石油儲罐故障 - MIC 案例研究

一家煉油廠的地上儲罐 (AST) 底板底面（土壤側）腐蝕速度極快，每年 1 至 2 毫米。這導致煉油廠投產(chǎn)七年后，兩年內(nèi)有四個儲罐發(fā)生故障。所有四個儲罐的底板均嚴重受損，這些儲罐由 8 毫米厚的無涂層碳鋼制成。

是什么原因導致了這次過早的失敗？

AST 底部的腐蝕保護由外加電流陰極保護 (ICCP) 系統(tǒng)提供，該系統(tǒng)使用混合金屬氧化物 (MMO) 網(wǎng)格陽極系統(tǒng)。故障后的腐蝕形態(tài)表明存在嚴重的局部腐蝕，在由氧化鐵組成的橙紅色結核沉積物下發(fā)現(xiàn)了大而深的凹坑。

油箱故障分析包括對陰極保護系統(tǒng)的設計和功能的審查以及失效底板樣品的冶金試驗。

對于 ICCP 系統(tǒng)，MMO 陽極網(wǎng)格被放置在高密度聚乙烯 (HDPE) 二級防護襯墊和罐底之間，罐底位于 75 毫米厚的沙墊上。底板的底面未涂層，CP 設計基于 100% 裸露表面積。

故障發(fā)生在 2013 年 7 月至 2015 年 8 月之間，2016 年 2 月對儲罐進行了詳細的 CP 調(diào)查。結果顯示，沒有一個儲罐達到 NACE SP0193-2016 保護標準 -850 mV 的瞬時“關閉”電位。相對于銅/硫酸銅 (Cu/CuSO ₄ ) 電極 (CSE)，電位從 -200 到 -800 mV 不等，所有儲罐相對于 CSE 的平均“關閉”電位為 -450 mV。

由于電位未達到 -850 mV 標準，因此進行了進一步調(diào)查，以了解極化電位如此低的可能原因。分析發(fā)現(xiàn)，ICCP 系統(tǒng)的設計缺陷（主要是陽極深度/間距和供電電纜分布不當）導致整個儲罐底部表面的電位分布不均勻。沿陽極網(wǎng)格的高電流和電壓衰減無法在遠離供電的地方提供足夠的電流和極化，從而導致儲罐底部保護不足。

由于低效的 CP 系統(tǒng)本身通常不會引起如此嚴重的腐蝕，因此將失效罐底的樣本送至外部實驗室進行詳細的冶金分析，以確定腐蝕產(chǎn)物和可能的腐蝕機制。一種可以以每年 1 毫米的速度腐蝕鋼材的沉積物下腐蝕 (UDC) 形式是微生物影響腐蝕 (MIC)。

樣品板土壤側的 X 射線衍射分析表明，結節(jié)由多孔層或地層構成，主要由磁鐵礦 (Fe ₃ O ₄ ) 包圍的氧化鐵組成。鱗片似乎由多層組成。對凹坑上鱗片的薄片進行更仔細的分析表明，腐蝕中可能存在鐵氧化細菌 (IOB)，這些細菌形成的沉積物通過形成差異通氣單元進一步加劇了腐蝕。IOB 通過氧化來自本體介質或基質的亞鐵離子產(chǎn)生橙紅色的氧化鐵和氫氧化物結節(jié)。

觀察到的腐蝕率因水的侵入而加劇，水主要來自泄漏的消防水噴頭，通過環(huán)形板和基礎之間的縫隙進入，從而帶來細菌和腐蝕性陰離子，如氯化物和硫酸鹽。如果沒有有效的 CP 系統(tǒng)和其他腐蝕控制手段，儲罐底部就會受到嚴重的細菌和 UDC 侵蝕，導致穿孔和庫存損失。

 來源： 本文改編自《材料性能》雜志上的一篇文章。  它基于《腐蝕》雜志 2017 年第 9025 號論文《由于土壤側腐蝕導致 API 650 油儲罐底板過早失效》。