双层FRP油罐的发展趋势及应用前景

双层FRP油罐的发展趋势及应用前景

许文忠尹强

摘要：本文介绍了双层油罐的发展历程，各类型双层罐的结构及性能；叙述了近年来北美、欧洲等地区对于油品腐蚀的研究成果和双层罐应用情况；说明了双层FRP油罐在耐腐蚀、安全环保等方面的优势；针对我国加油站埋地油罐的现状及未来趋势，结合我国油品的升级进程，认为双层FRP油罐在我国具有广阔的应用前景。

关键词：加油站腐蚀双层罐FRP 应用

Development Trend and Application Prospect of Double Wall FRP UST

Abstract: The paper recounts the history of double wall underground fuel storage tanks (UST), compares the structure and performance of various types of USTs. Considering the recent research achievements on fuel corrosion and the double wall UST usage experience in North American and Europe, the paper concludes the advantages of FRP UST in anti-corrosion and environmental protection. To benefit the upgrade of our country’s current underground fuel storage tanks, FRP UST has great application prospect in upgrading our country’s fuel storage systems.

一、前言

自1850年代开始世界进入石油时代以来，油品存储设施经历了多次发展及变革。1930年代具有现代雏形的加油站问世时，埋地油罐是用钢板铆接的形式制作而成，之后出现了焊接钢制油罐。随着成品油市场的发展，加油站油罐的相关技术标准和法律法规也在不断发展完善。在二次世界大战期间，镀锌钢板制作的地下油罐已经逐步被涂抹了防腐材料的地下油罐取代。1960年到1970年，油罐渗漏问题在美国引起了社会各界的广泛关注，一些针对钢制油罐易被腐蚀，从而造成的油品渗漏的新产品开始出现，例如塑料油罐、环氧树脂油罐、玻璃纤维油罐等，同时法律法规要求对钢制油罐进行阴极保护，同时在罐壁涂抹沥青防腐材料。1970年到1990年，由于对环境保护进一步的关注和重视，人们希望能够对油罐的渗泄漏情况进行实时监测，实现渗泄漏油品在进入环境之前及时发现并处理，带有中间层（二次保护空间）的双层储油罐开始逐步得到应用和推广[1]1-20。

根据我国商务部统计数据，中国现有加油站数量已经超过了9.5万座，仅次于美国的16.2万座位居世界加油站数量的第二位。随着国民经济的发展和人们环保意识的不断增强，我国环境保护相关的法律法规也逐步健全。我国2013年3月1日正式实施的由住建部和国家质量监督检验检疫总局联合颁布的《汽车加油加气站设计与施工规范》 GB 50156-2012[2]中，除对双层油罐的应用做出了明确规定外，还在条文说明中指出“双层油罐是目前加油站防止地下油罐渗（泄）漏普遍采取的一种措施。其过渡历程与趋势为：单层罐——双层钢罐（也称SS地下储罐）——内钢外玻璃纤维增强塑料双层罐（也称SF地下储罐）——双层玻璃纤维增强塑料（FRP）油罐（也称FF地下储罐）”。并提出“双层玻璃纤维增强塑料油罐，其内层和外层均属玻璃纤维增强塑料

罐体，在抗内、外腐蚀方面都优于带有金属罐体的油罐。因此，这种罐可能会成为今后各国在加油站地下油罐的主推产品”。

二、双层油罐的发展历程

20世纪60年代，德国首创了用于存储油品的双层罐，早期的双层罐内外层均由钢制成，这种双层罐被称为SS型双层罐；20世纪70至80年代，美国钢罐协会（STI）引进了德国技术，也开始生产内外层均由钢制成的双层罐，并且加以改良，推出了无需现场进行阴极保护的产品（STI-P3型油罐）[1]13；随后，美国开始尝试使用复合材料来制作双层罐的外壁。因受当时制造工艺的限制，早期的外壁由复合材料构成的双层罐并没有中间层，例如：外层罐壁由FRP材料制成的ACT-100型油罐、由聚氨酯材料制成的ACT-100U型油罐[1]12,13等。

随着复合材料技术的进步及实践的检验，一些不适宜应用于油罐的复合材料逐渐被淘汰，FRP 材料确立了其在油罐领域的主流地位。1985年，美国钢罐协会（STI）推出了内层由钢制成，外层由FRP材料制成，中间带有中空夹层的双层油罐，也就是真正意义上的SF型双层罐，其品牌标示为Permatank?。由于这种油罐外层罐壁由FRP材料制成，能够有效抵抗埋地环境下来自于地下水、微生物及土壤环境的侵蚀[3]，而其中空层可以设置24小时渗泄漏监测的设施，所以应用比较广泛，只是近年来市场份额在逐年下降。

1984年，世界上第一个内外层均由FRP材料制成的FF型双层罐在美国洛杉矶问世[1]5。双层FRP油罐因其特有的性能，解决了以往带有金属结构的油罐所存在的问题，并且对近年来生物燃油和替代燃料的发展所带来的腐蚀问题有很好的适应性，因而得到了法律法规、以及UL等第三方认证组织的广泛认可和支持，并逐步扩大了应用规模和使用范围。

三、双层FRP油罐应用的客观原因

在过去的几十年里，石油炼化工业和石油替代燃料工业有了突飞猛进的发展，不仅新兴的石油替代品燃料带来了一些新的腐蚀问题，关于石油基燃料存储系统的养护和防腐蚀研究也成为了一项专门的边缘学科。正是这些新问题的出现和研究成果，推动了双层FRP油罐的广泛应用。

（一）微生物侵蚀现象

微生物侵蚀（Microbiologically Influenced Corrosion，简称为MIC）是一种对几乎所有常用金属材料都非常有害的腐蚀类型，这一腐蚀类型在过去的几十年里被人们广泛的关注，并进行了大量的研究。1990年9月份，美国腐蚀工程师学会（NACE）正式采纳了“Microbiologically Influenced Corrosion”作为术语[4]。

在传统的油品存储系统中，微生物对钢制油罐的侵蚀现象十分明显。据统计，在成品油运输和储运环节，美国每年由于微生物侵蚀现象造成的设备损失曾经高达数百亿美元，由此造成的环境损失更是难以估量[5]。美国空军技术大学曾经做过一项关于燃油对于钢制油罐腐蚀的研究，选取了来自于地下油罐、车载油罐、以及飞机的油箱的40份燃油样本，其中36份样本在微生物侵蚀方面表现出了显著性[6]。

在油品存储领域，传统的应对微生物侵蚀的方法包括防腐涂层和添加微生物抑制剂。但是由

于涂层工艺的限制和微生物的多样性，这些手段的实际表现并不理想。美国材料设计评估组织（MDE）研究表明，包括铁还原菌（IRB）、贫营养菌（LNB）、硫酸盐还原菌（SRB）、磁性菌（MB）以及一些其他的厌氧/需氧菌种都会对钢罐产生明显的微生物侵蚀现象[7]。

微生物侵蚀，其本质上是一种电化学过程。要形成微生物侵蚀，除了特定的微生物外，还需要能源、碳源、电子给予体、电子受体和电解质（如水）的存在[8]。而FRP材料并不会像金属一样失去电子，因此内层由FRP材料制成的双层FRP油罐可以完全不受微生物侵蚀现象的困扰，从根本上解决了微生物的侵蚀问题。

（二）燃料的多样化带来的腐蚀问题

近年来生物燃料和非烃类燃料的制备技术有了突飞猛进的发展，同时也带来了燃料组分和理化性质的改变。而目前广泛应用的含醇燃料和生物柴油，就对含有钢制部件的油罐产生了新的腐蚀威胁。

对于含醇燃料来说，所包含的醇类大多为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇等短碳链醇类，由于此类醇类物质可以与水任意比例互溶，因此含醇燃料的水溶度远高于传统燃料。有研究表明，传统汽油中添加10%体积的乙醇，就能使其水溶度从100ppm上升至4000ppm[9]。水溶度的增加带来了燃料导电性的提升，从而使得原本对钢罐威胁巨大的MIC现象明显加速，同时水溶度的增加更有利于微生物的大量繁殖，又对MIC现象起到了促进的作用。此外，正常情况下含醇燃料中的水与油没有明显的分界，这也意味着MIC现象将不再像原先那样只发生在钢制油罐的底部，而在整个油罐的内部都可能发生。

对于生物柴油来说，除了其含水量高外，整体pH值还较低（不同制备方法产生的酸价不一致），其本身就对金属有一定的腐蚀性。而且生物柴油具备良好的生物降解性能，能在一至两周内被有氧菌或厌氧菌分解，这一过程中会产生大量的酸性物质，除造成生物柴油的质量下降外，还可能对油罐中的钢制部件造成侵蚀。

（三）超低硫柴油的腐蚀

随着雾霾、光化学烟雾等环境事件的不断出现，人们希望燃料中的硫含量越来越低，超低硫柴油（Ultra Low Sulfur Diesel，简称ULSD）就是应运而生的一种新兴清洁能源。超低硫柴油要求的含硫量仅为10～15ppm，已经在北美、欧洲等发达国家广泛应用，应用比例接近柴油总数的95% [10]。

超低硫柴油的广泛应用，也带来了对钢制油品存储系统的腐蚀问题，但其成因尚未明确。自2007年至2009年间，美国石油设备协会（PEI）、钢罐协会（STI）、试验材料协会（ASTM）等组织都曾收到过关于存储超低硫柴油的设施被腐蚀的报告，2010年，石油设备协会（PEI）正式组织会议，将超低硫柴油腐蚀现象设立为研究课题，并与包括EPA, ASTs, Clean Air, PMAA, ATA, NBB, Truck Stop, API, Fuel Additive Companies等在内的多家相关组织机构进行分享[11]2。

超低硫柴油导致的腐蚀现象更为复杂，多家炼厂、多个品种、通过不同管道输送的超低硫柴油都发生过腐蚀，若干的腐蚀案例中包含了多种多样的油罐容量、油罐使用时间、油罐维护状况

和油品销售量，而且超低硫柴油的腐蚀在油品存储系统的液相空间和气相空间中都有发生。这样的复杂性为超低硫柴油腐蚀原因的调查研究带来了很大的麻烦，最新公布的研究报告也还停留在对成因的猜测阶段，STI怀疑超低硫柴油腐蚀可能与下列原因有关[11]30：

——由超低的硫含量而导致的微生物增多；

——未知成因的其他微生物腐蚀；

——柴油未被正确的加工处理；

——燃料添加剂导致的不良反应；

——大量生物柴油的应用；

——由超低硫柴油引起的油罐底部残留物；

——超低硫柴油存储设备的接地问题。

尽管超低硫柴油对于钢罐的腐蚀成因尚未调查清楚，但是事实证明超低硫柴油的腐蚀只存在于钢制的油品存储系统中，双层FRP油罐尚未发现超低硫柴油腐蚀的现象。

四、FRP双层油罐的应用状况

由于微生物诱导侵蚀、超低硫柴油腐蚀等一系列因素的影响，使得含有金属部件的油罐质保期限有所缩短。2007年，美国钢罐协会（STI）发布了一则声明，声明将钢制油罐，以及内层钢、外层FRP材料制成SF型双层罐（包括STI旗下的Permatank?）的质保期限由原先的30年缩短到20年，而随后STI又发布声明，将这一质保期限再次缩短至10年[12]。在这仅有的10年质保期限中，STI还特别指明：质保条款仅适用于罐内没有水存在的条件下，若罐内有水，则不再对该罐进行质保。与此相对应的是，双层FRP油罐（FF型油罐）依然拥有长达30年的质保期限，而且对罐内是否有水没有任何限制。

在北美等发达国家，双层FRP油罐的使用历史已经长达20多年，在美国约16.2万座加油站中，70%采用的是双层FRP油罐；加拿大约1.3万座加油站中，采用双层FRP油罐的比例已接近100%。在澳大利亚和新西兰，也有超过6000个双层FRP油罐投入使用，在亚洲的一些国家，例如：日本、韩国、马来西亚、印度尼西亚、菲律宾、印度、新加坡以及我国台湾地区，双层FRP 油罐也开始投入使用，市场份额逐年上升。

五、双层FRP油罐在我国的应用前景

中国作为负责任的发展中大国，始终贯彻落实科学发展观，把保护环境确立为基本国策，把可持续发展上升为国家战略，坚持“在发展中保护，在保护中发展”，探索代价小，效益好，排放低，可持续的环保新道路。石油石化行业是经济和社会的发展命脉，肩负着提供绿色能源、保护生态环境、应对气候变化的重大使命，基于这一国情，我国计划在“十二五”期间大力推进“国V”标准的高质量油品。

2013年2月6日，国务院召开的常务会议指出，随着汽车保有量快速增长，汽车尾气排放对大气污染的影响日益增加，加快油品质量升级已刻不容缓。会议决定：“在已发布第四阶段车用汽油标准（硫含量不大于50ppm）的基础上，由国家质检总局、国家标准委尽快发布第四阶段

车用柴油标准（硫含量不大于50ppm），过渡期至2014年底；2013年6月底前发布第五阶段车用柴油标准（硫含量不大于10ppm），2013年底前发布第五阶段车用汽油标准（硫含量不大于

10ppm），过渡期均至2017年”。

对于符合“国V”标准的超低硫柴油，ASTM、API、PEI等组织已经收到了大量的腐蚀案例报告，因此在我国使用的柴油埋地钢制油罐，包括带有钢制结构的双层罐，在不同程度上也面临着一定的风险。而双层FRP油罐能够很好的应对超低硫柴油腐蚀和微生物侵蚀，具备很高的环保性和安全性。

六、结语

双层FRP油罐虽自身造价较高于其他两种双层油罐，但在耐腐蚀、耐微生物侵蚀、安全环保等方面都具有明显的优势，加之其具备很长的使用年限，综合能效比很高，符合我国“代价小，效益好，可持续”的环保新路子。因此，双层FRP油罐在我国将会有较为广阔的应用前景。

参考文献：

[1] Wayne Geyer. A history of Storage Tank Systems, Handbook of Storage Tank Systems[C].

New York：Marcel Dekker, 2000.

[2] GB 50156-2012. 汽车加油加气站设计与施工规范[S].

[3] Wayne Geyer.Secondary Containment Options for Aboveground and Underground Tanks[Z].

https://www.wendangku.net/doc/7c8858198.html,, Steel Tank Institute.2-4.

[4] NACE. Material Performance[J]. 1990-09.

[5] Brenda J. Little, Jason S. Lee. Microbiologically Influenced Corrosion[J]. New

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[6] W. Graef. An Analysis of Microbial Contamination in Military Aviation Fuel Systems[D].

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[7] Richard A. Lane. Under the Microscope: Understanding, Detecting and Preventing

Microbiologically Influenced Corrosion[J]. AMPTIAC Quarterly, Vol. 9. No.1 2005：3-8.

[8] Reza Javaherdashti, PhD. Microbiologically Influenced Corrosion: an Engineering

Insight[M]. London: Springer-Verlag. 2008：3-4.

[9] Mihaela Neagu, Paul Rosca, Raluca Elena Dragomir, Oana Mihai. The Effect of

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[10] https://www.wendangku.net/doc/7c8858198.html,

[11] Prentiss Searles, Lorri Grainawi. Corrosion in Ultra Low Sulfur Diesel Underground

Storage Systems[R]. NCWM Technical Session. July 2010.

[12] Steel Tank Institute. STI/SPFA Board Reduces UST Warranty Duration[Z]. 2007.

作者简介:

许文忠，男，1954年生，1979年毕业于华东石油学院石油储运专业。现为总后建筑工程规划设计研究院高级工程师，主要从事石油储运工程设计和标准编制工作。联系电话：010-********，手机：136********；Emai1: zhyxu934265@https://www.wendangku.net/doc/7c8858198.html,；通讯地址：北京市海淀区

太平路22号设计院，邮编：100036

尹强，男，1957年生,1982年毕业于黑龙江商学院石油储运专业，高级经济师，现从事成品油发展战略研究和销售管理工作。