这是其他常规涂料不能比的。比起氯磺化聚乙烯涂料，该底漆附着力有明显的提高。因此，它适 用于化工大气环境中设备表面、金属框架表面的防腐。
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，严格按照预先制定的施工方案施工，就可以获得较好的防腐涂装施工质量。