高溫高濕地區油品碼頭設備腐蝕原因分析及應對措施

蒙忠浩 白治偉

（中國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；共有兩個碼頭，一個是原油碼頭，另一個是成品油碼頭。其中，原油碼頭為1個30萬噸級原油接卸、燃料油裝卸泊位；成品油碼頭為1個10萬噸級、4個5000噸級、2個10000噸級泊位。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2500米，泊位長度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2000米，與原油作業泊位平臺連接，共用泊位設施裝卸燃料油。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1200米，設有作業泊位7個。

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：由于受季風影響，洋浦灣區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。年平均降水日數為100.8天， 年平均降水量達1114 mm。（3）雷暴：洋浦灣區為雷暴多發地區，年平均雷暴日數達114天。（4）相對濕度：洋浦灣區年平均相對濕度為82%，最小相對濕度為26%。（5）風況：洋浦灣區年平均風速為3.6 m/s。常風向為ENE 向，頻率為22.3%，次常風向為NE，頻率為18.1%。每月10月至次年4月盛行NE向風，6～8月盛行SW～SSW 向風，尤以7、8月份為最盛。5月和9月為季風轉換期。強風向為SW向，最大風速為32.3 m/s?！?級大風天數年平均為5.2天，≥5級風天數年平均為21.6天。

3 原油管線腐蝕情況

該石化公司原油全部由30萬噸級原油碼頭運送。兩條DN800原油管線，每條長4500米，其中碼頭內臨海段2300米（含引橋段和引堤段），碼頭至罐區2200米，沿馬路一側高出地面大約1米架空布置。所用原油管線基本物性參數見表2。

表2. 原油管線物性參數

3.1 原油管線內部腐蝕

在含硫原油中存在多種腐蝕性物質，如硫化氫、硫醇、硫、溶解氧、鹽類、有機酸等。這其中，硫及相關硫化物的腐蝕性最強，因為它們能夠直接與管線或設備發生反應。隨著硫含量的增加，對原油管線的腐蝕也會明顯加劇，出現大面積腐蝕斑點，陽極腐蝕電流都集中到斑點區域，因而腐蝕電流密度增大，加速了腐蝕進程。原油中石油酸是影響腐蝕的另一個重要因素，隨著原油酸值的增大，管材的腐蝕速率明顯增強。

該公司加工的原油相對固定，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，有較強的腐蝕性。因此對原油管線內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，該公司已委托中國特種設備檢測研究院對兩條原油管道內部進行檢測。檢測結果表明：兩條原油管線內腐蝕減薄較輕，但發現一條原油管線內部有一處坑蝕部位（最小壁厚7.3mm，周圍壁厚8.4mm）?？游g對原油管線的危害最大，不僅是因為內部坑蝕在日常工作中難以被發現，而且蝕孔一旦形成，就會因為局部應力集中和自催化作用而迅速發展，最終常因穿孔泄漏而造成嚴重事故。

3.2 原油管線外腐蝕

該石化公司兩條原油管線沿海鋪設，鋼引橋向海中延伸1.8KM，處于海上大氣區的強腐蝕環境中。海洋大氣區的主要腐蝕因素是侵害金屬表面的海風鹽霧與沉積的鹽粒塵埃。鹽粒沉積與風浪大小、距海面高度、曝曬時間及降水多少有關。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。當晝夜、季節、氣候變化達到露點時尤其明顯。由于涂料微孔和縫隙中的毛細管凝聚效應，即使達不到露點，也會形成液膜。含有氯化物的液膜是發生電化學腐蝕的必要因素，腐蝕速度隨液膜厚度增加而提高，當厚度在10～100μm時腐蝕速度出現極大值，這是由于氧的擴散與液膜電阻兩個相反因素共同影響的結果。原油管線在使用一般油漆防腐后的兩年后，表面會逐漸粉化，逐漸出現坑蝕。

目前，該公司已委托中國特種設備檢測研究院對兩條原油管道向海中延伸部分進行管外檢測。檢測結果表明：（1）部分膨脹節波紋管表面腐蝕。（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，管體外腐蝕嚴重。同時，許多部位管體表面存在腐蝕坑點，特別是焊縫處的腐蝕更為嚴重（見圖3）。

圖3 原油管線外部腐蝕狀況

3.3 對策

針對目前碼頭原油管線的腐蝕現狀提出以下應對措施：

（1）原油管線采用超聲波定期檢測，對發現坑蝕部位要及時貼板，加強保護。（2）采用智能化巡線儀敦促巡檢人員落實巡線制度，第一時間發現缺陷，及時處理。（3）鑒于海南煉化所處位置氣候特點，去除保溫層，管線重新噴砂防腐。（4）對腐蝕嚴重區域采用補強措施，對管線進行貼板處理。（5）原油管線要定期防腐，一般四五年為宜。（6）膨脹節和原油法蘭連接使用黃油類物質填充并使用油性物質對整個法蘭及螺栓進行包裹，隔絕空氣，防止腐蝕延伸。

4 燃料油管線

4.1 燃料油管線腐蝕現狀

燃料油管線采用保溫層加防銹漆進行防腐，其中保溫棉厚100mm。保溫層內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。當海水和濕氣在保溫層內聚集后，會加重保溫層內部的腐蝕。此外，現場還存在保溫層施工不規范，法蘭接口處，以及流量計前的保溫層開口處未用密封膠帶嚴格封閉，進而導致海水、風浪、鹽霧以及雨水不時侵入，形成“鹽霧箱”效應，造成裸管外表面普遍銹蝕?，F場發現，保溫層不良或破損處內部的管面存在大量的銹蝕，同時法蘭和閥門的腐蝕也尤為嚴重(見圖4)。

圖4 燃料油管線保溫開口直接外露(a)；更換下來的消防水閥門(b)

之所以造成以上大面積的燃料油管線外部腐蝕，是因為在局部濕熱環境下，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。由于保溫層內附加拌熱而使溫度升高，同時由于封閉性強且濕度高，其腐蝕速度比自然狀態下的海洋大氣高出十多倍至幾十倍，因此保溫層內部的管壁遭受嚴重的腐蝕。

4.2 對策

針對目前燃料油管線的腐蝕現狀提出以下應對措施：

（1）保溫施工中務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，同時所有接縫和邊口均用專用膠帶進行嚴密貼封。（3）采用智能化巡線儀敦促巡檢人員落實巡線制度，第一時間發現保溫材料破損，脫落等情況，要及時處理與維修。

5 引橋、護欄、扶梯等輔助設施

5.1 引橋、護欄、扶梯等輔助設施腐蝕情況

引橋、護欄、扶梯等輔助設施主要處于海上大氣區和海岸地區。受海面濕氣的影響，處于海面以上區域的設施腐蝕較為嚴重。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，特別是節點焊接處腐蝕最為嚴重。其中，檢測到的孔蝕直徑達2～5cm，深度為1～3mm，該部位發生應力腐蝕破裂。需指出的是，目前成品油碼頭和原油碼頭護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的焊接處也腐蝕嚴重，呈片狀，繼續使用存在極大的安全隱患。

以上輔助設施之所以產生嚴重腐蝕（見圖5），是因為除了惡劣的海洋環境外，還有以下因素：

圖5 腐蝕的護欄(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）設計選材不當。原則上，海上設施、設備的非正常腐蝕損害與破壞都與設計有直接或間接的關系。設備設計與建造時并沒有充分考慮海上特殊的腐蝕環境，選用與陸地上一樣的標準，進而導致設備較容易發生腐蝕。

（2）防腐施工質量不過關。碼頭的防腐、清洗及保溫工作都是外委實施。外委施工單位的技術條件和人員素質直接關系到施工質量及后期效果。前期處理不過關，刷過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，甚至沒有進行初步的清銹和表面處理就刷新漆。實驗證明，經過嚴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，且大部分發生油漆剝離，造成金屬表面嚴重腐蝕。

（3）焊縫處腐蝕。設施、設備焊接處普遍存在焊接腐蝕。海洋環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不同，或者熔焊凝固后的焊縫與焊件之間存在材質差異，并最終表現為電勢的差異，進而造成陽極區的優先腐蝕。因此，如果焊接質量不好或焊接操作不當也會產生焊縫金相組織不均勻或偏析夾雜現象，由此造成微小陽極的優先腐蝕。另外，由于焊縫表面粗糙，除銹不凈，涂漆后膜層不均勻，保護效果差，也容易發生腐蝕。因此，如今的護欄與引橋、扶梯與墩臺之間的焊縫均出現嚴重的銹蝕。

5.2 對策

針對目前引橋、護欄、扶梯等輔助設施的腐蝕現狀提出以下應對措施：

（1）對扶梯、欄桿、部分管托等輔助設施的腐蝕問題必須引起高度重視，直接關系到人員的安全?？紤]重新設計、更換材質，如硬鋁LY11CZ(BL)、LY12CZ(BL)

（2）防腐、焊接施工，要求施工方制定詳細施工方案，科學施工，確保施工質量，必要時請第三方監理公司。

（3）對于焊縫連接處，由于焊縫為應力集中處，同時也是最容易忽略防腐的地方，一方面選用適配焊條，提高焊接質量，改進焊接工藝，對焊縫表面修整處理后嚴格施加重防腐涂裝；另一方面應對縫表面修整處理后，采用金屬表面固銹劑，在金屬表面形成致密、堅硬、耐水、耐鹽的固化層，配合油漆使用，可達永久性防銹效果。

（4）對于離海邊較遠的消防泵房，消防供水水壓會損耗較多，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蝶閥容易積水部位，海水積聚，鹽粒沉積與風浪大小、距海面高度、曝曬時間及降水多少有關。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，應使用蠟磁條包裹,有效隔絕空氣，延長閥門壽命。

6 結束語

復雜多變的海洋環境對于不同金屬材料具有千差萬別的腐蝕影響。相同環境中的不同材料，或相同材料處于不同環境，都會發生不同的腐蝕狀況，甚至時間和季節的變化對此也會有很大影響?？傊?，金屬材料的腐蝕是海洋環境中各種因素協同作用的結果。腐蝕過程復雜多樣，一般溫度較高，風浪較大，鹽霧較大的海上大氣區和海岸地區，腐蝕比較嚴重。

因此，該公司成品油碼頭和原油碼頭所有設備、設施、輸油管線均處在嚴酷的海洋性腐蝕環境中，都存在比較嚴重的腐蝕現象，直接威脅到安全生產，必須采取有力措施消除隱患，確保所有設備和人員的安全。