儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案

王 亮 劉子洋 郭彥明 于海昆 孫長(zhǎng)富

（青島鋼研納克檢測(cè)防護(hù)技術(shù)有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

大型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壽命一般在三十年以上，由于罐底板與土壤、罐內(nèi)腐蝕性介質(zhì)接觸而面臨較高的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，因此必須做好相應(yīng)的防腐蝕措施。我國(guó)儲(chǔ)罐腐蝕防護(hù)技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已建立了多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)儲(chǔ)罐防腐蝕技術(shù)的設(shè)計(jì)、施工、產(chǎn)品質(zhì)量以及運(yùn)行管理進(jìn)行約定，并依據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)不斷修訂完善。

目前，陰極保護(hù)技術(shù)作為罐底板防腐措施已被廣泛應(yīng)用于大型儲(chǔ)罐底板的保護(hù)。大型儲(chǔ)罐底板下表面一般采用外加電流陰極保護(hù)，原油儲(chǔ)罐、工藝水罐等內(nèi)有腐蝕性介質(zhì)的儲(chǔ)罐內(nèi)壁采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)，該兩種保護(hù)技術(shù)的有效性和經(jīng)濟(jì)性已得到廣泛驗(yàn)證。從調(diào)研情況來(lái)看，大型儲(chǔ)罐基本都采用了陰極保護(hù)措施，但陰保措施對(duì)儲(chǔ)罐的實(shí)際保護(hù)效果參差不齊，本文對(duì)儲(chǔ)罐陰保系統(tǒng)管理和運(yùn)行中常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。

1 陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行管理

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50393要求：儲(chǔ)罐在運(yùn)行期間，應(yīng)定期進(jìn)行電參數(shù)測(cè)量和檢驗(yàn)，對(duì)保護(hù)電位、保護(hù)電流、相互干擾影響等進(jìn)行測(cè)試；在開(kāi)罐時(shí)應(yīng)檢查罐內(nèi)犧牲陽(yáng)極的溶解情況，確定犧牲陽(yáng)極是否需要重新安裝或更換[1]。

從調(diào)研情況來(lái)看，由于未建立相應(yīng)的管理制度，且缺乏熟悉陰極保護(hù)技術(shù)和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的管理人員，儲(chǔ)罐管理部門(mén)未能對(duì)儲(chǔ)罐陰保系統(tǒng)進(jìn)行有效管理，導(dǎo)致儲(chǔ)罐陰保系統(tǒng)常出現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）儲(chǔ)罐外加電流陰保系統(tǒng)無(wú)人監(jiān)管，恒電位儀處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，或故障停機(jī)狀態(tài)；

（2）儲(chǔ)罐外加電流陰保系統(tǒng)雖然處于工作狀態(tài)，但不能明確系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，儲(chǔ)罐實(shí)際長(zhǎng)期處于“欠保護(hù)”或“過(guò)保護(hù)”狀態(tài)；

（3）儲(chǔ)罐大修期間，未能對(duì)罐內(nèi)犧牲陽(yáng)極進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，不能明確犧牲陽(yáng)極的保護(hù)效果，以及剩余犧牲陽(yáng)極能否滿足下個(gè)檢修周期的使用。

2 犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)

從調(diào)研情況來(lái)看，部分儲(chǔ)罐內(nèi)雖然安裝的犧牲陽(yáng)極，但在儲(chǔ)罐大修檢查時(shí)仍發(fā)現(xiàn)罐底板有腐蝕發(fā)生，主要原因如下：

（1）受煉化工藝對(duì)原油含水率的要求，部分煉廠原油儲(chǔ)罐切水頻繁，或安裝有自動(dòng)切水裝置，導(dǎo)致罐內(nèi)沉積水存量過(guò)少，犧牲陽(yáng)極不能全部浸泡在沉積水中，或完全不能接水，如圖1所示，罐底板上安裝的犧牲陽(yáng)極僅底部溶解，罐壁上安裝的犧牲陽(yáng)極完全不溶解；另外，部分儲(chǔ)罐涂層施工不規(guī)范，犧牲陽(yáng)極表面被油漆污染，這都會(huì)導(dǎo)致，無(wú)法提供足夠的陰保電流；

圖1 某原油儲(chǔ)罐內(nèi)犧牲陽(yáng)極溶解形貌

（2）犧牲陽(yáng)極質(zhì)量不滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，如關(guān)鍵合金元素缺失、雜質(zhì)含量超標(biāo)等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致?tīng)奚?yáng)極電化學(xué)性能劣化，甚至無(wú)法正常溶解。如圖2所示，犧牲陽(yáng)極在使用一個(gè)周期后基本未有溶解，而罐底板局部已有明顯腐蝕坑；

圖2 某原油儲(chǔ)罐底板腐蝕及犧牲陽(yáng)極溶解形貌

（3）犧牲陽(yáng)極使用量過(guò)少、原油沉積水電導(dǎo)率大于設(shè)計(jì)取值和罐內(nèi)涂層大面積剝離等問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致?tīng)奚?yáng)極加速消耗，犧牲陽(yáng)極的使用壽命小于設(shè)計(jì)壽命，可能無(wú)法對(duì)罐底板提供全面的、全周期的保護(hù)。

3 外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)

外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)由恒電位儀、輔助陽(yáng)極、參比電極及連接電纜組成。恒電位儀要通過(guò)輔助陽(yáng)極、陰陽(yáng)極電纜等對(duì)儲(chǔ)罐底板提供陰保電流，還需要參比電極、參比電纜和零位電纜等控制輸出的大小，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都可能會(huì)導(dǎo)致外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

3.1 恒電位儀

恒電位儀是外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的心臟和大腦，也是整體系統(tǒng)中最易發(fā)生故障的設(shè)備。主要常見(jiàn)問(wèn)題為：

（1）電子器件和內(nèi)部線路老化，輸出電壓、輸出電流和保護(hù)電位的儀表顯示數(shù)值發(fā)生偏差，導(dǎo)致恒電位儀顯示的輸出狀態(tài)與真實(shí)值有明顯偏差，或恒電位儀輸出難以進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)；

（2）防雷模塊失效后未及時(shí)更換，雷擊和浪涌導(dǎo)致恒電位儀整流模塊或控制模塊的損毀，致使恒電位儀無(wú)法輸出。

3.2 輔助陽(yáng)極

輔助陽(yáng)極是決定外加電流陰保系統(tǒng)能否輸出陰保電流的關(guān)鍵部件，新建儲(chǔ)罐一般在罐基礎(chǔ)的砂層中布置為MMO網(wǎng)狀陽(yáng)極或柔性陽(yáng)極，老舊儲(chǔ)罐改造或追加外加電流陰保系統(tǒng)常使用MMO管狀陽(yáng)極構(gòu)建深井或淺埋陽(yáng)極地床。由于MMO陽(yáng)極和柔性陽(yáng)極的自身消耗率很低，其正常使用壽命大于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壽命，但其壽命的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)為陽(yáng)極體與電纜的接頭，如果接頭密封不良導(dǎo)致有水滲入，接頭處的電纜銅芯在陽(yáng)極極化作用下會(huì)快速消耗，導(dǎo)致接頭失效，輔助陽(yáng)極與陽(yáng)極電纜斷開(kāi)，外加電流陰保系統(tǒng)無(wú)法正常工作；另外，使用MMO管狀陽(yáng)極構(gòu)建深井陽(yáng)極地床時(shí)，如果導(dǎo)氣管堵塞陽(yáng)極地床就會(huì)產(chǎn)生“氣阻”，系統(tǒng)回路電阻逐漸增大，進(jìn)一步導(dǎo)致恒電位儀輸出電壓超限停機(jī)。

3.3 參比電極

參比電極是控制恒電位儀輸出大小、檢測(cè)保護(hù)效果的關(guān)鍵部件，參比電極電位的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響儲(chǔ)罐的真實(shí)陰極保護(hù)效果。

儲(chǔ)罐外加電流陰保系統(tǒng)一般使用飽和硫酸銅參比電極和高純鋅參比電極，常規(guī)飽和硫酸銅參比電極使用壽命小于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壽命，而高純鋅參比電極的電位易受環(huán)境的影響發(fā)生漂移[2]，但受罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)限制和儲(chǔ)罐防雷接地體的影響，參比電極的電位難以校正，儲(chǔ)罐的真實(shí)保護(hù)電位難以通過(guò)便攜式參比電極進(jìn)行測(cè)量[3]。另外，參比電極預(yù)埋在罐基礎(chǔ)中，難以進(jìn)行更換。

3.4 線路電纜

（1）儲(chǔ)罐新建外加電流陰保系統(tǒng)安裝時(shí)，一般采用鋁熱焊接的方式將陰極、零位電纜與儲(chǔ)罐邊緣板焊接在一起，并將匯流點(diǎn)與邊緣板一起作包覆處理。儲(chǔ)罐運(yùn)行過(guò)程中在“大呼吸”、“小呼吸”以及沉降等作用下，水汽可能會(huì)進(jìn)入包覆層和邊緣板之間的空隙，導(dǎo)致邊緣板表面會(huì)發(fā)生腐蝕；另外，匯流點(diǎn)的鋁熱焊區(qū)域還可能會(huì)發(fā)生電偶腐蝕，加速鋁熱焊區(qū)域處邊緣板的腐蝕。隨著腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生，匯流點(diǎn)處的電纜銅芯與儲(chǔ)罐邊緣板之間會(huì)生成層狀腐蝕產(chǎn)物，這會(huì)導(dǎo)致陰保系統(tǒng)的輸出回路、控制回路電阻增大，乃至開(kāi)路，如圖3所示。輸出回路電阻的增大會(huì)導(dǎo)致恒電位儀輸出電壓增加，乃至恒電位儀輸出超過(guò)額定電壓而停機(jī)，外加電流陰保系統(tǒng)停止工作；控制回路電阻增大會(huì)導(dǎo)致恒電位儀測(cè)試的電位偏正，恒電位儀在恒電位模式控制時(shí)會(huì)自動(dòng)增大輸出，使得儲(chǔ)罐實(shí)際處于過(guò)保護(hù)狀態(tài)，從而增加恒電位儀的能耗且罐底板焊縫區(qū)域有氫致開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)；

圖3 陰極電纜脫焊及邊緣板腐蝕形貌

（2）為了保證罐底板陰保電流的分布均勻，罐底埋設(shè)的輔助陽(yáng)極會(huì)通過(guò)多根陽(yáng)極電纜引出罐基礎(chǔ)外，并在罐區(qū)內(nèi)設(shè)置的防爆接線箱匯流。由于陽(yáng)極電纜施工不合理在防爆接線箱內(nèi)未留有足夠裕量，由沉降導(dǎo)致的陽(yáng)極電纜接線被拉脫的情況偶有發(fā)生，單根陽(yáng)極電纜脫開(kāi)會(huì)導(dǎo)致陰保電流在罐底板的分布不均勻，陽(yáng)極匯流電纜的脫開(kāi)會(huì)導(dǎo)致陰保系統(tǒng)處于開(kāi)路狀態(tài)，無(wú)法對(duì)儲(chǔ)罐提供陰保電流。

4 建議措施

（1）建議對(duì)儲(chǔ)罐管理人員進(jìn)行陰極保護(hù)專業(yè)培訓(xùn)，讓相關(guān)人員對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有更深入的了解；

（2）加強(qiáng)陰保產(chǎn)品質(zhì)量管控，確保產(chǎn)品質(zhì)量滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并對(duì)陽(yáng)極電纜接頭、匯流點(diǎn)、防爆接線箱等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)重點(diǎn)管控；

（3）加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)的管理，建立和健全儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)管理制度；按照管理制度和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，由具備相關(guān)能力的人員或第三方單位定期開(kāi)展儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)的檢測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)系統(tǒng)存在的故障后及時(shí)修復(fù)整改，確保儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)；

（4）在儲(chǔ)罐大修期間，對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)犧牲陽(yáng)極溶解情況進(jìn)行檢查評(píng)估，確認(rèn)原有犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)的合理性和有效性，并進(jìn)行針對(duì)性的整改，確保犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)滿足下一個(gè)檢罐周期的使用。