商业储备库大型储罐的阴极保护系统应用

（新疆玖安劳动安全评价检测中心，乌鲁木齐市，830000） 许永辉

1 引言

随着国家石油战略储备工作的开展，大型原油商业储备库建设在全国重点地区展开。中哈原油管道二期的建设，沿线的商业储备库也同步进行。

哈国管输原油成分相对复杂，为中硫混合原油，对储罐的材质及防腐要求较高。

钢质储罐常用防腐措施是涂装防腐层。但腐蚀类型多样。单一措施不能有效控制金属的电化学腐蚀。金属形成电化学腐蚀时，阳极区腐蚀腐蚀速度较快。表面常见腐蚀类型为孔蚀，储罐底板尤其明显，是防止发生腐蚀的重点区域。

储罐因底板孔蚀屡见不鲜，阴极保护将需要被保护的金属结构作阴极，通过阳极向阴极连续地提供电子，使阴极极化，在其表面富集电子，使其不产生离子，可有效防止金属结构的腐蚀。

2 大型储罐阴极保护类型

储罐阴极保护常见为牺牲阳极法和强制电流法两种方法[1]。

牺牲阳极法：采用电位比被保护物低的合金(如镁合金、锌合金、铝合金等)作为阳极，构成一个化学电池。在阴极(被保护结构)得到保护的同时，阳极不断地被消耗[2]。

特点：具有发生电量大、电流效率高；即使原油液位改变，阳极表面被油品污染，也不影响电流的输出；形成的电化学电流效率低；对周围金属结构影响小；并且免维护。

强制电流阴极保护法：在化学电池回路中接入一个直流电源，借助辅助阳极，将直流电接被保护金属，使被保护金属成为阴极，实施保护[3]。

特点：驱动电压高，能灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流输出量，适用于大型储罐；适用于各类环境。

3 大型储罐阴极保护方式

大型储罐阴极保护阴极保护的通常从地理环境、土壤电阻、投资、运行成本、保护范围等因素综合考虑[4]。

以西北地区建设的商业储备库为例，罐区建设地点偏僻，远离厂区、居民区，地下水位-50m，土壤电阻率大。

表1 商业储备库储罐设计参数

罐底板材质为12MnNiVR（边缘板）Q235B（中幅板），圈板材质为12MnNiVR、16MnR、Q235 B，罐底面积2500m2。

按NACE RP 0169（美国腐蚀工程师国际协会 ）标准，钢材阴极保护施加阴极保护时被保护结构物的电位负移至少达到-850mV时(相对饱和硫酸铜参比电极CSE)，才能进行有效保护[5]；

经验表明：大面积的保护范围需要的使用单一的牺牲阳极法时不仅需求数量庞大，达不到经济运行的效果；选用单一的外加电流法保护的保护范围较为有限，不易做到全面覆盖。

而综合上述两项技术之长处的复合技术则能较全面地覆盖所有可能发生电化学腐蚀的区域。

3.1 储罐罐底阴极保护

罐底板下表面采用涂料和强制电流联合保护，设计寿命大于40年。

每座储罐罐底外接阴极保护电源，每座储罐采用1套独立的阴极保护系统，供电设备为恒电位仪，每2座储罐配置1台恒备用电位仪，恒电位仪具有保护电位、输出电流、输出电压信号远传功能，并可进行远控给定保护电位。所有恒电位仪安装于阴极保护间内[6]。

在罐底基础沙垫层中安装网状金属氧化物阳极。在罐底中心安装三根阳极电缆、8根支长效参比电极作为控制用参比电极，在储罐外侧设置测试桩[7]。

图1 储罐网状阳极床和参比电极安装平面示意图

图2 储罐网状阳极床和参比电极安装剖平面示意图

图3 零位接阴电缆/阴极电缆焊接示意图

3.2 储罐内壁阴极保护

油罐底部是腐蚀比较严重的部位，采用金属导电涂料覆盖加强型防腐和牺牲阳极双重保护的方案。根据对以往未作阴极保护的外浮顶罐内壁检查的经验，在焊缝和立柱与地板接触面易发生腐蚀穿孔，安装牺牲阳极的储罐，在这些部位均未发现腐蚀现象，因此在储罐内采用牺牲阳极的保护方式，阳极材料使用活性铝合金阳极。保护罐底板及罐壁2m内的壁板内表面，阳极直接焊接于罐底板上，阳极设计寿命大于20年。

图4 铝合金牺牲阳极焊剖面示意图

图5 铝合金阳极平面布置示意图

4 强制电流参数

阴极保护系统恒电位仪为高频数控开关电源型，技术规格为20A/40V。罐底与土壤接触的参比电极之间的阴极极化值最小为100mv[8]。

表2 参比电极对地自然电位

表3 投产前后电位测试值

5 应用效果及结论

5.1 系统实际运行

输出电流和输出电压小于设计值的20%，恒电位仪的工作负荷较小。正常情况下，设备的最佳工作状态应是在设计值的75%左右，在低负荷工作条件下，恒电位仪的滤波系统不能达到设计时的纹波系数，输出电压的波动较大。

5.2 复合阴极保护法特点

1)几乎不产生杂散电流，不对其他金属结构造成腐蚀干扰。

2)电流输出可调，且分布均匀，被保护部位充分。

3)安装维护简单，使用寿命期内质量有保证。

4)储罐与管道之间不需绝缘，不需对电气以及防雷接地系统做专项设计。

5)不受后续改造、维护施工的影响，寿命长。

6)性价比高，恒电位仪可靠性、寿命和综合经济效益明显。

[1]图书专著：吴荫顺等.阴极保护和阳极保护原理、技术及工程应用[M].武汉音像出版社，2007

[2]陈学江.储油罐的几种阴极保护方法[J].天然气与石油，2001(1)

[3]标准：SY／T0088—2006，《钢制储罐罐底外壁阴极保护技术标准》[S]

[4]徐涛等.大型原油储罐的外加电流法阴极保护[J]甘肃科技.2005(2).第23期

[5]李环洲，范晓明.钢制储油罐底板腐蚀分析及防腐措施[J].石油规划设计.

[6]标准：GB.50393-2008，《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》[S]

[7]标准：SY4205-2007《石油天然气建设工程施工质量验收规范自动化仪表工程》[S]

[8]图书专著：W.v.贝克曼等.阴极保护手册-电化学保护的理论与实践[M].北京:化学工业出版社,2005.