罐底外壁陰極保護在克石化公司13罐區(qū)的應用

蘇華

新疆克拉瑪依市科比技術有限責任公司，新疆克拉瑪依 834003

罐底外壁陰極保護在克石化公司13罐區(qū)的應用

蘇華

新疆克拉瑪依市科比技術有限責任公司，新疆克拉瑪依 834003

本文通過對克石化公司13罐區(qū)儲罐的罐底陰極保護設計分析，初步闡明了陰極保護的設計依據(jù)及原則、標準及規(guī)范。并說明采用鋅合金犧牲陽極保護方式能有效解決罐底電化學腐蝕問題。同時在材料選型、施工技術上進行規(guī)范，并對設計改進與措施進行說明。

儲油罐；陰極保護；鋅合金陽極

1、前言

克石化公司現(xiàn)有400m3以上的儲罐300多座，按所裝介質可分為儲氣罐（液化氣、天然氣等）、儲油罐（重油、輕質油、汽油、原油、溶劑油等）和儲水罐（飲用水、污水和壓水），以及儲化學介質罐（硫酸、硝酸、鹽酸和醋酸等）。其中儲油罐約200多座，容積從100m3到20000m3不等，其中2000m3至10000m3儲油罐占大多數(shù)。自96年以來，克石化公司的儲油罐因未加陰極保護陸續(xù)出現(xiàn)罐底腐蝕穿孔現(xiàn)象，發(fā)生泄漏事故，直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和運行周期，使企業(yè)蒙受了巨大的經(jīng)濟損失。圖1為儲罐罐底腐蝕圖。

圖1 儲罐罐底腐蝕圖

2、儲罐罐底腐蝕基本原理

儲罐罐底的腐蝕主要是電化學腐蝕，即金屬表面與離子導電的介質因發(fā)生電化學作用而產(chǎn)生的破壞。金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因：腐蝕介質中存在可以使金屬氧化的物質，它和金屬構成不穩(wěn)定體系，形成腐蝕電池，腐蝕電池的存在加快金屬的腐蝕速度[1]。對于儲罐來說，罐底的外表面腐蝕原因大多來自土壤的腐蝕。儲罐的基礎是以砂層和瀝青砂為主要構造，罐底板坐落在瀝青砂面上，對于罐底的防腐保護只能用瀝青砂石來阻擋與土壤的接觸。由于罐中滿載和空載交替、冬季和夏季溫度及地下水的影響，使得瀝青砂層上出現(xiàn)裂紋，并且儲罐基礎也常會因承重或外界損傷產(chǎn)生變形或塌陷。空氣中的水分和雨水會隨變形的基礎流入罐底與基礎接觸的縫隙，破壞原有的瀝青砂石隔離層，使儲罐罐底外表面與土壤接觸。當油罐溫度較高時，會使底板周圍地下水蒸發(fā)，造成土壤鹽分濃度增加，提高它的腐蝕性。

儲罐的腐蝕除發(fā)生以上介紹的自然腐蝕外，受外界因素的干擾，在有雜散電流存在的情況下，原油儲罐的罐底板外側與土壤接觸的罐外壁部分，極易發(fā)生雜散電流腐蝕。這種腐蝕的存在，對設備的安全運行危害極大，往往在事先難以預測的情況下，在很短的時間內使金屬局部腐蝕穿孔造成安全事故，其經(jīng)濟損失是難以預料的。

對于這種情況，行之有效的防蝕方法就是涂料防腐和陰極保護聯(lián)合。

3、克石化公司13罐區(qū)陰極保護

克石化公司13罐區(qū)包括新建8座200m3、21座1000m3、 20座2000m3、 5座5000m3內浮頂罐罐底外壁的陰極保護。

1 )陰極保護方式的選擇

儲罐常用的陰極保護方法有外加電流保護法及鋅合金犧牲陽極法，外加電流適用于保護范圍較大的長輸管道工程，即站外管道，或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結構。對于煉油廠、化工廠區(qū)及罐區(qū)來說，由于地下管道錯綜復雜，干擾較大，管道相對較短，不適宜用外加電流保護。

犧牲陽極陰極保護的優(yōu)點：a：不需要提供外部電源；b：不產(chǎn)生雜散電流的干擾問題；c：安裝及施工簡單，投產(chǎn)調試后不需要管理；d：保護電流均勻，利用率高?；谏鲜鰞?yōu)點，犧牲陽極的陰極保護技術在煉化行業(yè)儲罐保護及局部區(qū)域性保護工程中，得到了廣泛的應用。另外，施加犧牲陽極陰極保護技術措施，不會對相鄰未被保護的地下金屬設施嚴重干擾（即加速其他未保護金屬設施的腐蝕）。因此本設計選用犧牲陽極保護法。

本項目的陰極保護方式選用犧牲陽極陰極保護法，以及犧牲陽極與土壤電阻率的關系可以得知：犧牲陽極材料在土壤介質的電阻率均小于10Ω·m時，應選用鋅合金犧牲陽極；在土壤介質的電阻率大于10Ω·m時，應選用鎂合金陽極。結合表1克石化廠陰極保護參數(shù)調查表顯示，由于克石化13#罐區(qū)位于克石化廠的東面，土壤電阻率為6.3Ω·m，小于10Ω·m，選用鋅合金犧牲陽極較適合。

表1 克石化廠陰極保護參數(shù)調查表

2）犧牲陽極陰極保護的計算

以5000m3的儲罐為例，犧牲陽極數(shù)量的計算。

（1）5000m3儲罐直徑18m。

（2）底板面積S1=254.34m2。

（4）總的保護面積S=254.34m2。

（5）保護電流密度Ip=5mA/m2。

（6）保護電流強度IA=1.1Ip×S=1398. 87mA。

（7）單只鋅合金陽極重量 W1=27kg

（8）預計陽極保護年限T=20年（儲罐的設計年限為20年）

（9）犧牲陽極在輸出保護電流的過程中，自身溶解。因此陽極重量決定著使用年限。

犧牲陽極重量[2]

式中 W ——所需犧牲陽極總重量，公斤；

Q——陽極理論發(fā)生電量，安·時/公斤，鋅合金犧牲陽極為820安·時/公斤；

η——陽極電流效率，65%～90%；

η1——陽極利用率一般取0.8～0.85

T——預計使用年限，年；

IA——陽極發(fā)生電流，安。

經(jīng)計算得犧牲陽極重量W=575公斤。則犧牲陽極的支數(shù)為n=20支/座，沿罐周設4個陽極保護檢查點，進行埋設。

4、陽極布置和施工安裝

犧牲陽極放置于化學填包料中間部位，陽極填料配方（重量比）為：石膏粉：膨潤土：工業(yè)硫酸鈉=75：20：5[3]。犧牲陽極采用開挖方法施工。犧牲陽極沿罐周分4點均勻布置，陽極埋設點距罐基礎1.5m，水平埋設，陽極間距2.0m，埋深2.0m。陽極電纜與罐壁匯流點扁鋼的連接、及犧牲陽極連接電纜與陽極鋼芯的連接均采用螺紋連接，再用絕緣膠帶纏緊。纏緊后再刷上環(huán)氧煤瀝青做防腐絕緣。所有防腐絕緣層用高壓電火花檢漏儀檢查，檢漏電壓為2.4KV。

犧牲陽極電纜直埋地敷設，電纜埋深0. 7m，上下須鋪以不小于100mm厚的軟土或砂層，并蓋以紅磚保護，其覆蓋寬度應超過電纜兩側各500mm，敷設時，電纜要留有一定的裕量。陽極埋設完畢后應夯實，回填土中應均勻摻入適量鹽粒以降低土壤電阻率。陽極與周圍土壤接觸要好，陽極填料和回填土均應澆水濕潤。

犧牲陽極的敷設方式詳見下圖：

圖2 犧牲陽極在罐周埋設布置示意圖

圖3 儲罐陽極布置示意圖

5 保護效果

采用犧牲陽極保護前后克石化儲罐的情況比較見表2。

表2 犧牲陽極保護前后克石化儲罐情況比較表

由上表可見，儲罐經(jīng)陰極保護后腐蝕速率大大降低，保護效果較為明顯。據(jù)有關資料顯示儲罐底外壁在陰極保護后20年以內腐蝕速率可降至＜0.01mm/a，幾乎可以完全抑制儲罐底外壁的腐蝕。如克石化廠92年以前，廠區(qū)埋地管網(wǎng)每年泄漏次數(shù)在數(shù)十次以上。自92年以后，被保護的管網(wǎng)雖未經(jīng)其他腐蝕措施處理，至2001年未再出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，儲罐也自96年經(jīng)陰極保護后，基本未出現(xiàn)過泄漏現(xiàn)象，可見陰極保護的腐蝕抑制能力很強。

[1]胡士信.陰極保護工程手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社.1999:276-277

[2]唐明華.油氣管道陰極保護［M］.北京：石油工業(yè)出版社.1986:175-176

[3]SY/T0088-95.鋼制儲罐罐底外壁陰極保護[S]

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.069