楊 鑫 張 軍 胡松青

(1. 上海和達(dá)化工石油工程技術(shù)有限公司，上海 201206；2. 中國石油大學(xué)(華東)理學(xué)院，山東 青島 266580)

0 引言

陰極保護(hù)技術(shù)在國內(nèi)原油儲罐底板的保護(hù)中應(yīng)用較晚，在上世紀(jì)80年代早期投產(chǎn)的儲罐由于腐蝕等原因造成的漏油事故頻發(fā)。1995年華東輸油局對魯寧縣泗縣站的一座30000m3補(bǔ)加了陰極保護(hù)采用了深井陽極和犧牲陽極相結(jié)合的陰極保護(hù)方法；1993年管道局對東營首站站內(nèi)共計14座儲罐和約7000米管道追加陰極保護(hù)，采用深井陽極和分布式陽極為主的區(qū)域性陰極保護(hù)方法[1]。在國內(nèi)外還有公司嘗試了斜井陽極地床強(qiáng)制電流陰極保護(hù)方法，都取得了不錯的保護(hù)效果[2]。

1 概述

此次改造罐區(qū)位于廣東湛江沿海地區(qū)，共計包括G011～G014共4座30000m3原油儲罐，儲罐直徑44m，四臺罐位于同一罐組。儲罐建成于上世紀(jì)90年代初，建設(shè)時未采取陰極保護(hù)措施。隨著罐齡的增長，腐蝕的作用日積月累，尤其是未作任何防護(hù)措施的罐底板外壁，已逐漸進(jìn)入腐蝕穿孔的高發(fā)期；繼續(xù)聽之任之，不可避免清罐維修乃至補(bǔ)焊補(bǔ)漏的頻率會越來越快，直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失將會加大。鑒于安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)上的考慮，業(yè)主方?jīng)Q定對儲罐進(jìn)行陰極保護(hù)改造。

2 陰極保護(hù)追加改造

2.1 陰極保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式

對于已經(jīng)建成的大型儲罐的底板外壁追加陰極保護(hù)可選擇的方法有兩種：以深井陽極為陽極地床的區(qū)域性陰極保護(hù)和以水平井(斜井)為陽極地床的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，兩種方法在國內(nèi)都有過大量的應(yīng)用。此次工程實(shí)踐主要是針對同一個保護(hù)目標(biāo)的兩種不同方法的陰極保護(hù)效果的對比。

根據(jù)計算結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況G011～G014罐設(shè)計方案為距四臺罐外圍防火墻50～60m處共設(shè)置4座30m深井地床，地床內(nèi)安裝10支MMO管狀陽極，陽極采用含碳量98.3%的煅后石油焦作為填充料，為了減小對周邊金屬結(jié)構(gòu)的影響，陽極頂端距離地面距離為8～10m。陽極地床布置圖見圖1。

圖1 深井陽極區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)布置圖

在G013、G014罐混凝土環(huán)梁下面分別設(shè)置1組水平井地床，每組地床內(nèi)安裝4支整體式陽極，每支長度為12米，每支陽極內(nèi)預(yù)制3支MMO管狀陽極，陽極采用含碳量98.3%的煅后石油焦作為填充料。將陽極利用液壓頂管機(jī)水平頂入儲罐環(huán)梁下方的沙土中。水平井布置見圖2。

圖2 水平井陽極地床陰極保護(hù)系統(tǒng)布置圖

此次工程實(shí)踐中在G013、G014中同時采用了兩套不同的陽極系統(tǒng)，目的是在能起到保護(hù)的同時也能更好的對比保護(hù)效果。為了準(zhǔn)確的檢測陰極保護(hù)電位，本項目采用了嵌入式Cu/飽和CuSO4參比電極測量保護(hù)電位，參比通過定向鉆的方式植入罐底沙層中，每臺儲罐設(shè)置3支參比電極，參比電極的分布見圖3。

圖3 罐底嵌入式參比電極布置示意圖

整個罐區(qū)設(shè)置兩套分別獨(dú)立的陰極保護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)1用于深井陽極區(qū)域性陰極保護(hù)，系統(tǒng)2用于水平井陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)，每套系統(tǒng)包含1臺恒電位儀。

2.2 陰極保護(hù)改造結(jié)果

2.2.1 深井陽極區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)

陰極保護(hù)系統(tǒng)追加改造完成后分別開啟兩套系統(tǒng)并穩(wěn)定極化24h以上，記錄恒電位儀運(yùn)行數(shù)據(jù)，采集參比電極數(shù)據(jù)。恒電位儀數(shù)據(jù)見表1，各個儲罐參比電極實(shí)際測量值見表2。

表1 深井陽極區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀運(yùn)行數(shù)據(jù)表

表2 深井陽極區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)場參比測量數(shù)據(jù)表單位：V

通過表2可見，所有參比電極的電位都在國家標(biāo)準(zhǔn)要求的-1.1～-0.85V范圍之內(nèi)[3]，但是同一個儲罐的3個參比電極的測量電位相差較大。

2.2.2 水平井陰極保護(hù)系統(tǒng)

將系統(tǒng)1關(guān)閉24h候開啟系統(tǒng)2，并穩(wěn)定運(yùn)行24h以上，記錄恒電位儀運(yùn)行數(shù)據(jù)，采集參比電極數(shù)據(jù)。恒電位儀數(shù)據(jù)見表3，各個儲罐參比電極實(shí)際測量值見表4。

表3 水平井陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀運(yùn)行數(shù)據(jù)表

表4 水平井陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)場參比測量數(shù)據(jù)表單位：V

通過表4可以看出，使用水平井作為陽極地床的陰極保護(hù)系統(tǒng)在同一個儲罐的3支參比電極測量的數(shù)據(jù)相差最大不超過40mV，保護(hù)效果非常理想。

3 結(jié)論

通過此次工程實(shí)踐，可以看出只要是合理的設(shè)計，兩種不同的追加陰極保護(hù)的方法均可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)儲罐的陰極保護(hù)要求。但是，兩種方法對比分析各有優(yōu)缺點(diǎn)，分析如下：

(1)深井陽極區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：投資較少、施工簡單、施工過程安全風(fēng)險小。

(2)深井陽極區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)不足：電位分布不均勻、恒電位儀功率要求較大、電流實(shí)際利用率較低、對周邊金屬結(jié)構(gòu)有影響。

(3)水平井陰極保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：電位分布均勻、恒電位儀功率要求較小、電流利用率較高、對周邊金屬結(jié)構(gòu)基本沒有影響、占地面積小。

(4)水平井陰極保護(hù)系統(tǒng)不足：投資較高、施工過程復(fù)雜、工程量大、罐區(qū)防火墻內(nèi)機(jī)械施工風(fēng)險較高、對罐基礎(chǔ)原有結(jié)構(gòu)有一定的改變。

綜上所述，儲罐數(shù)量較少并且在投資和現(xiàn)場工況條件都允許的情況下推薦采用水平井陰極保護(hù)系統(tǒng)；當(dāng)儲罐數(shù)量較多或是投資和現(xiàn)場工況條件不允許的情況下，采用深井陽極區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)也可以達(dá)到保護(hù)目的，但在陰極保護(hù)系統(tǒng)投產(chǎn)后要對周邊金屬結(jié)構(gòu)的電位進(jìn)行雜散電流檢測，必要時采取排流措施。

[1]胡士信. 陰極保護(hù)手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1999:1-3.

[2]馮洪臣等. 已建儲罐底板的陰極保護(hù)系統(tǒng)[J]. 油氣儲運(yùn), 2000,19(4):44-47.

[3]GB 50393-2008. 鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].