摘要：分析了低壓螺旋導(dǎo)軌式濕式儲(chǔ)氣罐腐蝕漏氣情況及其原因，論述了對(duì)濕式儲(chǔ)氣罐漏氣部位實(shí)施的帶氣冷補(bǔ)技術(shù)。 
    關(guān)鍵詞：濕式儲(chǔ)氣罐；帶氣修補(bǔ)；冷補(bǔ)
Corrosion Cause of Water-sealed Gasholder and 0nline Cold Repair Technology
ZHOU Xiao-jun，WANG Tao
(Baiyin Natural Gas Co.，Ltd.，Baiyin 730900，China)
Abstract：Gas leakage situation and cause of 1ow-pressure spirally-guided water-sealed gasholder due to corrosion are analyzed，and the online cold repair technology performed on the gas leakage position of the water-sealed gasholder is described.
Key words：water-sealed gasholder；online repair；cold repair
    白銀市天然氣有限責(zé)任公司3×104m3螺旋導(dǎo)軌式濕式儲(chǔ)氣罐于1995年8月建成投產(chǎn)。由于儲(chǔ)氣罐長(zhǎng)期處于腐蝕性環(huán)境中和頻繁升降產(chǎn)生交變應(yīng)力以及內(nèi)應(yīng)力的作用，儲(chǔ)氣罐壁板出現(xiàn)點(diǎn)、線等不規(guī)則的漏氣現(xiàn)象。截至2006年底，整個(gè)儲(chǔ)氣罐腐蝕穿孔和裂縫已超過(guò)30處，儲(chǔ)氣罐的安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。
    1 儲(chǔ)氣罐腐蝕情況及原因分析
    ① 儲(chǔ)氣罐結(jié)構(gòu)
    我公司3×104m3儲(chǔ)氣罐為濕式多節(jié)鐘罩式結(jié)構(gòu)，由水槽、3個(gè)塔節(jié)和鐘罩等部分組成，節(jié)間靠水封密封，塔節(jié)和鐘罩壁厚為3mm，水槽壁板由6～16mm鋼板拼接而成，材質(zhì)為Q235-A鋼。罐內(nèi)骨架立柱角鋼、工字鋼和罐外骨架導(dǎo)軌全部與罐壁焊接，防腐層為氯磺化聚乙烯涂料，儲(chǔ)氣罐內(nèi)壁及底板涂6道，外壁及鋼結(jié)構(gòu)涂5道。
    ② 運(yùn)行工況及腐蝕情況
    儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣介質(zhì)為兩段爐水煤氣，運(yùn)行溫度為常溫，設(shè)計(jì)壓力為1200～2300Pa。煤氣中的主要腐蝕性氣體為H2S、CO2等。儲(chǔ)氣罐運(yùn)行11年未進(jìn)行大修，只在1998年對(duì)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行了一次不停氣外防腐(據(jù)資料介紹，濕式儲(chǔ)氣罐使用壽命一般為30年左右，投產(chǎn)3～5年即需定期防腐1次)。儲(chǔ)氣罐高度調(diào)節(jié)每天在10～21m范圍內(nèi)升降，二塔經(jīng)常處于氣水交界位置。儲(chǔ)氣罐腐蝕集中在二塔14.0～15.2m處，以點(diǎn)蝕穿孔及應(yīng)力腐蝕裂紋為主。
    儲(chǔ)氣罐升起至14.5m處，3mm壁板與導(dǎo)軌加強(qiáng)鋼板的對(duì)接焊縫處有約500mm長(zhǎng)的傾斜裂縫。儲(chǔ)氣罐升起至15.1m處，3mm壁板與下掛圈8mm鋼板搭接部分腐蝕最為嚴(yán)重，形成許多已腐蝕成鍋底狀的深坑和圓洞，由于腐蝕點(diǎn)太多，此處約50～100mm寬的壁板已不能再使用。由于儲(chǔ)氣罐二塔腐蝕嚴(yán)重，壁板減薄量不均勻，二塔圓周表面凹凸不平，變形較嚴(yán)重。當(dāng)儲(chǔ)氣罐升至17m左右時(shí)，二塔水封杯圈內(nèi)水深差較大，當(dāng)3個(gè)塔節(jié)均升起時(shí)，二塔水封杯圈內(nèi)水位西南較東北低100mm，塔體略向東北方向傾斜，水槽導(dǎo)輪與一塔導(dǎo)軌有西南方向拉得   過(guò)緊或東北方向擠得過(guò)死的現(xiàn)象。
    ③ 腐蝕原因
    2006年1月5日，我們對(duì)儲(chǔ)氣罐的腐蝕情況進(jìn)行了技術(shù)鑒定。1995年進(jìn)行升降試驗(yàn)時(shí)，儲(chǔ)氣罐掛起3個(gè)塔節(jié)升至21m處，實(shí)測(cè)運(yùn)行壓力為2227Pa。目前相同條件下，實(shí)際運(yùn)行壓力為2139Pa。經(jīng)計(jì)算，罐體鋼板減薄量達(dá)1.0mm左右，平均腐蝕速度為0.1mm/a左右。
    a. 儲(chǔ)氣罐內(nèi)腐蝕。煤氣中含有H2S、CO2等氣體，它們與水發(fā)生反應(yīng)形成酸性溶液，對(duì)設(shè)備造成的腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。腐蝕主要集中在搭接鋼板夾層縫隙處和雜物附著處，形成水膜，產(chǎn)生較強(qiáng)腐蝕。此類腐蝕為化學(xué)腐蝕，腐蝕原理為H2S、CO2在含有水的介質(zhì)中，逐步電離而具有酸性[1]。
    從儲(chǔ)氣罐升起至15.1m處3mm鋼板與下掛圈8mm壁板搭接部分腐蝕情況看，是典型的酸性氣體在焊縫處腐蝕不斷進(jìn)行而引起的點(diǎn)蝕穿孔。
    b. 儲(chǔ)氣罐制作焊接過(guò)程中的起弧、收弧等處，焊縫中夾渣、氣泡等缺陷都很容易成為點(diǎn)腐蝕源，特別是壁板3mm厚的鋼板與導(dǎo)軌加強(qiáng)鋼板的搭接焊縫處，由于金屬咬邊，熱應(yīng)力變形系數(shù)不一，焊縫外積水，腐蝕特別嚴(yán)重。由于焊縫部位為殘余應(yīng)力的集中區(qū)，防腐層起不到應(yīng)有的作用，腐蝕介質(zhì)直接與金屬表面接觸，因此焊縫處腐蝕最嚴(yán)重。此類腐蝕為應(yīng)力腐蝕，腐蝕原理為當(dāng)腐蝕發(fā)生在應(yīng)力集中區(qū)域時(shí)，儲(chǔ)氣罐升降自身產(chǎn)生交變應(yīng)力集中在易破壞區(qū)，在各種荷載作用下稍微產(chǎn)生振動(dòng)或扭曲，腐蝕點(diǎn)就會(huì)開裂，嚴(yán)重時(shí)將擴(kuò)展成裂紋[2]。從儲(chǔ)氣罐升起至14.5m處產(chǎn)生的裂紋看，裂紋的方向都是傾斜的，同理論分析相吻合。應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重部位見圖1。 
  

2 帶氣冷補(bǔ)技術(shù)
    1999年，我們采用焊接補(bǔ)漏技術(shù)對(duì)3×104m3儲(chǔ)氣罐腐蝕泄漏部位成功地進(jìn)行了不停氣修補(bǔ)。2006年1月8日，我公司再次采用“打補(bǔ)丁”的焊接補(bǔ)漏方法對(duì)漏氣處進(jìn)行動(dòng)火焊接，由于焊板周邊的儲(chǔ)氣罐壁板被腐蝕得只剩0.5mm厚，最終焊接補(bǔ)漏方案未取得成功。后經(jīng)多方咨詢，我們選用貝爾左納(Belzona)泥狀修復(fù)材料對(duì)儲(chǔ)氣罐腐蝕泄漏進(jìn)行冷補(bǔ)修復(fù)(冷補(bǔ)是在不動(dòng)火的情況下進(jìn)行補(bǔ)漏的方法)。
    ① 貝爾左納泥狀修復(fù)材料
    Belzona1211泥狀修復(fù)材料是一種雙組分(基料和固化劑)、可機(jī)加工泥狀材料，由硅鋼合金與高分子活性重聚合物及低聚合物混合而成(相關(guān)參數(shù)見表1、2)。該材料專門為金屬的修復(fù)而設(shè)計(jì)，具有高效的抗腐蝕和抗磨蝕性能。Belzona2311是一種流體狀橡膠材料(相關(guān)參數(shù)見表3、4)，固化后形成堅(jiān)實(shí)而柔軟的橡膠材料，和金屬具有高效的粘接性和防腐蝕性，防止金屬因熱脹冷縮發(fā)生腐蝕開裂泄漏。其優(yōu)勢(shì)是材料的外體橡膠保護(hù)層大大延長(zhǎng)因熱脹冷縮引起的腐蝕開裂時(shí)問(wèn)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限。
表1 貝爾左納1211性能指標(biāo)
Tabb.1 Performance indexes of Bdzonal21l
項(xiàng)目  指標(biāo)  測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 
粘合力(拉伸剪切，對(duì)低碳鋼打磨處理，粗糙度為75～100μm)  17.6MPa  ASTM D1002 
防化學(xué)腐蝕  在25℃時(shí)固化7d后，對(duì)酸、堿、碳?xì)浠衔?、石油、無(wú)機(jī)鹽等 有優(yōu)良的抗腐蝕性。  — 
抗壓強(qiáng)度  57.7MPa  ASTM D695 
抗擾強(qiáng)度  57.7MPa  ASTM D790 
熱變形溫度  43℃  ASTM D648 
注：ASTM為美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。 

表2 爾左納1211操作及固化時(shí)間
Tab.2 Operation and hardening time of Belzona1211
                            min
項(xiàng)目  溫度/℃ 
5  10  15  20  25  30 
操作時(shí)限  9  —  6  —  4  — 
運(yùn)行或使用中(無(wú)負(fù)荷無(wú)浸泡)固化時(shí)間  25  20  15  10  7  5 
機(jī)加工或輕負(fù)荷固化時(shí)間  45  30  25  20  15  10 
滿機(jī)械負(fù)荷或熱負(fù)荷固化時(shí)間  60  40  35  30  25  20 
浸泡在化學(xué)物質(zhì)中固化時(shí)間  48  36  30  24  20  16 

表3 貝爾左納2311性能指標(biāo)
Tab.3 Performance indexes of Belzona2311
項(xiàng)目  指標(biāo)  測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 
粘接力(對(duì)低碳鋼)  20.8kN/m  ASTM D429 
防化學(xué)腐蝕  完全固化后對(duì)化學(xué)物質(zhì)具有極好的抗腐蝕性  — 
撕裂強(qiáng)度  45.5kN/m  ASTM D624 
抗拉伸強(qiáng)度  9.8MPa  ASTM D412 
耐熱性  -40～65℃  — 

表4 貝爾左納2311操作及固化時(shí)間
Tab.4 Operation and hardening time of Belzona2311
項(xiàng)目  溫度/℃ 
5  10  15  20  25  30 
操作時(shí)限/min  6  —  4  —  2  — 
運(yùn)行或使用中(無(wú)負(fù)荷無(wú)浸泡)固化時(shí)間/min  60  40  30  25  20  15 
滿機(jī)械負(fù)荷或熱負(fù)荷固化時(shí)間/min  240  120  90  60  50  40 
浸泡在化學(xué)物質(zhì)中固化時(shí)間/h  48  36  24  18  15  12 

    ② 施工步驟
    a. 準(zhǔn)備材料：Belzonal211、Belzona2311、Belzona2911底膠、Belzona9431增強(qiáng)帶、鋸條、粗砂紙、鋼絲刷、磨光機(jī)等。
    b. 儲(chǔ)氣罐高度由調(diào)度員調(diào)節(jié)好，使腐蝕漏氣部位在高于操作平臺(tái)1200～1500mm處。所用工具、材料、滅火器、煤氣檢測(cè)儀以及空氣呼吸器等放置在相應(yīng)位置。
    c. 2名操作員佩戴空氣呼吸器對(duì)漏氣點(diǎn)進(jìn)行表面處理(表面處理應(yīng)遵循4個(gè)原則：清潔、堅(jiān)固、干燥、粗糙)，使用鋸條清除腐蝕點(diǎn)表面油漆、鐵銹等污垢，用粗砂紙小心打磨腐蝕區(qū)域，直至露出金屬基體，然后用丙酮進(jìn)行清洗，使用鋁箔將漏點(diǎn)臨時(shí)粘住。應(yīng)注意表面處理過(guò)程中要嚴(yán)防明火引燃泄漏的煤氣。
    d. 使用磨光機(jī)將上述漏氣部位周圍5cm左右范圍的鋼板進(jìn)行人工打磨至露出金屬光澤，呈現(xiàn)粘合面，使表面變得粗糙，表面打磨深度可達(dá)75～100μm。
    e. 將Belzonal211基料和固化劑充分混合，使用施工板或料刀將Belzonal21 1置于處理后的漏點(diǎn)及周圍區(qū)域，用力下壓，使其填滿漏點(diǎn)，排出內(nèi)部空氣，以保證物料與表面最大限度接觸。
    f. 根據(jù)修復(fù)部位的長(zhǎng)度裁剪適當(dāng)?shù)腂elzona9341增強(qiáng)帶，貼敷到Belzona1211上，均勻用力拍實(shí)，然后在增強(qiáng)帶上在涂敷一層Belzona1211材料，均勻覆蓋住增強(qiáng)帶。
    g. 在Belzona1211表面固化后接著涂刷Belzona2911底膠，要用刷子用力涂刷。
    h. 當(dāng)Belzona291 1底膠用手觸摸干燥后，將Belzona2311基料和固化劑充分混合，使用施工板或料刀將Belzona2311均勻涂敷在Belzona2911底膠上。上述Belzona2911底膠和Belzona2311的操作如果在Belzonal21 1操作4h之內(nèi)進(jìn)行，不需要再對(duì)表面進(jìn)行處理，只要除去表面的油污，如果超過(guò)4h，則需要對(duì)表面進(jìn)行打磨處理。
    i. 用小刮板平整Belzona2311，保證完全覆蓋Belzonal211底層即可。
    3 結(jié)語(yǔ)
    2006年5月—10月間，我公司采用冷補(bǔ)修復(fù)方案先后對(duì)3×104m3儲(chǔ)氣罐逾30處腐蝕泄漏部位進(jìn)行了補(bǔ)漏，補(bǔ)漏部位至今未出現(xiàn)泄漏，儲(chǔ)氣罐運(yùn)行良好。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 彭榮華，彭華.濕式儲(chǔ)氣罐的腐蝕及涂層防護(hù)[J].煤氣與熱力，2003，23(10)：600-602.