楊聰巧，嚴(yán)子韜，賴玉林，李文冰

（甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州 730070）

大型儲(chǔ)罐陰極保護(hù)方式選擇研究

楊聰巧，嚴(yán)子韜，賴玉林，李文冰

（甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州 730070）

主要闡述了大型儲(chǔ)罐外底板陰極保護(hù)的重要性，詳細(xì)介紹了儲(chǔ)罐外底板各種陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)、各種陰極保護(hù)系統(tǒng)的選擇依據(jù)，為儲(chǔ)罐陰極保護(hù)方式的選擇具有重要的參考價(jià)值。重點(diǎn)介紹了強(qiáng)制電流網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。最后以網(wǎng)狀陽(yáng)極實(shí)際工程設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)介紹了網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)的組成、布置及施工安裝，為網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的借鑒作用。通過(guò)工程實(shí)踐，網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)在大型儲(chǔ)罐外底板陰極保護(hù)中具有良好的經(jīng)濟(jì)效益及廣泛的使用前景。

陰極保護(hù)；儲(chǔ)罐外底板；強(qiáng)制電流；網(wǎng)狀陽(yáng)極；工程實(shí)踐

石油化工行業(yè)的儲(chǔ)存設(shè)備以鋼制儲(chǔ)罐為主，而儲(chǔ)罐底板是儲(chǔ)罐的主要構(gòu)成部分之一。鋼制儲(chǔ)罐在運(yùn)行中，由于其儲(chǔ)存的介質(zhì)中含有水、硫、磷等雜質(zhì)及其周圍環(huán)境的影響，使儲(chǔ)罐受到嚴(yán)重的腐蝕，大大縮短了其使用壽命，嚴(yán)重的一年左右就有可能報(bào)廢，必須更換罐底。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，如何以最經(jīng)濟(jì)的措施減輕或解決儲(chǔ)罐的腐蝕問(wèn)題，在大型儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)中，顯得尤為重要。而目前常用的陰極保護(hù)技術(shù)有：強(qiáng)制電流和犧牲陽(yáng)極兩種保護(hù)方式。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，究竟選用那種方式，是困擾設(shè)計(jì)人員的主要問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，本文在對(duì)各種陰極保護(hù)方式優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)例，最終提出了網(wǎng)狀陽(yáng)極外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)在大型儲(chǔ)罐陰極保護(hù)中的廣泛應(yīng)用，為大型儲(chǔ)罐網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)。

1　陰極保護(hù)的必要性及意義

隨著石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，目前，大型儲(chǔ)罐已經(jīng)成為其主要的儲(chǔ)存設(shè)備。但由于其儲(chǔ)存的介質(zhì)中含有少量的水、酸、硫等雜質(zhì)，它們都會(huì)加劇罐底板的腐蝕。當(dāng)腐蝕達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)罐底板穿孔而導(dǎo)致大量物品泄漏，污染環(huán)境，甚至有時(shí)會(huì)引起爆炸［1］，對(duì)人類的生存環(huán)境造成很大的危威脅。

一般情況下，儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壽命為30年，但如果腐蝕嚴(yán)重，一年左右就報(bào)廢了［2］，在國(guó)內(nèi)，沿海地區(qū)某碼頭，50000m3的儲(chǔ)罐僅僅使用了兩年，由于腐蝕而不得不更換罐底［3］。從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，陰極保護(hù)的投資一般占總投資的2%～4%，但可使儲(chǔ)罐的使用壽命大大延長(zhǎng)，最長(zhǎng)可得到40年。具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)外，陰極保護(hù)已被列入法律條文，成為埋地鋼制管道和儲(chǔ)罐的必建項(xiàng)目［3］，并且在API651 及SYT-0088-2006都做了規(guī)定：對(duì)新建的儲(chǔ)罐的罐底外壁除經(jīng)詳細(xì)的調(diào)查確認(rèn)不需做陰極保護(hù)外，在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用陰極保護(hù)進(jìn)行控制，并使儲(chǔ)罐在使用期間得到持續(xù)的保護(hù)。對(duì)已建儲(chǔ)罐，經(jīng)調(diào)查研究，分析確認(rèn)腐蝕會(huì)影響到儲(chǔ)罐的安全或經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采取陰極保護(hù)措施。由此可見(jiàn)，儲(chǔ)罐底板采用陰極保護(hù)是非常必要的。然而，如何以經(jīng)濟(jì)的措施減輕、解決儲(chǔ)罐的腐蝕，采用怎樣的陰極保護(hù)方式，在儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)中尤為重要。

2　目前常采用的陰極保護(hù)方式、原理及其優(yōu)缺點(diǎn)

2.1陰極保護(hù)方式分類

目前儲(chǔ)罐的陰極保護(hù)方式主要有兩大類：強(qiáng)制電流和犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)。其中，強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)是采用外部的直流電源直接向被保護(hù)金屬通以陰極電流，使其陰極極化，達(dá)到保護(hù)目的［4］。它主要由輔助陽(yáng)極、參比電極、直流電源和相關(guān)的電纜組成。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)又分為：深井陽(yáng)極、柔性陽(yáng)極和網(wǎng)狀陽(yáng)極［5］。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)利用一種比被保護(hù)金屬電位更負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)金屬進(jìn)行電連接構(gòu)成。在電解液中，犧牲陽(yáng)極因較活潑而優(yōu)先溶解，釋放出電流供被保護(hù)金屬陰極極化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)［4］。

2.1強(qiáng)制電流陰極保護(hù)

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：（1）可調(diào)的大的驅(qū)動(dòng)電位；（2）保護(hù)大型結(jié)構(gòu)時(shí)能實(shí)現(xiàn)高的電流輸出；（3）輸出電流可調(diào)；（4）適合幾乎所有電阻率的土壤。缺點(diǎn)：（1）對(duì)外圍結(jié)構(gòu)有可能存在干擾問(wèn)題；（2）需要外加電源；（3）對(duì)于小型結(jié)構(gòu)，維護(hù)、操作、投資費(fèi)用高；（4）需要專業(yè)的維護(hù)管理。

2.1.1網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)

網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)是由混合金屬氧化物陽(yáng)極帶和鈦導(dǎo)電片按設(shè)計(jì)間距垂直敷設(shè)的一種陰極保護(hù)系統(tǒng)。適合于保護(hù)電流大的儲(chǔ)罐底板，并且可根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)電流、電壓。對(duì)于儲(chǔ)罐底板面積較大的罐體，網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更為突出，它對(duì)底板中心部位保護(hù)起決定作用［5］。

網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：（1）比其他陰極保護(hù)系統(tǒng)電流分布更均勻；（2）基本上不產(chǎn)生雜散電流，對(duì)鄰近結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生腐蝕干擾；（3）接地電阻小，陽(yáng)極壽命長(zhǎng)；（4）施工安裝簡(jiǎn)單，不需要回填料，敷設(shè)時(shí)間短；（5）對(duì)于大型儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，工程造價(jià)更低；（6）受后道工序施工損壞的可能性?。唬?）陽(yáng)極網(wǎng)能承受瀝青砂和砂墊層施工操作，施工質(zhì)量高；（8）管道與儲(chǔ)罐之間不需要絕緣處理［6］。正因?yàn)榫W(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，使得其在大型儲(chǔ)罐的陰極保護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。

2.1.2深井陽(yáng)極陰極保護(hù)

深井陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)是針對(duì)已建儲(chǔ)罐一種有效的陰極保護(hù)方法，已被廣泛應(yīng)用在儲(chǔ)罐底板陰極保護(hù)系統(tǒng)中。陽(yáng)極材料可采用高硅鑄鐵或混合金屬氧化物，但該系統(tǒng)施工較為復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、周圍金屬結(jié)構(gòu)要求較高，要適合深井施工要求。從其保護(hù)效果及投資費(fèi)用來(lái)說(shuō)，保護(hù)電流不均勻，有的區(qū)域得不到保護(hù)，并且易產(chǎn)生腐蝕干擾，一次性投資較高，調(diào)試也較為復(fù)雜［5］。

2.1.3柔性陽(yáng)極陰極保護(hù)

柔性陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)中一種輔助陽(yáng)極，該陽(yáng)極由包敷在電纜外部導(dǎo)電橡膠制成。橡膠外部包裹一層碳粉，鋪設(shè)在儲(chǔ)罐外底板下，直接埋設(shè)在沙中。優(yōu)點(diǎn)：離散同心弧與罐底分布對(duì)稱，電流分配均勻、電效率高、能耗小，腐蝕干擾少。缺點(diǎn)：填料帶較容易破壞，導(dǎo)致填料漏失。并且在電流作用下，導(dǎo)電橡膠隨著時(shí)間的推移，容易老化開(kāi)裂，使銅芯電纜迅速腐蝕，導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)早失效［5］。

2.2犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要提供額外的電源；（2）安裝比較簡(jiǎn)單；（3）投資低（相對(duì)于小型儲(chǔ)罐罐）；（4）維護(hù)費(fèi)用較低；（5）干擾少；（6）不需要頻繁檢測(cè)。缺點(diǎn)：（1）輸出電位有限；（2）輸出電流低；（3）使用環(huán)境條件受限制（低電阻率土壤，儲(chǔ)罐直徑一般小于等于18m）；（4）使用年限相對(duì)較短，需要定期維護(hù)或者更換。

3　強(qiáng)制電流網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

圖1、圖2為伊拉克2萬(wàn)m3油罐的強(qiáng)制電流網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)安裝圖：

圖1　網(wǎng)狀陽(yáng)極安裝圖

圖2　陽(yáng)極接頭安裝圖

3.2系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)由混合金屬氧化物陽(yáng)極帶、鈦金屬導(dǎo)電片、參比電極、陽(yáng)極電纜接頭、陽(yáng)極電纜、陰極電纜、恒電位儀，防爆測(cè)試樁及防爆接線箱等組成。

3.3網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)的安裝

距罐底板400mm處的砂墊層內(nèi)，從罐中心處開(kāi)始敷設(shè)網(wǎng)狀陽(yáng)極。網(wǎng)狀陽(yáng)極由陽(yáng)極帶與鈦金屬導(dǎo)電片垂直布置成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電片位于陽(yáng)極帶下面，在接觸處焊接在一起。施工時(shí)，先按設(shè)計(jì)間距逐根敷設(shè)導(dǎo)電片及陽(yáng)極帶，陽(yáng)極帶周圍鋪設(shè)焦炭粉。每米陽(yáng)極帶敷設(shè)3kg焦炭粉，每根陽(yáng)極帶和導(dǎo)電片兩端距圈梁150～200mm并用小沙袋壓住，用專用焊機(jī)焊接陽(yáng)極帶和導(dǎo)電片的交叉點(diǎn)，每個(gè)交叉點(diǎn)焊接至少2個(gè)點(diǎn)。

陽(yáng)極電纜與鈦導(dǎo)電片間用陽(yáng)極電纜接頭連接，每個(gè)接頭至少焊接5點(diǎn)。罐底設(shè)計(jì)了四個(gè)陽(yáng)極電纜接頭，四個(gè)陽(yáng)極接頭在罐底均勻分布，以保證系統(tǒng)的可靠性及電流分布均勻，并測(cè)量和記錄陽(yáng)極電纜間的導(dǎo)電性。

長(zhǎng)效銅/飽和硫酸銅參比電極安裝前在硫酸銅溶液中浸泡24h，安裝在砂墊層中，位于網(wǎng)狀陽(yáng)極上方50mm處。在罐底板中心沿半徑均勻埋設(shè)6支參比電極，用于測(cè)量罐底板的保護(hù)電位。

將所有電纜從圈梁預(yù)留的導(dǎo)線孔引出，采取保護(hù)措施埋地至防爆接線箱、防爆測(cè)試樁。陽(yáng)極網(wǎng)安裝完并逐項(xiàng)檢查無(wú)誤后，進(jìn)行基礎(chǔ)回填?；靥顣r(shí)先人工在陽(yáng)極帶上鋪撒一層細(xì)砂土，然后再?gòu)耐庀蚶镞M(jìn)行回填，防止機(jī)械輾壓陽(yáng)極網(wǎng)。破壞陽(yáng)極表面的混合金屬氧化膜，損壞電纜及參比電極。

4　結(jié)論

實(shí)踐證明，大型儲(chǔ)罐底板采用強(qiáng)制電流網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)是一種可靠、成熟的陰極保護(hù)方式。本系統(tǒng)具有其他陰極保護(hù)系統(tǒng)不可替代的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)大型儲(chǔ)罐外底板腐蝕具有顯著的保護(hù)效果。并且施工工藝簡(jiǎn)單，受后道工序的影響小，使用壽命長(zhǎng)，適用范圍廣，適合任何電阻率土壤。并且采用此陰極保護(hù)系統(tǒng)后，儲(chǔ)罐與管道再不需做絕緣處理等優(yōu)點(diǎn)。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 趙海全.大型儲(chǔ)罐底板設(shè)置陰極保護(hù)系統(tǒng)的探討［J］.中國(guó)科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)，2015，22（7）：291-292.

［2］ 徐峰.大型油罐底板外側(cè)設(shè)置外加電流型陰極保護(hù)系統(tǒng)的必要性［J］.科技論壇，2015，19（2）：65-66.

［3］ 杜富國(guó)，蘇俊華.儲(chǔ)罐外底板陰極保護(hù)系統(tǒng)的幾個(gè)問(wèn)題的探討［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2006，23（1）：41-43.

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［6］ 過(guò)夢(mèng)飛.混合金屬氧化物網(wǎng)狀陽(yáng)極的設(shè)計(jì)和安裝［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2001，20（6）：20-22.

［7］ 李金梅.網(wǎng)狀陽(yáng)極在10萬(wàn)m3外浮丁油罐罐底陰極保護(hù)中的應(yīng)用［J］.腐蝕與防護(hù)，2007，28（7）：379-380.

［8］ 過(guò)夢(mèng)飛.混合金屬氧化物MMO網(wǎng)狀陽(yáng)極的設(shè)計(jì)和安裝［J］.腐蝕與防護(hù)，2000，21（11）：495-498.

TG174.4