罐底外壁阴极保护在克石化公司13罐区的应用

苏华

新疆克拉玛依市科比技术有限责任公司，新疆克拉玛依 834003

罐底外壁阴极保护在克石化公司13罐区的应用

苏华

新疆克拉玛依市科比技术有限责任公司，新疆克拉玛依 834003

本文通过对克石化公司13罐区储罐的罐底阴极保护设计分析，初步阐明了阴极保护的设计依据及原则、标准及规范。并说明采用锌合金牺牲阳极保护方式能有效解决罐底电化学腐蚀问题。同时在材料选型、施工技术上进行规范，并对设计改进与措施进行说明。

储油罐；阴极保护；锌合金阳极

1、前言

克石化公司现有400m3以上的储罐300多座，按所装介质可分为储气罐（液化气、天然气等）、储油罐（重油、轻质油、汽油、原油、溶剂油等）和储水罐（饮用水、污水和压水），以及储化学介质罐（硫酸、硝酸、盐酸和醋酸等）。其中储油罐约200多座，容积从100m3到20000m3不等，其中2000m3至10000m3储油罐占大多数。自96年以来，克石化公司的储油罐因未加阴极保护陆续出现罐底腐蚀穿孔现象，发生泄漏事故，直接影响到企业的安全生产和运行周期，使企业蒙受了巨大的经济损失。图1为储罐罐底腐蚀图。

图1 储罐罐底腐蚀图

2、储罐罐底腐蚀基本原理

储罐罐底的腐蚀主要是电化学腐蚀，即金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏。金属发生电化学腐蚀的原因：腐蚀介质中存在可以使金属氧化的物质，它和金属构成不稳定体系，形成腐蚀电池，腐蚀电池的存在加快金属的腐蚀速度[1]。对于储罐来说，罐底的外表面腐蚀原因大多来自土壤的腐蚀。储罐的基础是以砂层和沥青砂为主要构造，罐底板坐落在沥青砂面上，对于罐底的防腐保护只能用沥青砂石来阻挡与土壤的接触。由于罐中满载和空载交替、冬季和夏季温度及地下水的影响，使得沥青砂层上出现裂纹，并且储罐基础也常会因承重或外界损伤产生变形或塌陷。空气中的水分和雨水会随变形的基础流入罐底与基础接触的缝隙，破坏原有的沥青砂石隔离层，使储罐罐底外表面与土壤接触。当油罐温度较高时，会使底板周围地下水蒸发，造成土壤盐分浓度增加，提高它的腐蚀性。

储罐的腐蚀除发生以上介绍的自然腐蚀外，受外界因素的干扰，在有杂散电流存在的情况下，原油储罐的罐底板外侧与土壤接触的罐外壁部分，极易发生杂散电流腐蚀。这种腐蚀的存在，对设备的安全运行危害极大，往往在事先难以预测的情况下，在很短的时间内使金属局部腐蚀穿孔造成安全事故，其经济损失是难以预料的。

对于这种情况，行之有效的防蚀方法就是涂料防腐和阴极保护联合。

3、克石化公司13罐区阴极保护

克石化公司13罐区包括新建8座200m3、21座1000m3、 20座2000m3、 5座5000m3内浮顶罐罐底外壁的阴极保护。

1 )阴极保护方式的选择

储罐常用的阴极保护方法有外加电流保护法及锌合金牺牲阳极法，外加电流适用于保护范围较大的长输管道工程，即站外管道，或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。对于炼油厂、化工厂区及罐区来说，由于地下管道错综复杂，干扰较大，管道相对较短，不适宜用外加电流保护。

牺牲阳极阴极保护的优点：a：不需要提供外部电源；b：不产生杂散电流的干扰问题；c：安装及施工简单，投产调试后不需要管理；d：保护电流均匀，利用率高。基于上述优点，牺牲阳极的阴极保护技术在炼化行业储罐保护及局部区域性保护工程中，得到了广泛的应用。另外，施加牺牲阳极阴极保护技术措施，不会对相邻未被保护的地下金属设施严重干扰（即加速其他未保护金属设施的腐蚀）。因此本设计选用牺牲阳极保护法。

本项目的阴极保护方式选用牺牲阳极阴极保护法，以及牺牲阳极与土壤电阻率的关系可以得知：牺牲阳极材料在土壤介质的电阻率均小于10Ω·m时，应选用锌合金牺牲阳极；在土壤介质的电阻率大于10Ω·m时，应选用镁合金阳极。结合表1克石化厂阴极保护参数调查表显示，由于克石化13#罐区位于克石化厂的东面，土壤电阻率为6.3Ω·m，小于10Ω·m，选用锌合金牺牲阳极较适合。

表1 克石化厂阴极保护参数调查表

2）牺牲阳极阴极保护的计算

以5000m3的储罐为例，牺牲阳极数量的计算。

（1）5000m3储罐直径18m。

（2）底板面积S1=254.34m2。

（4）总的保护面积S=254.34m2。

（5）保护电流密度Ip=5mA/m2。

（6）保护电流强度IA=1.1Ip×S=1398. 87mA。

（7）单只锌合金阳极重量 W1=27kg

（8）预计阳极保护年限T=20年（储罐的设计年限为20年）

（9）牺牲阳极在输出保护电流的过程中，自身溶解。因此阳极重量决定着使用年限。

牺牲阳极重量[2]

式中 W ——所需牺牲阳极总重量，公斤；

Q——阳极理论发生电量，安·时/公斤，锌合金牺牲阳极为820安·时/公斤；

η——阳极电流效率，65%～90%；

η1——阳极利用率一般取0.8～0.85

T——预计使用年限，年；

IA——阳极发生电流，安。

经计算得牺牲阳极重量W=575公斤。则牺牲阳极的支数为n=20支/座，沿罐周设4个阳极保护检查点，进行埋设。

4、阳极布置和施工安装

牺牲阳极放置于化学填包料中间部位，阳极填料配方（重量比）为：石膏粉：膨润土：工业硫酸钠=75：20：5[3]。牺牲阳极采用开挖方法施工。牺牲阳极沿罐周分4点均匀布置，阳极埋设点距罐基础1.5m，水平埋设，阳极间距2.0m，埋深2.0m。阳极电缆与罐壁汇流点扁钢的连接、及牺牲阳极连接电缆与阳极钢芯的连接均采用螺纹连接，再用绝缘胶带缠紧。缠紧后再刷上环氧煤沥青做防腐绝缘。所有防腐绝缘层用高压电火花检漏仪检查，检漏电压为2.4KV。

牺牲阳极电缆直埋地敷设，电缆埋深0. 7m，上下须铺以不小于100mm厚的软土或砂层，并盖以红砖保护，其覆盖宽度应超过电缆两侧各500mm，敷设时，电缆要留有一定的裕量。阳极埋设完毕后应夯实，回填土中应均匀掺入适量盐粒以降低土壤电阻率。阳极与周围土壤接触要好，阳极填料和回填土均应浇水湿润。

牺牲阳极的敷设方式详见下图：

图2 牺牲阳极在罐周埋设布置示意图

图3 储罐阳极布置示意图

5 保护效果

采用牺牲阳极保护前后克石化储罐的情况比较见表2。

表2 牺牲阳极保护前后克石化储罐情况比较表

由上表可见，储罐经阴极保护后腐蚀速率大大降低，保护效果较为明显。据有关资料显示储罐底外壁在阴极保护后20年以内腐蚀速率可降至＜0.01mm/a，几乎可以完全抑制储罐底外壁的腐蚀。如克石化厂92年以前，厂区埋地管网每年泄漏次数在数十次以上。自92年以后，被保护的管网虽未经其他腐蚀措施处理，至2001年未再出现泄漏现象，储罐也自96年经阴极保护后，基本未出现过泄漏现象，可见阴极保护的腐蚀抑制能力很强。

[1]胡士信.阴极保护工程手册［M］.北京：化学工业出版社.1999:276-277

[2]唐明华.油气管道阴极保护［M］.北京：石油工业出版社.1986:175-176

[3]SY/T0088-95.钢制储罐罐底外壁阴极保护[S]

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.069