液硫儲罐是天然氣凈化廠硫磺回收裝置實施腐蝕控制的重點設備，因此需要定期開展檢測與評估，判斷其存在的腐蝕形態及嚴重程度。采用宏觀檢查、無損檢測、硬度檢測和金相分析等方法對液硫儲罐的整體現狀進行了全面的檢測、分析及評估，結果表明：儲罐外壁下部存在少量局部腐蝕、頂板外部防腐涂層破損嚴重，儲罐內部的噴鋁層脫落嚴重，管壁存在少量局部腐蝕。總體評價認為：液硫儲罐的整體狀況良好，在其缺陷得到修復并復查合格后，能夠滿足下一周期安全運行的使用要求。
【基金】中國石化科技開發項目,高酸性天然氣凈化裝置腐蝕與控制研究(317017-14)
天然氣凈化廠硫磺回收裝置的液硫儲罐是儲存熔融態硫磺的常用設備，其設計使用壽命通常為10～15 a。在液硫儲罐的運行過程中，由于液硫儲罐長期處于酸性腐蝕環境，故易發生化學腐蝕和電化學腐蝕，最終導致金屬罐壁均勻減薄和局部腐蝕發生 [1-4]。當腐蝕嚴重時經常會出現罐內加熱盤管腐蝕泄漏、罐頂及通氣孔等部位腐蝕穿孔和斷裂等問題。腐蝕嚴重的部位積聚較多的FeS,也容易發生FeS自燃[5-7]。由于液硫儲罐是硫磺回收裝置腐蝕控制的重點設備，因此需要定期開展腐蝕檢測、分析與評估，判斷腐蝕形態及嚴重程度，然后有針對性地提出腐蝕控制措施，消除存在的安全隱患，保障設備的安全穩定運行。以某天然氣凈化廠硫磺回收裝置液硫儲罐為研究對象，通過全面的腐蝕檢測分析，對液硫儲罐的適用性進行了評估，也為其他企業的液硫儲罐評估提供借鑒和參考。
1 液硫儲罐概況
某高酸性天然氣凈化廠共建設有10臺容積為5 000 m3的液硫儲罐，供硫磺成型單元進行固化成型。按照GB 50341—2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》和GB 50128—2014《立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工規范》對10臺液硫儲罐進行設計和施工，其基本情況見表1。
液硫儲罐為固定頂立式圓筒型的鋼質罐，采用自支撐拱頂。罐內底部及罐壁設有浸沒式加熱盤管，采用低壓蒸汽加熱，儲罐整體外包保溫層，維持罐內液硫的溫度在135 ℃左右。罐體由四圈罐壁板上下拼接而成，由上至下共6層鋼板，鋼板厚度分別為8，9，9，11，14和16 mm，儲罐頂板、底板和邊緣板的厚度分別為8，10和12 mm，頂板和壁板材質為Q345R，底板和邊緣板的材質為Q235B，罐頂、罐壁和罐底的腐蝕余量均為2 mm，罐內采用熱噴鋁防腐涂層。2018年10月選取液硫儲罐T-003進行了全面的腐蝕檢測、分析及評估，對液硫儲罐的整體腐蝕情況有了掌握。
表1 液硫儲罐的設計操作參數
2 腐蝕檢測與分析
依據標準GB/T 30578—2014《常壓儲罐基于風險的檢驗及評價》 、SY/T 6620—2014 《油罐的檢驗、修理、改建及翻建》、SY/T 6306—2014 《鋼質原油儲罐運行安全規范》和NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》，采用目視檢查、超聲檢查、滲透探傷和磁粉探傷等手段對液硫儲罐的整體腐蝕情況進行了全面檢測。
2.1 宏觀檢查及測厚
分別對液硫儲罐的罐體結構、罐體壁板、頂板及附件、內部底板和罐體基礎進行全面的宏觀檢查，檢查結果見表2。
表2 液硫儲罐的宏觀檢查結果
宏觀檢查發現儲罐外壁、頂板外表面及加熱管防腐涂層出現大面積脫落，局部輕微腐蝕，最大腐蝕深度小于1 mm；第一層壁板下部由焊縫以上300 mm位置涂層破損脫落，局部腐蝕嚴重，最大腐蝕深度約1.5 mm；儲罐操作平臺、踏板、頂部護欄等附件腐蝕輕微，儲罐地基局部破損。儲罐外部腐蝕的主要原因在于大氣中水分穿過保溫層后滯留在罐壁與保溫層之間，水分在罐壁表面與氧氣、酸性組分共同作用持續腐蝕罐壁表面，特別是在罐壁表面涂層破損、脫落處發生嚴重腐蝕[8]。此次全面宏觀檢查發現罐外部主要是局部腐蝕，表現形式為坑蝕。
檢查儲罐內部發現：底板中幅板表面噴鋁層絕大多數破損脫落，腐蝕發生在噴鋁涂層脫落的部位，主要表現為均勻腐蝕和坑蝕。底板邊緣板表面噴鋁層完全脫落，表面存在多處坑蝕，腐蝕深度約1 mm，北側坑蝕最嚴重，其深度約2.2 mm。頂板表面噴鋁層約70%破損脫落，未見明顯腐蝕。壁板噴鋁層發生局部破損，面積約占5%，第三、四層壁板存在多處圓形和溝槽狀深坑，其中圓形深坑最大深度約4 mm、溝槽狀深坑最大深度約5 mm，其他部位腐蝕輕微。儲罐內的操作介質有液硫、硫蒸氣，N2，O2，H2S和SO2，腐蝕形式主要是元素硫腐蝕和低溫酸性氣腐蝕，在噴鋁涂層失效后，腐蝕介質直接與金屬表面接觸，主要表現形式為均勻減薄和局部腐蝕[9]。
對儲罐底板、壁板、頂板和盤管進行了密集超聲測厚，將儲罐的每個區域劃分多個部位，每個部位選取5個測厚位置，部分測厚數據見表3。經密集測厚發現儲罐整體均勻腐蝕減薄較少。
表3 液硫儲罐測厚情況匯總
2.2 噴鋁涂層檢查
噴鋁涂層對鐵基材料具有雙重保護作用：一方面覆蓋在金屬表面，將碳鋼與腐蝕介質進行隔離，從而起到防護作用；另一方面，由于鋁的電極電位比鐵低，在電化學腐蝕過程中，鋁是陽極，碳鋼則為陰極，使碳鋼因極化而受到保護[10-11]。按液硫儲罐內的腐蝕速率選取10 μm/a，噴鋁的厚度為0.25 mm。儲罐內噴鋁的范圍主要包括底板、壁板、頂板的內表面及加熱盤管等。宏觀檢查發現，液硫儲罐運行9 a后，罐內噴鋁涂層破損脫落嚴重。液硫儲罐運行期間，儲罐頂板、壁板及附件等部位受到溫度變化影響，在熱循環作用下，不斷熱脹冷縮導致罐壁噴鋁層會產生裂紋、鼓脹，甚至破損脫落，進而導致腐蝕介質直接與金屬表面接觸發生腐蝕。宏觀檢查發現：罐內的腐蝕均發生在噴鋁層損壞脫落的區域，而噴鋁層完好的部位，防腐效果良好。針對噴鋁層進行測厚檢測，發現涂層完好部位中約50%的厚度小于0.20 mm，壁板的部分測厚數據見表4。
表4 儲罐壁板噴鋁層的部分測厚數據
2.3 無損檢測
根據標準NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》對液硫儲罐T-003進行漏磁、磁粉、滲透、超聲波和衍射時差法超聲(TOFD)等無損檢測，檢測結果見表5。由表5可知，經滲透、磁粉、超聲和TOFD檢查，未發現超標缺陷；經漏磁檢查，底板未發現腐蝕當量大于20%的缺陷。依據國家標準GB/T 17394.1—2014《金屬材料里氏硬度試驗》，采用DHT-300里氏硬度計對儲罐底板、壁板和頂板進行硬度測試，結果見圖1。從圖1可以看出，液硫儲罐各部位材料的硬度在允許范圍內(
表5 儲罐T-003檢測方法、部位及結果
圖1 液硫儲罐各部位的硬度測試結果
2.4 金相檢測
按照標準GB/T 13298—2015 《金屬顯微組織檢驗方法》，采用徠卡工業顯微鏡分別對儲罐頂板、壁板和底板的焊縫區域進行金相分析，壁板和頂板的金相組織見圖2。由圖2可以看出：液硫儲罐頂板、壁板和底板的焊縫、熱影響區及母材等金相組織均為鐵素體+珠光體，各部位組織正常。
圖2 焊接接頭的金相組織 200×
3 液硫儲罐的綜合評估
3.1 綜合評估結果
(1)儲罐外壁第一層壁板下部，自環焊縫向上高度約300 mm位置整圈防腐涂層破損脫落，局部腐蝕嚴重，最大腐蝕深度約1.5 mm。
(2)儲罐頂板外部及頂板加熱管局部有輕微腐蝕，最大腐蝕深度小于1 mm，頂板加熱管約90%的防腐涂層破損脫落。
(3)儲罐內底板中幅板和邊緣板表面噴鋁涂層全部破損脫落(100%)，表面局部腐蝕嚴重，其中邊緣板的最大腐蝕深度約2.2 mm，中幅板的最大腐蝕深度約1.5 mm。
(4)儲罐壁板內部噴鋁層約5%出現破損脫落，局部腐蝕主要集中在壁板B3-5，B3-6，B4-3和B4-4板，表現為圓形深坑和溝槽狀深坑，其中圓形深坑最大深度約4 mm，溝槽狀深坑最大深度約5 mm。
(5)儲罐頂板內部噴鋁涂層約70%發生破損脫落，未見明顯腐蝕。
(6)對噴鋁層進行測厚檢測，發現涂層完好部位中約50%的厚度小于0.20 mm(初始厚度0.25 mm)。
(7)測厚、金相及其他無損檢驗檢測未發現超標缺陷。
3.2 修復措施
(1)對儲罐外壁第一層下部腐蝕缺陷重新打磨，破損的防腐涂層按照相關規范重新涂敷，經復檢合格。
(2)對儲罐頂板外部腐蝕嚴重部位打磨圓滑過渡，頂板外部及加熱管整體重新打磨后涂敷防腐涂層，經復檢合格。
(3)對儲罐內部壁板深坑缺陷打磨并補焊，底板腐蝕嚴重部位進行打磨圓滑過渡。
(4)對儲罐內部頂板和底板進行整體噴鋁，壁板的噴鋁涂層破損處重新噴鋁，經復檢合格。
4 結 論
(1)通過對液硫儲罐的基礎資料審查、現場宏觀檢查、無損檢測、硬度檢測和金相分析，查找腐蝕成因，并針對局部缺陷進行修復。經復檢結果表明儲罐整體狀況良好，滿足下一周期安全運行的使用要求。
(2)噴鋁涂層在高溫硫環境和濕硫化氫環境中具有良好的防護效果，能顯著提高大型液硫儲罐內部的耐蝕性能；但是在熱循環作用下，噴鋁涂層會產生裂紋、鼓脹，導致破損脫落，應加強熱噴涂鋁施工檢查和驗收，需在運行兩個周期后開罐抽檢。
(3)通過開展宏觀檢查、超聲測厚和硬度測試等常規檢查，再加上滲透、超聲波和磁粉等無損檢測，結合金相分析，對液硫儲罐進行了全面檢測、分析及評估。
本文作者：張 杰 (中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司）
