摘 要

大型储罐在服役过程中，经常会受到来自周围环境介质的腐蚀，减少服役寿命并带来不必要的损失，为了防止腐蚀的发生，本文广泛调研了国内外大型储罐的结构设计和防腐设计情况，对大型储罐进行了结构设计以及一系列的相应防腐系统设计。本次设计的储罐为五立方米汽罐，采用了12MnNiVR高强度钢为罐体材质，使用了外浮顶的结构，相应防腐设计主要采用防腐涂层系统和阴极保护系统相结合的复合型防腐方法，对储罐的内外表面分别设计了防腐系统：对储罐外壁、浮顶的内外表面、储罐内罐顶和储罐内壁设计了防腐涂层系统；对储罐的外表面设计了防腐涂层和外加电流阴极保护相结合的防腐系统；对储罐的内表面设计了防腐涂层和牺牲阳极阴极保护相结合的防腐系统。本次设计中使用的防腐系统有效的抑制了五立方米汽罐的腐蚀，起到了良好的防腐效果，达到了预期的目的。

关键词：五立方米汽罐；腐蚀；防腐系统设计；涂层；阴极保护

Abstract

In order to prevent the occurrence of corrosion, this paper has extensively researched the structural design and anti-corrosion design of large-scale storage tanks at home and abroad in the process of large-scale storage tanks in the service process, often from the surrounding environment, corrosion, reduce service life and bring unnecessary loss Situation, the structure of a large storage tank and a series of corresponding anti-corrosion system design. The design of the tank for the 50000 cubic meters of diesel fuel tank, using 12MnNiVR high strength steel for the tank material, the use of the outer roof structure, the corresponding anti-corrosion design is mainly used anti-corrosion coating system and the combination of cathodic protection system The anticorrosive system was designed on the inner and outer surfaces of the tank. The anticorrosive coating system was designed for the inner and outer surfaces of the tank, the inner and outer surfaces of the roof, the inner tank of the tank and the inner wall of the tank. The anticorrosive system was designed in combination with anti-corrosion coating and cathodic protection. The inner surface of the tank bottom was designed with anti-corrosion coating and sacrificial anode cathodic protection combined with anti-corrosion system. The design of the anti-corrosion system used to effectively suppress the 50000 cubic meters of diesel fuel tank corrosion, played a good anti-corrosion effect, to achieve the desired purpose.

Keywords: 5,0000cubic meters diesel tank; corrosion; corrosion protection system design; coating; cathodic protection

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外油罐防腐工业的发展概况 1

1.3 研究内容 2

第2章 油罐的结构设计 4

2.1油罐选型 4

2.2 浮顶设计 4

2.3罐底设计 5

2.4油罐尺寸选择 5

2.5罐体材料选择 7

第3章 油罐腐蚀失效的理论分析 8

3.1 油罐腐蚀的种类 8

3.2 油罐外腐蚀机理分析 8

3.2.1 大气腐蚀机理 8

3.2.2土壤腐蚀机理 9

3.2.3微生物腐蚀 10

3.3 油罐内腐蚀机理分析 10

3.3.1 罐底部分 10

3.3.2 罐顶部分 12

3.3.3 罐壁部分 12

第4章 五万立方米汽油罐外表面防腐系统设计 13

4.1 金属储罐常用防腐措施 13

4.1.1 涂层保护 13

4.1.2缓蚀剂保护技术 14

4.2 油罐表面防腐技术 14

4.2.1 浮顶表面及罐顶外表面防腐 14

4.2.3 储罐底板外表面防腐技术 15

第5章 油罐阴极保护系统设计 16

5.1 阴极保护的方法 16

5.1.1牺牲阳极法 16

5.1.2 外加电流法 16

5.2阴极保护方法的选择 17

5.3油罐的外加电流阴极保护 18

5.3.1阳极输出电流的大小 18

5.3.2被保护构件阴极保护电位的确定 19

5.3.3阳极相关参数的选定 19

5.4恒电位仪参数的确定 22

5.5安装与施工 22

5.5.1 施工工序 22

5.5.2 系统安装 23

第6章 油罐内壁防腐保护设计 24

6.1 节点加固 24

6.2涂料性能要求 24

6.3防腐涂料及防腐内衬里 25

结 论 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

近年来，各种基础设施和设备的腐蚀问题日益突出，储罐的防腐特别重要。油罐的腐蚀问题往往体现在由于局部腐蚀引起的油罐故障，导致一些生产事故。其原因是多方面的，涉及设计，施工过程，防腐过程和监督等各个方面。

腐蚀危害是多方面的。首先，一些油品的参数如胶体含量，pH值，盐份等会受到影响，影响其正常使用。第二，他会导致油箱漏油。它不仅会浪费资源，污染环境，而且会造成严重的危害，危害人类的日常生活。由此产生的损失很难衡量。总而言之，金属油罐的腐蚀会降低油品质量;会造成油罐油品泄漏，造成环境污染，甚至引发火灾和爆炸。因此，必须降低腐蚀带来的损失，加强对腐蚀基础理论的研究，提高对腐蚀机理的认识，寻找腐蚀规律，增进对金属设备设施的防腐蚀意识，做好金属储罐的建设与管理的工作，及时对调查油罐腐蚀状况，制定全方位的防护措施与维修保养方案^[1]。

目前，我国的石油行业中的各种类型储罐的容积差别很大，常用的在 5000～10000m³之间，最小的不到10万m³，最大的有20万m³。不管储罐的体积如何，它们的设计寿命没有太大差别，通常约为20年，但由于储罐和外部环境的存储介质的差异，例如某些腐蚀介质的存储或者在沿海和工业气氛在大气腐蚀的条件下，其使用寿命将受到很大影响。在极端条件下，储罐可能会在不到一年的时间内报废。因此，在防腐研究中，应从罐体的实际工作环境入手，调查腐蚀情况，研究腐蚀规律，避免腐蚀穿孔在非维护期间，导致溢油事故。

1.2 国内外油罐防腐工业的发展概况

目前，我们可以更全面地了解金属油罐的腐蚀和防护，包括更常用的腐蚀检测技术，腐蚀因素，腐蚀机理，形式，形式，腐蚀的原因和严重程度等。油罐的整个寿命周期，各个环节的关系和油罐的防腐工作进行了全面的研究，具体涉及油罐的结构设计，施工，安装，使用，维护和保养，以及常用的防油腐蚀措施^[2]。

众所周知，油罐的腐蚀问题严重影响了国民经济的发展、工业生产以及人民的生命财产安全。所以，国内外都非常重视油罐的防腐工作，主要研究的内容包括以下四个方面，分别是：

（1）加强油罐腐蚀机理的研究

对各类油罐的腐蚀机理进行了很多详细的研究。通过研究大量油罐的腐蚀机理，可以准确地总结油罐不同部位的腐蚀原因，分析腐蚀规律，为油罐保护提供理论依据。

（2)加强油罐防腐蚀措施的研究

金属油箱的防腐措施主要是通过涂层进行保护，然后采用双重保护方法，将涂层与阴极保护一起使用。该涂层包括金属涂层和非金属涂层，涂层在防腐过程中的作用是可以将金属与腐蚀介质隔离开来，防止金属表面腐蚀微电池的形成，以前，防腐涂料品种很少，性能低下且易脱落，而且，材料的表面处理要求很高，使用寿命也不长^[3]。

阴极保护是一种电化学保护技术，通常分为牺牲阳极保护和外加电流保护。未来，阴极保护技术的研究将会得到加强。根据不同的储罐介质，进行阴极保护材料和安装方法的研究，以提高阴极保护的有效性。开展外部电流保护的应用研究，以提高电源的可靠性和耐用性。

（3）加强油罐维修方法的研究

目前，油罐维修的方法分为不动火修补和动火修补两种方法。油罐附近的往往积聚了大量的油蒸气，进行动火作业危险系数很高。因此，进行不动火修补方法的研究显得尤为重要。常用方法有环氧树脂玻璃布修补法、弹性聚氨酯涂料修补法和应急堵漏法。在不动火修补达不到理想效果时，我们就必须采用动火修补，焊接法是动火修补的常用方法，主要用于对油罐局部腐蚀的修补，在补板和换板过程中应用较多。同时大量先进的新技术陆续产生，如环氧树脂修补法、带油修补法等，这些技术代表了未来的发展趋势——向新材料、快速修复方向的发展

（4）加强油罐腐蚀检测和监测技术的研究

传统的无损检测方法都是离线检测，必须清洗油罐，对表面处理要求高，工作周期长，调查结果不全面。近年来，金属油罐的腐蚀调查技术取得了重大进展，声发射技术作为一种在线检测手段，可以在不开罐的条件下，对储罐进行全面的腐蚀状况调查，不仅保证了油罐的安全，还在很大程度上降低了油罐的检修成本。尽管如此，每种检测技术都有其局限性，所以，未来的腐蚀状况调查方法的发展趋势将是多种新技术的有机结合，实现测量仪器的自动化和测量结果的精确化、可视化。

1.3 研究内容

本设计计划开展以下主要研究工作：

（1） 针对油罐的容积-五万立方米和油品的种类-汽油对罐的结构进行合理的设计包括：罐体尺寸的确定、选材、浮顶结构和罐底结构的确定；

（2） 根据油罐腐蚀形成原因以及腐蚀机理，研究各个腐蚀行为，对汽油罐内外失效机理进行分析；

（3） 研究造成油罐腐蚀的主要因素，分析出对油罐所需要采取的防腐措施其中包括了油罐内外表面的防腐系统设计；

（4） 着重说明外加电流的阴极保护法对油罐内外的腐蚀防护设计，确定最符合油罐的防护措施；

第2章 油罐的结构设计

2.1油罐选型

根据形状，储罐可分为立式圆柱形油罐、卧式圆柱形油罐和特殊形状油罐三大类。立式圆柱形罐最常见，大型油罐中立式油更是居多。卧式圆柱形油罐的容积一般较小，但是承压能力比较高，且运输容易，有利于工厂化的制造，这种油罐多用来储存需求量不太大的油品，特殊形状油罐具有承压能力高和显著降低所储介质蒸发损耗的优点，但是施工比较困难，所以现阶段只有其中的球罐应用较广泛，且主要用来储存液化气和一些高挥发性的化工产品^[4]。

立式圆柱形油罐由罐底板、隨壁板、罐顶和油罐的某些附件组成。根据油罐顶部结构的不同可将油罐分为浮顶油罐、拱顶油罐、内浮顶油罐、锥顶油罐、无力矩油罐^[5]。本次设计选用设计类型为浮顶油罐。

大型浮顶式储罐罐体的整体结构组成主要由以下几部分组成：不等厚隨壁板、罐底板、大角揮缝、包边角钢、浮顶、加强圈、抗风圈、排水系统、转动扶梯、消防挡板、内壁密封装置等。

2.2 浮顶设计

浮顶主要有单盘式和双盘式。单盘式浮顶的优点: 钢材耗量少，成本低，负载阻力不均匀性强，容易发现浮顶漏油事故; 缺点:单盘板容易产生变形，板材整体平整度难控制，局部变形后易集水产生腐蚀和浮顶偏沉事故，隔热效果不好，双盘浮顶的优点：顶板与底板之间的空气层起到良好隔热作用，结构稳定性好，顶板变形小，有利于排水，缺点：钢材消耗量大，结构复杂，成本高，非均匀负荷能力弱^[6]。因此，浮顶类型的选择应综合考虑地理位置，腐蚀状况，操作条件和罐体施工区域的所有者要求。

5万立方米单层水池的浮顶结构主要由单一圆盘和环形浮舱组成。为了防止单盘板在风荷载作用下的疲劳损伤，并控制单盘板的变形，在单层板的下表面设置径向肋和圆周肋;为了增加浮顶的抗沉力，单盘板变形受到控制。变形时，在单个圆盘的中心设置一个中央浮动舱;安全附件如呼吸阀和紧急排水装置也安装在单个磁盘上。

浮顶设计准则按GB50341－2003中第8章的规定:

① 当单盘式浮顶的任意两个船舱及单盘同时泄漏、双盘式浮顶的任何两船舱同时泄漏时，浮顶不沉没;

② 当排水管失效，浮顶上积存250mm降水量时，浮顶不沉没;

③ 在正常操作条件下，单盘与储液之间不应存有油气空间，同时单盘应有利于排水;

④ 在满足以上各条件下，浮顶应保持结构的完整性，不发生强度稳定性破坏。

2.3罐底设计

罐底有五种类型的结构，包括锥形罐底，倒锥形罐底，倒锥形罐底，单斜罐底和台阶式漏斗底。圆锥形罐的底部及其基础都具有正高的圆锥形状，中间高度和低圆周。施工期间的基本坡度一般为15％。基本沉降基本稳定后，锥面斜率不应小于8％，罐底部下部基本能满足污泥杂质和液体贮存的要求。这是一种传统的底部结构，仍然被广泛使用。本油罐采用了此种罐底的结构形式。

罐壁与罐底边缘板之间的T形角焊缝是应力集中的峰值区域，它承受由地震或风荷载引起的水压，弯矩和剪切力引起的拉应力和弯曲应力，随着罐内液位的上升和下降，焊缝周围的底板会产生一定的弹性变形，并可能导致高应力循环疲劳失效，因此，焊缝不能是完全穿透结构，而且，焊缝的刚性不应太大，应从焊接结构，焊接工艺和无损检测等方面采取措施尽可能降低大角度焊缝的峰值应力，并尽可能使其具有柔韧性，结合过去10万立方米的油箱设计经验，油箱设计时，油箱外侧采用等边角焊接，内侧凹形与平滑过渡的不等角焊缝^[7]。

2.4油罐尺寸选择

油罐壁是油罐的受力构件。罐壁圈板由多块钢板焊接而成，它们之间的焊缝采用对接连接，各圈罐壁的纵向焊缝应错开，其间距应不小于500mm。对接连接的钢板若厚度大于6mm必须开坡口。浮顶油罐要求罐壁板各圈板有相同的内直径，因此圈板之间均采用对接焊接。

油罐壁受罐内液体静压力的影响很大。图中显示了经过圆柱形罐壁的罐的静态压力。这种静态压力分布在三角形中并且从上到下逐渐增加，因此罐壁厚度也应该从上到下逐渐加厚。但是，在实际的罐壁设计中，不可能使用钢板罐壁板的厚度不断变化。因此，罐壁只能根据钢板的规格通过逐渐变厚的板的阶梯状可变横截面壁板进行焊接。除了罐的直径较小时，由于每层的计算厚度罐壁小于满足刚性要求所需的厚度，罐壁的厚度根据刚性条件设计为壁厚，并且为了便于备料，壁板的厚度设计为增加根据罐壁的强度条件从上到下沿着壁从层到层的厚度。

通过查阅油罐油库的设计规范，单盘式浮顶储罐的尺寸如表2.4.1所示，尺寸容积储罐罐壁厚度如表2.4.2所示。

表2.4.1 我国常用的单盘式浮顶储罐的尺寸

表2.4.2 常用尺寸容积储罐罐壁厚度

由上述列表中选择5万立方米浮顶罐的尺寸，其罐内径为60000mm，罐壁高度为19350mm，罐壁厚度自下而上依次为：32mm，28m，23mm，20mm，18mm，14mm，11mm,10mm,10mm，10mm.