液态轻烃储存技术及安全措施探讨

液态轻烃储存技术及安全措施探讨

卫刚

大庆油田化工有限公司轻烃分馏分公司

摘要：液态轻烃低温储存技术是较为常用的轻烃储存方式，储罐作为主要的储存装置，受到液态轻烃中水、硫化氢等影响，储罐内壁易发生电化学反应，导致罐体腐蚀加速。为降低储罐腐蚀速率，系统分析了导致储罐腐蚀的原因，提出了相应的技术措施来防止腐蚀、保护罐体安全，对于延长罐体使用寿命具有重要意义。

关键词：轻烃储存；储罐；腐蚀原因；防腐蚀对策

1 前言

目前国内轻烃储存方式主要为低压常温储存，在低温常压状态下，罐体压力接近于大气压，轻烃呈液体状态。低压常温储存通常需要用到球罐和卧罐。罐体在长时间使用后，金属材料受到腐蚀性液体影响，会加速老化，不仅影响罐体寿命，还造成安全隐患^[1]。轻烃一旦发生泄漏，不仅污染环境，而且极易酿成重大爆炸事故。因此，分析轻烃储罐腐蚀原因，采取防腐措施，对于保障罐体安全具有重要意义。

2 液态轻烃低温常压储存技术

液态轻烃低温常压储存为保证储罐稳定工作，需要罐体中的液体温度保持恒定，储罐中温度通常会设定值，相应的储罐中压力也相对恒定。由于储存罐中液态烃温度较低，新注入的液态轻烃温度较高，需要进行冷却。此外，储存罐露天存放，由于收到大气中热量及太阳辐射、地热等影响，罐体温度相应升高，需要采取冷却措施，保持罐体温度恒定。

（1）罐体内轻烃的冷却方式。罐体内轻烃的冷却分为直接冷却和间接冷却。其中，直接冷却是指使用压缩机从罐体顶部抽吸空气，将储罐内压力降低，储罐内液体汽化会吸收热量。储罐内气体持续的被抽出，储罐内液体也持续气化，相应的储罐内温度随之降低。而从储罐内抽出的气体，经过压缩机压缩，被冷却后冷凝呈液态，再次被注入储罐内，通过泵将液体从储罐上部注入，一部分被气化吸热，通过以上的循环运行，起到冷却储罐，保持储罐稳定恒定的效果；间接冷却的方式是通过冷却储罐上部气体，将气体冷冻呈液体，然后用泵在罐体上部喷雾。或者在罐体顶部喷雾，从管底抽出气体，达到冷却的效果。直接冷却的方式由于结构简单、成本低，应用较为广泛。

（2）轻烃低温常压储罐型式和结构。根据需求不同，储罐建造方式不同。根据建造结构不同，储罐分为双金属球形储罐和双金属平底圆筒形储罐；根据储层建设的位置不同，分为地上储罐、地下储罐和半地下储罐；根据建造储层的材料不同，可以分为金属储罐、非金属储罐和混合式储罐。常用的有双金属圆筒形储罐、双层预应力混凝土储罐、组合式低温储罐。双金属圆筒形储罐分为吊顶和拱顶两种结构，储罐有两层罐体外壁，内壁多使用合金钢或者镍钢，外壁多实用碳素钢，两层钢体之间，需要填充保冷材料。双金属圆筒形储罐使用时间较长，结构较为成熟，易于设计及建造，维护成本也相对较低。该种罐体内部处于封闭状态，且内部压力高于大气压，能有效防止空气混入发生爆炸。这种罐体能够准确计算热损失，但是不足之处是占地面积大，且合金钢使用量较大，此外为了保持低温需要供应氮气。

3 液态轻烃储存腐蚀原因分析

液态轻烃储存压力相对较高，罐体内除了液态轻烃，还含有少量的水分，此外，还可能含油硫化氢、氯气等腐蚀性气体，含油腐蚀性气体的水分对罐体会造成损伤，缩短储罐使用寿命。

（1）液态轻烃中水的电化学反应。储罐罐体内部涂层破损处，水会与金属发生电化学反应，如下式①、②所示：

① ②

水中氢氧离子与二价铁离子反应生成氢氧化亚铁，后又生成氢氧化铁，最后氢氧化铁部分发生分解，生成三氧化二铁。三氧化二铁与氧气反应能够形成四氧化三铁。由此可见，水与罐体金属反应受到氧气影响，水中溶解的氧气能够加速腐蚀。正常情况下，氧气分子不能形成电化学反应的阴极。但水体中含有部分氯气，氯离子具有较强的穿透性，能够破坏罐体表面的的保护膜，导致罐体局部被腐蚀。当罐体内壁涂层被破坏时，暴露出来的金属电位较负，罐体涂层金属电位为正，由此，在金属与罐体涂层间形成了腐蚀电池。阴极是金属涂层，阳极是暴露的金属，加速了对罐体的腐蚀。

（2）硫化氢气体对罐体的腐蚀。液态轻烃中含油微量的硫化氢气体，硫化氢具有较强腐蚀性，能够与罐体金属反应，生成硫化亚铁。反应式如下③、④、⑤所示：

③

④

⑤

硫化氢在水中发生分解，生成二价硫离子，硫离子与罐体金属二价铁离子反应，能够生成硫化亚铁，硫化亚铁较稳定，在金属表明的硫化亚铁能够阻止氢原子相氢分子转化，在一定程度上能够减缓腐蚀的进行。但是由于水体中含油氯离子，氯离子能够增强水体导电性，在一定程度上减缓稳定的硫化亚铁的形成，且氯离子作用下，形成的硫化亚铁与金属罐体作用力降低，使得生成的硫化亚铁不致密，硫化亚铁与罐体金属间存在间隙，在这些间隙中形成较强的电偶腐蚀，加速了罐体金属的腐蚀速率。当涂层破损时，在破损部位，氢原子结合能够形成氢分子，发生体积膨胀，产生较强压力，在腐蚀部位，在应力作用下，会发生硫化氢应力腐蚀开裂。当液态轻烃中含有二氧化碳时，增强了液体的腐蚀能力，进一步加速了对金属罐体的腐蚀。

综上所述，在液态轻烃的储罐中，发生电化学反应加速罐体腐蚀，特别是在涂层破损部位，金属暴露出来，形成阳极电池，在阴极能够发生水的电化学反应或者水的电化学反应，在大阴极、小阳极条件下，腐蚀加速，罐体受腐蚀程度加重。

4 液态轻烃防腐蚀对策

4.1 罐体内壁喷涂防腐蚀涂层

为了有效降低罐体腐蚀，需要向罐体喷涂防腐蚀涂层，可以先进行热喷涂，喷涂一层吕层，热喷涂的铝层与罐体金属结合较好，有利于有机涂料喷涂。此外，铝层对罐体钢材能起到阴极保护作用。喷涂好铝层后，可以喷涂有机涂层。喷涂有机涂层的关键是附着力好、流平性好、孔隙少、防止轻烃渗透效果好。可以选择环氧玻璃鳞片涂料，涂料中薄的玻璃鳞片平行于金属表面，形成层状，能够较好的阻止液体与金属表面接触。表面涂料可以喷涂导静电涂料，防止轻烃在流动过程中产生静电，导致储罐内电位升高，从而引发爆炸事故。喷涂导静电涂料能够有效消除静电影响。

4.2 降低液体轻烃中硫化氢含量

在导致罐体腐蚀的所有因素中，硫化氢对罐体造成的腐蚀最为严重。此外液体轻烃中水分含量、液体PH值等，也会对罐体腐蚀造成影响。为降低罐体腐蚀速率，需要控制液体轻烃中硫化氢含量，降低水分含量，控制液态轻烃PH值在合理范围。研究表明，硫化氢浓度低于0.04mol/cm³、液体PH值在3到5之间时，硫化氢对罐体腐蚀速率大大降低。

4.3 向罐体中添加缓蚀剂

缓蚀剂能够有效降低罐体腐蚀，特别是对于含有硫化氢的液体。液体轻烃储罐缓蚀剂可以使用吸附型膜缓蚀剂，缓蚀剂中的基团能够吸附在罐体金属表面，形成吸附膜，膜表面具有疏水基团，能够有效阻隔水与金属接触，实现对罐体金属的保护，从而起到较好的防腐蚀效果。

参考文献：

[1] 万德立,朱殿瑞,董家梅.石油管道、储罐的腐蚀及其防护技术.北京：石油工业出版社,2000.

[2] 油气储运过程中的腐蚀与防腐[J]. 杨苗.  石化技术. 2017(12)

[3]原油储罐腐蚀机理及防腐对策研究[J]. 于浩洋,高行,鞠雪梅.  内蒙古石油化工. 2016(07)