污油污水罐内壁强制电流阴极保护的应用

赵常英，贾光猛，秦海燕，朱家祥

中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘062552

污油污水罐内壁强制电流阴极保护的应用

赵常英，贾光猛，秦海燕，朱家祥

中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘062552

目前国内污油污水罐普遍采用牺牲阳极保护，但存在阳极消耗快，输出电流不可调，需定期开罐更换阳极等问题，这不仅增加了维护投资，而且延误了正常生产。为解决上述问题，采用强制电流进行阴极保护是最有效的方法之一。结合华北油田鄚一站的1 000 m3污油污水罐，介绍了罐内壁采用强制电流进行阴极保护的方法，通过在罐内悬挂金属氧化物阳极和安装长效锌参比电极，不仅使阳极输出电流可调，延长了阴极保护系统的使用寿命，而且实现了可在罐外对罐内不同点的保护电位进行监测。工程实践证明，华北油田鄚一站1 000 m3污油污水罐采用强制电流进行阴极保护，其防腐效果良好，目前已正常运行1年多了，各项参数均控制在合理的范围内。

污油污水罐；强制电流阴极保护；氧化物阳极；锌参比电极

多年来，污油污水罐内壁一直采用牺牲阳极进行阴极保护。在SY/T 6536-2012《钢质水罐内壁阴极保护技术规范》[1]中，对牺牲阳极的应用给予了诸多规定，但目前国内关于在罐内采用强制电流阴极保护技术则一直处于空白状态，标准[1]中只是等同采用了NACE 0388-2007《钢质储水罐浸水内表面外加电流阴极保护推荐作法》[2]的规定：“当储罐内所需保护电流过大且有适合电源时，可采用强制电流阴极保护”。

油田污油污水罐内的腐蚀介质腐蚀性强，消耗阴极保护电流大，牺牲阳极消耗快，寿命短，已难以满足油田储罐正常运行的防腐保护要求，因此无论从生产运行还是填补国内标准空白而言，开展罐内强制电流阴极保护技术研究都是十分必要的。

1 项目背景

华北油田含油污水一般具有以下特点：含油量高，含有多种离子如Ca2+、Ba2+、Mg2+等，含有多种气体如H2S、O2等，含有多种悬浮体和细菌[3]，因此污水罐内壁腐蚀非常严重。

如果污水罐内只采用涂层防腐，其防腐效果远远不能满足实际需要。例如华北油田有的新建罐仅投产2年，内部中心筒就发生了穿孔。如果针对罐内介质腐蚀性强的特点，采用牺牲阳极进行保护，则牺牲阳极将消耗极快，这势必造成需频繁清罐以更换阳极。例如华北油田一座300 m3污油污水罐，内壁安装了铝合金牺牲阳极，设计预期寿命5年，而实际仅运行1.5年后有的阳极就已消耗完。另外，采用牺牲阳极进行保护的污油污水罐，由于罐内普遍不安装参比电极，在测试时只能通过罐顶下放便携式参比电极来获得某些局部点的保护电位（只能监测到开孔处下垂线所指的罐底保护电位），测试过程繁琐，且不能测得各特殊点的电位。因此罐内采用牺牲阳极进行保护，已不能解决储罐在运行期间长期的防腐要求。

强制电流阴极保护可延长储罐的使用寿命，但由于目前国内在储罐内采用该技术尚不成熟，因此CPE华北分公司与中国石油集团工程技术研究院联合对该技术进行了立项研究。该项目依托华北油田鄚一站的1 000 m3储罐，开展了罐内强制电流阴极保护技术的研究。

2 强制电流阴极保护

鄚一站1 000 m3储罐的储存介质为采出污水，温度45℃。采用在罐内悬吊金属氧化物阳极，并在特殊点安装长效锌参比电极（锌参比电极适用温度不超过50℃）的方式对该罐实施强制电流阴极保护，阳极及参比电极连接电缆从罐顶开孔引出至罐旁的接线箱。该阴极保护系统不仅阳极输出电流可调，而且由于阳极消耗少，阴极保护系统寿命大大得以延长。在各不同点安装长效锌参比电极，可方便在罐外监测参比电极附近罐壁的自然电位及保护电位。

强制电流阴极保护系统由恒电位仪、辅助阳极、参比电极、连接电缆等组成，见图1。

供电设备采用恒电位仪（恒电位0～-3 V），该设备也可恒电流工作。根据罐内构件的保护电流密度及面积，选取恒电位仪的输出电流及输出电压。因该工程污水的腐蚀性较强，综合考虑防腐层的完好状况，电流密度取20 mA/m2。

图1 强制电流阴极保护系统示意

一般情况下，辅助阳极较多采用高硅铸铁阳极或管状金属氧化物阳极，高硅铸铁阳极最小规格为φ50 mm×1 500 mm，在污水中的最大电流密度为50 A/m2；管状金属氧化物阳极规格为φ25 mm× 700 mm，在污水中的最大电流密度为500 A/m2。为了均匀分布罐内的阴极保护电流，阳极需悬挂安装，同时要求阳极具有质量轻，寿命长的特点。高硅铸铁阳极质量大，输出电流小，若要达到20年的使用寿命，相对于管状金属氧化物阳极而言其用量较大。

综合考虑上述要求，辅助阳极选用寿命长、质量轻、输出电流大的φ25 mm×700 mm的管状贵金属氧化物阳极（MMO），并悬挂安装于罐内。每组阳极串下安装混凝土配重块，用于保证阳极串位置不发生移动。在罐内中心筒外对称位置共布置了4组阳极串。为了有效保护储罐中心筒，在中心筒内也布置了一组阳极串，阳极串位于中心筒的中心部位。

罐内布置6支锌参比电极，其中1支为控制参比电极。参比电极通过支架固定，参比电极连线通过保护管引出罐外。控制参比电极安装在罐底板距中心1 m处，其他参比电极设置在罐底板边缘、底板中心、距罐壁2 m和4 m处及中心筒内。

罐内阳极串采用JHS0.6/1 kV1×16 mm2的防水橡塑电缆；参比电极电缆采用JHS0.6/1 kV 1× 10 mm2的防水橡塑电缆。

3 实施效果

实施效果见表1、表2。

表1 恒电位仪初设参数

表2 锌参比电极电位值/V

从表1可见，罐内壁初始极化时输出电流较大，随着时间的延长，电流量下降；根据欧姆定律计算，阳极接水电阻值很小，在0.5～1 Ω之间，因此在水中电阻可以忽略不计。由于恒电位仪的预设值是按Cu/CuSO4参比电极来设置的，因此对锌参比电极不适用，只能采用恒电流保护方式。由表2数据看出，各监测点的保护电位均满足规范要求，保护电位相对Cu/CuSO4参比电极为-0.85～-1.2 V，相对锌参比电极在0.25～-0.05 V。5#参比电极的值轻微过负，但数值仍在0.25～-0.05 V范围内，由于5#参比电极位于中心桶内，中心桶内层表面面积小，一支氧化物阳极的输出电流较大。

目前该强制电流阴极保护系统已运行1年多，各项控制参数均在正常值范围内，运行状况良好。

4 结论

（1）污油污水罐介质腐蚀性强，内壁采用强制电流阴极保护，各监测点的保护电位均能满足规范要求。

（2）管状贵金属氧化物阳极（MMO）具有体积小、重量轻、安装方便、输出电流大、性价比高的优点，适用于作为罐内阴极保护的辅助阳极。

（3）辅助阳极可采用悬挂式，可避免距离被保护罐内表面过近，产生偏流。

（4）当储罐内介质温度不超过50℃时，选用高效稳定的锌参比电极较好，罐内不同点的保护电位均可在罐外进行监测。

（5）辅助阳极在罐内均匀分布，保证了保护电流的均匀，在中心筒内单独布置的阳极串，确保了中心筒内壁的保护电位满足规范要求。

[1]SY/T6536-2012，钢质水罐内壁阴极保护技术规范[S].

[2]NACE 0388-2007，钢质储水罐浸水内表面外加电流阴极保护推荐作法[S].

[3]王一婷，周俊.华北油田污水处理现状及展望[J].石油石化节能，2011（9）：34-36.

Application of Impressed Current Cathodic Protection for Oilfield Produced Water Tank

ZHAO Changying，JIAGuangmeng，QIN Haiyan，ZHU Jiaxiang
North China Company of CNPC Engineering Design Co.，Ltd.，Renqiu 062552，China

Sacrificialanodes are widely used for oilfield produced water tanks，but there are some problems such as fast consumption of sacrificial anode，unadjustable current output and required regular replacement of the sacrificialanode.Thus，not only the maintenance investment increases，but also the normal production is affected. Impressed current cathodic protection is the most effective method to solve the problems.This paper introduces the application effect of the impressed current cathodic protection in the 1 000 m3oilfield produced water tank at Mao-1 station of HuabeiOilfield.Hanging anodes and installing long-term zinc reference electrodes in the tank not only enable current output to be adjustable and prolong service life of the cathodic protection system，but also realize to monitor protection potentials at different points inside the tank from outside of the tank.The effect of the cathodic protection system has normally worked for more than one year with perfect anticorrosion effect，allparameters has been within reasonable ranges.

oilfield produced water tank；impressed current cathodic protection；MMO；zinc reference electrode

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.019

赵常英（1968-），女，河北唐山人，高级工程师，1989年毕业于西南石油学院，现从事防腐设计工作。

2015-06-23