商業儲備庫大型儲罐的陰極保護系統應用

（新疆玖安勞動安全評價檢測中心，烏魯木齊市，830000） 許永輝

1 引言

隨著國家石油戰略儲備工作的開展，大型原油商業儲備庫建設在全國重點地區展開。中哈原油管道二期的建設，沿線的商業儲備庫也同步進行。

哈國管輸原油成分相對復雜，為中硫混合原油，對儲罐的材質及防腐要求較高。

鋼質儲罐常用防腐措施是涂裝防腐層。但腐蝕類型多樣。單一措施不能有效控制金屬的電化學腐蝕。金屬形成電化學腐蝕時，陽極區腐蝕腐蝕速度較快。表面常見腐蝕類型為孔蝕，儲罐底板尤其明顯，是防止發生腐蝕的重點區域。

儲罐因底板孔蝕屢見不鮮，陰極保護將需要被保護的金屬結構作陰極，通過陽極向陰極連續地提供電子，使陰極極化，在其表面富集電子，使其不產生離子，可有效防止金屬結構的腐蝕。

2 大型儲罐陰極保護類型

儲罐陰極保護常見為犧牲陽極法和強制電流法兩種方法[1]。

犧牲陽極法：采用電位比被保護物低的合金(如鎂合金、鋅合金、鋁合金等)作為陽極，構成一個化學電池。在陰極(被保護結構)得到保護的同時，陽極不斷地被消耗[2]。

特點：具有發生電量大、電流效率高；即使原油液位改變，陽極表面被油品污染，也不影響電流的輸出；形成的電化學電流效率低；對周圍金屬結構影響小；并且免維護。

強制電流陰極保護法：在化學電池回路中接入一個直流電源，借助輔助陽極，將直流電接被保護金屬，使被保護金屬成為陰極，實施保護[3]。

特點：驅動電壓高，能靈活地在較寬的范圍內控制陰極保護電流輸出量，適用于大型儲罐；適用于各類環境。

3 大型儲罐陰極保護方式

大型儲罐陰極保護陰極保護的通常從地理環境、土壤電阻、投資、運行成本、保護范圍等因素綜合考慮[4]。

以西北地區建設的商業儲備庫為例，罐區建設地點偏僻，遠離廠區、居民區，地下水位-50m，土壤電阻率大。

表1 商業儲備庫儲罐設計參數

罐底板材質為12MnNiVR（邊緣板）Q235B（中幅板），圈板材質為12MnNiVR、16MnR、Q235 B，罐底面積2500m2。

按NACE RP 0169（美國腐蝕工程師國際協會 ）標準，鋼材陰極保護施加陰極保護時被保護結構物的電位負移至少達到-850mV時(相對飽和硫酸銅參比電極CSE)，才能進行有效保護[5]；

經驗表明：大面積的保護范圍需要的使用單一的犧牲陽極法時不僅需求數量龐大，達不到經濟運行的效果；選用單一的外加電流法保護的保護范圍較為有限，不易做到全面覆蓋。

而綜合上述兩項技術之長處的復合技術則能較全面地覆蓋所有可能發生電化學腐蝕的區域。

3.1 儲罐罐底陰極保護

罐底板下表面采用涂料和強制電流聯合保護，設計壽命大于40年。

每座儲罐罐底外接陰極保護電源，每座儲罐采用1套獨立的陰極保護系統，供電設備為恒電位儀，每2座儲罐配置1臺恒備用電位儀，恒電位儀具有保護電位、輸出電流、輸出電壓信號遠傳功能，并可進行遠控給定保護電位。所有恒電位儀安裝于陰極保護間內[6]。

在罐底基礎沙墊層中安裝網狀金屬氧化物陽極。在罐底中心安裝三根陽極電纜、8根支長效參比電極作為控制用參比電極，在儲罐外側設置測試樁[7]。

圖1 儲罐網狀陽極床和參比電極安裝平面示意圖

圖2 儲罐網狀陽極床和參比電極安裝剖平面示意圖

圖3 零位接陰電纜/陰極電纜焊接示意圖

3.2 儲罐內壁陰極保護

油罐底部是腐蝕比較嚴重的部位，采用金屬導電涂料覆蓋加強型防腐和犧牲陽極雙重保護的方案。根據對以往未作陰極保護的外浮頂罐內壁檢查的經驗，在焊縫和立柱與地板接觸面易發生腐蝕穿孔，安裝犧牲陽極的儲罐，在這些部位均未發現腐蝕現象，因此在儲罐內采用犧牲陽極的保護方式，陽極材料使用活性鋁合金陽極。保護罐底板及罐壁2m內的壁板內表面，陽極直接焊接于罐底板上，陽極設計壽命大于20年。

圖4 鋁合金犧牲陽極焊剖面示意圖

圖5 鋁合金陽極平面布置示意圖

4 強制電流參數

陰極保護系統恒電位儀為高頻數控開關電源型，技術規格為20A/40V。罐底與土壤接觸的參比電極之間的陰極極化值最小為100mv[8]。

表2 參比電極對地自然電位

表3 投產前后電位測試值

5 應用效果及結論

5.1 系統實際運行

輸出電流和輸出電壓小于設計值的20%，恒電位儀的工作負荷較小。正常情況下，設備的最佳工作狀態應是在設計值的75%左右，在低負荷工作條件下，恒電位儀的濾波系統不能達到設計時的紋波系數，輸出電壓的波動較大。

5.2 復合陰極保護法特點

1)幾乎不產生雜散電流，不對其他金屬結構造成腐蝕干擾。

2)電流輸出可調，且分布均勻，被保護部位充分。

3)安裝維護簡單，使用壽命期內質量有保證。

4)儲罐與管道之間不需絕緣，不需對電氣以及防雷接地系統做專項設計。

5)不受后續改造、維護施工的影響，壽命長。

6)性價比高，恒電位儀可靠性、壽命和綜合經濟效益明顯。

[1]圖書專著：吳蔭順等.陰極保護和陽極保護原理、技術及工程應用[M].武漢音像出版社，2007

[2]陳學江.儲油罐的幾種陰極保護方法[J].天然氣與石油，2001(1)

[3]標準：SY／T0088—2006，《鋼制儲罐罐底外壁陰極保護技術標準》[S]

[4]徐濤等.大型原油儲罐的外加電流法陰極保護[J]甘肅科技.2005(2).第23期

[5]李環洲，范曉明.鋼制儲油罐底板腐蝕分析及防腐措施[J].石油規劃設計.

[6]標準：GB.50393-2008，《鋼質石油儲罐防腐蝕工程技術規范》[S]

[7]標準：SY4205-2007《石油天然氣建設工程施工質量驗收規范自動化儀表工程》[S]

[8]圖書專著：W.v.貝克曼等.陰極保護手冊-電化學保護的理論與實踐[M].北京:化學工業出版社,2005.