天然氣作為清潔能源越來(lái)越受到青睞，很多國(guó)家都將LNG列為首選燃料。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越重視，節(jié)能減排力度越來(lái)越大，天然氣作為清潔能源的優(yōu)點(diǎn)日益突出，國(guó)內(nèi)天然氣需求呈現(xiàn)出爆炸式的增長(zhǎng)勢(shì)頭。我國(guó)天然氣資源在西部，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)卻在東部沿海地區(qū)，西部和中部的大量天然氣資源離東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)甚遠(yuǎn)，造成東部天然氣供應(yīng)不足，“西氣東輸”項(xiàng)目滿足不了沿海地區(qū)對(duì)能源的需求，需大量進(jìn)口LNG來(lái)補(bǔ)充。2014年中國(guó)通過(guò)沿海接收站進(jìn)口LNG達(dá)1989.07萬(wàn)t，而LNG儲(chǔ)罐為接收站的核心設(shè)備，由于海邊環(huán)境的大氣腐蝕性大，因此LNG儲(chǔ)罐良好的防腐性能是一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

    1  近海環(huán)境下，20000m3LNG儲(chǔ)罐的腐蝕機(jī)理

    以20000m3LNG儲(chǔ)罐為例，該儲(chǔ)罐位于海口市澄邁縣工業(yè)園區(qū)，儲(chǔ)罐距海岸約150 m，儲(chǔ)罐為雙層金屬吊頂單容罐，固定拱頂結(jié)構(gòu)。

    1.1 金屬腐蝕的影響因素及分類

    金屬腐蝕過(guò)程受各種不同因素的影響，這些因素分為外部因素和內(nèi)部因素。外部因素包括介質(zhì)的組成、溫度、壓力、pH值、材料的受力等；內(nèi)部因素包括金屬材料的化學(xué)組成、金屬的晶型、金屬表面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)等。按腐蝕的反應(yīng)歷程可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕；按腐蝕的形態(tài)可分為全面腐蝕和局部腐蝕；按腐蝕環(huán)境可分為自然環(huán)境下的腐蝕和工業(yè)環(huán)境中的腐蝕。儲(chǔ)罐介質(zhì)不會(huì)對(duì)罐體產(chǎn)生腐蝕；由于儲(chǔ)罐離海近，大氣環(huán)境濕度大，氯離子含量高，大氣環(huán)境會(huì)對(duì)罐體產(chǎn)生腐蝕。因此，儲(chǔ)罐的主要腐蝕類型為大氣環(huán)境中均勻的電化學(xué)腐蝕和由鹽霧顆粒引起的局部腐蝕。

    1.2 20000m3LNG儲(chǔ)罐的腐蝕機(jī)理

    金屬表面在潮濕大氣中形成薄液膜，液膜具備電解質(zhì)溶液的性質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。在薄液膜下的大氣腐蝕，不論電解質(zhì)是酸性、中性或堿性，陰極過(guò)程均以氧的去極化為主。

    在中性或堿性液膜中：

    O2+2H2O+4e→4OH-

    在酸性液膜中：

    O2+4H++4e→2H2O

    金屬表面存在污染物質(zhì)或吸附有害雜質(zhì)，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)腐蝕過(guò)程。在固體顆粒下的金屬表面常發(fā)生縫隙腐蝕或點(diǎn)蝕。海洋大氣環(huán)境主要是大氣中含有海鹽粒子。

    在海洋大氣環(huán)境中，海風(fēng)吹起海水形成細(xì)霧，由于海水的主要成分是氯化物鹽類，這種含鹽的細(xì)霧成為鹽霧。當(dāng)鹽霧沉降暴露在金屬表面上時(shí)，由于Cl-對(duì)金屬鈍化膜極強(qiáng)的破壞作用而大大加快了金屬全面腐蝕的速度，增大了金屬局部腐蝕的可能性。

    海口澄邁縣工業(yè)區(qū)設(shè)備所在地的年平均氣溫23.9℃，年平均相對(duì)濕度在85%左右，最大相對(duì)濕度達(dá)100%，屬于熱帶、亞熱帶氣候。由于地理位置的關(guān)系，整個(gè)地區(qū)在夏季易受臺(tái)風(fēng)侵襲。現(xiàn)場(chǎng)日照強(qiáng)烈，晝夜溫差大（15℃左右），只要相對(duì)濕度達(dá)到35%左右就會(huì)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。儲(chǔ)罐壁長(zhǎng)期存在薄液膜，金屬表面極易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。而海洋大氣環(huán)境中的形成的鹽霧進(jìn)一步加強(qiáng)了大氣腐蝕的速率。

    2   海面20000m3LNG儲(chǔ)罐的防護(hù)

    結(jié)合海洋大氣環(huán)境對(duì)LNG儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析，儲(chǔ)罐內(nèi)充裝有大量的LNG蒸發(fā)氣（天然氣）且儲(chǔ)罐直徑達(dá)35m，外加電流陰極保護(hù)法和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法在有爆炸風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)合并不合適。綜合各種因素，防腐措施采用有機(jī)非金屬涂料保護(hù)金屬表面，以防止設(shè)備腐蝕。涂料涂覆在金屬表面上，形成薄膜，隔離腐蝕性介質(zhì)，保護(hù)金屬。

    根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，如果能完全將腐蝕介質(zhì)、氧氣隔離，不和金屬接觸，就可以避免金屬的腐蝕。但實(shí)際的涂膜不是完全無(wú)孔，膜的孔徑雖然很小（平均直徑一般為10-4～10-6mm），但是水和氧分子更小（＜10-4mm，Cl-更小），為防止水、離子、氧氣的穿透，需采用多層涂膜且涂膜要有足夠的厚度。此外，有機(jī)高分子聚合物一般都是絕緣體，如果在成膜物質(zhì)中加入成為犧牲陽(yáng)極材料的金屬顏料，當(dāng)金屬顏料和金屬表面直接接觸，有腐蝕介質(zhì)滲入后，金屬顏料被腐蝕，可以保護(hù)金屬。如富鋅底漆中金屬鋅粉末，可作為犧牲陽(yáng)極。

    多層防腐涂膜的構(gòu)成可分為底漆、中間漆、面漆等。底漆直接和金屬接觸，潤(rùn)濕性要好，只有潤(rùn)濕性好，才能和金屬表面細(xì)微不平處接觸，滲透到金屬表面的凹凸不平處或勾縫中。底漆作為腐蝕介質(zhì)滲入涂膜后的最后一道防線，應(yīng)具有防腐蝕作用，在底漆中添加鋅粉作為防腐蝕的涂料，可以起到犧牲陽(yáng)極的作用。此外，底漆的成膜物質(zhì)具有很好的屏蔽作用，能阻止腐蝕介質(zhì)的滲透。中間漆起著連接底漆和面漆的作用，這就要求中間層漆、底漆、面漆有很好的結(jié)合力，同時(shí)中間層漆要有很好的屏蔽作用。面漆作為阻擋腐蝕介質(zhì)的第一步，需具備防護(hù)海洋氣候大氣腐蝕的性能。為減少孔隙度，最后一層面漆使用不含顏料的清漆，以獲得致密的涂膜。

    2.1 防腐方案

    快干型環(huán)氧富鋅底漆、快干可覆涂聚氨酯面漆都是雙組份反應(yīng)聚胺固化環(huán)氧涂料。雙組份反應(yīng)型涂料在將兩組分按一定比例混合后，反應(yīng)即開始進(jìn)行，混合后涂料在常溫下快速干燥固化。由于其常溫干燥快和高性能的特點(diǎn)，尤其適用于大型制件和無(wú)高溫烘烤設(shè)備時(shí)的涂裝場(chǎng)合。LNG儲(chǔ)罐體積大，現(xiàn)場(chǎng)制作，適宜選用快干型環(huán)氧底漆、快干可覆涂聚氨酯面漆。

    2.2 表面處理要求

    （1）噴砂前，除去油脂或探傷拍片留下的潤(rùn)濕劑，利用溶劑或乳液去除工件表面的油脂及其他類似的污染物。鋼材表面若有油污物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致涂層與基體結(jié)合不牢，必須在涂裝前去除。由于溶劑有一定的毒性和易燃性，使用時(shí)要注意安全。

    （2）噴砂用磨料要干燥，無(wú)油污，清潔無(wú)雜物，不能對(duì)涂料的性能有影響。磨料的導(dǎo)電率將不得高于250mS/cm。磨料的大小要能夠產(chǎn)生規(guī)定涂料系統(tǒng)要求的粗糙度（表面粗糙度級(jí)別根據(jù)ISO8503 進(jìn)行評(píng)估）。噴砂時(shí)注意防止油或水對(duì)噴砂后鋼材表面的污染。

    （3）鋼材表面要求噴砂清理到Sa 2.5級(jí)。噴砂后準(zhǔn)備涂漆的鋼材表面要清潔、干燥，無(wú)油脂，所有灰塵要求徹底清理，保持粗糙度和清潔度直到第一道漆噴涂。

    2.3 油漆施工

    防腐油漆（duty paint）“的概念，一般指在苛刻的腐蝕環(huán)境使用，包括底漆和面漆的配套涂料。 簡(jiǎn)單地說(shuō)：防腐油漆就是使用壽命更長(zhǎng)，可適應(yīng)更苛刻的使用環(huán)境的涂料稱為防腐油漆。厚膜化是防腐油漆的重要標(biāo)志。一般油漆的涂層干膜厚度為100μm或150μm左右，而防腐油漆干膜厚度則在200μm或300μm以上，還有500μm～1000μm，甚至高達(dá)2000μm。

    這類油漆的固化是利用氨基與環(huán)氧基間的反應(yīng)活性，在常溫或低烘烤溫度下交聯(lián)成膜。胺類可用脂肪胺、芳香胺和環(huán)酯胺，與環(huán)氧樹脂分罐包裝，用前配合。芳族胺反應(yīng)性較低，一般需低溫烘干。脂族胺活性較高，也需在10℃以上才能充分反應(yīng)。各種胺均可以與低分子量環(huán)氧或單環(huán)氧化物制成加成物，以降低揮發(fā)性、吸水性，提高與環(huán)氧的混溶性和固化速度，但同時(shí)提高粘度，降低使用期。常用的脂族胺為乙二胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺、乙二胺。乙二胺價(jià)格低、來(lái)源廣，但揮發(fā)性大，易吸水，毒性和漆膜病態(tài)也重，在自配自用的情況下還有采用。配方按環(huán)氧當(dāng)量：活性氫當(dāng)量=1:1.2-1.5計(jì)算。其他胺類揮發(fā)較小用來(lái)不宜過(guò)多，可視情況按當(dāng)量計(jì)為：1:1.1-1.2. 這類漆類綜合了煤焦瀝青額耐酸、堿性、耐水性和環(huán)氧樹脂的附著力。機(jī)械強(qiáng)度和耐溶劑性，為良好的防腐蝕油漆品種。廣泛用于水利工程設(shè)施、地下管線外壁以及化工設(shè)備和管道內(nèi)壁。缺點(diǎn)是色暗，且瀝青易滲色，用磁漆罩色效果不好，不耐芳烴溶劑，也不耐暴曬。漆的性能和價(jià)格與瀝青和環(huán)氧的配合比有關(guān)。已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用證明，按重量比1:1配合最合理。環(huán)氧瀝青防腐油漆，可分為：胺固化環(huán)氧瀝青防腐油漆和聚酰胺固化環(huán)氧瀝青防腐油漆。

    天氣條件：涂料在施工時(shí)，相對(duì)濕度不能超過(guò)85％，并且鋼板溫度必須高于露點(diǎn)3℃以上。雨天、下雪天、大風(fēng)和大霧環(huán)境時(shí)，不能進(jìn)行涂漆作業(yè)（水性重防腐涂料系統(tǒng)的施工請(qǐng)參見(jiàn)水性重防腐作業(yè)指導(dǎo)書）。施工方法采用高壓無(wú)氣噴，刷涂和輥涂只能用于預(yù)涂工作和小面積修補(bǔ)。

    高性能的環(huán)氧樹脂和聚氨酯涂料分兩個(gè)包裝，按比例混合涂料。涂料混合好后，必須在規(guī)定的混合使用壽命內(nèi)用完。環(huán)氧雙組份涂料，混合后，要放置熟化一定時(shí)間后才能使。

    對(duì)于局部的機(jī)械損傷，可以采用機(jī)械工具打磨到St3 級(jí)。修補(bǔ)時(shí)，可采用噴涂或刷涂的方式。噴涂時(shí)，需注意對(duì)其它區(qū)域涂層的保護(hù)，避免干噴或漆霧等現(xiàn)象的產(chǎn)生。刷涂時(shí)，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到需要多遍才可達(dá)到規(guī)定的膜厚。

    施工完后，涂層在未完全固化的情況下，不宜承受機(jī)械應(yīng)力。油漆固化過(guò)程中，應(yīng)保持良好通風(fēng)。涂層固化前，應(yīng)當(dāng)避免接觸水氣，否則，表面將產(chǎn)生白化現(xiàn)象。涂層表面存在白化現(xiàn)象時(shí)，使用稀釋劑和打磨方式去除。

    3   結(jié)論

    鑒于LNG儲(chǔ)罐是整個(gè)LNG接收站的核心設(shè)備，而天然氣又是一種易燃易爆的介質(zhì)，儲(chǔ)罐設(shè)備的失效主要是泄露，因此采取有效的防腐蝕措施，能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命和運(yùn)行安全。接收站在使用過(guò)程應(yīng)對(duì)防腐涂層的厚度定期監(jiān)測(cè)，以保證設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。出于控制建造成本的考慮，儲(chǔ)罐的外罐碳鋼材料的抗腐蝕能力比較差，因此對(duì)碳鋼材料的防腐層必須有效完好，在設(shè)備在正常運(yùn)行中，應(yīng)定期測(cè)定防腐層的厚度，以防止因防腐層脫落造成設(shè)備表面腐蝕，引起設(shè)備的破壞失效。LNG儲(chǔ)罐在各種保護(hù)措施的作用下可以保證是安全的。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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