储罐阴极保护系统常见问题及解决方案

王 亮 刘子洋 郭彦明 于海昆 孙长富

（青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，山东 青岛 266071）

0 引言

大型储罐设计寿命一般在三十年以上，由于罐底板与土壤、罐内腐蚀性介质接触而面临较高的腐蚀风险，因此必须做好相应的防腐蚀措施。我国储罐腐蚀防护技术经过几十年的发展，已建立了多项国家标准和行业标准，对储罐防腐蚀技术的设计、施工、产品质量以及运行管理进行约定，并依据使用经验不断修订完善。

目前，阴极保护技术作为罐底板防腐措施已被广泛应用于大型储罐底板的保护。大型储罐底板下表面一般采用外加电流阴极保护，原油储罐、工艺水罐等内有腐蚀性介质的储罐内壁采用牺牲阳极保护，该两种保护技术的有效性和经济性已得到广泛验证。从调研情况来看，大型储罐基本都采用了阴极保护措施，但阴保措施对储罐的实际保护效果参差不齐，本文对储罐阴保系统管理和运行中常见的问题进行了总结。

1 阴极保护系统的运行管理

按照国家标准GB/T 50393要求：储罐在运行期间，应定期进行电参数测量和检验，对保护电位、保护电流、相互干扰影响等进行测试；在开罐时应检查罐内牺牲阳极的溶解情况，确定牺牲阳极是否需要重新安装或更换[1]。

从调研情况来看，由于未建立相应的管理制度，且缺乏熟悉阴极保护技术和相关国家标准的管理人员，储罐管理部门未能对储罐阴保系统进行有效管理，导致储罐阴保系统常出现以下问题：

（1）储罐外加电流阴保系统无人监管，恒电位仪处于关机状态，或故障停机状态；

（2）储罐外加电流阴保系统虽然处于工作状态，但不能明确系统运行是否正常，储罐实际长期处于“欠保护”或“过保护”状态；

（3）储罐大修期间，未能对罐内牺牲阳极进行检测评估，不能明确牺牲阳极的保护效果，以及剩余牺牲阳极能否满足下个检修周期的使用。

2 牺牲阳极保护系统

从调研情况来看，部分储罐内虽然安装的牺牲阳极，但在储罐大修检查时仍发现罐底板有腐蚀发生，主要原因如下：

（1）受炼化工艺对原油含水率的要求，部分炼厂原油储罐切水频繁，或安装有自动切水装置，导致罐内沉积水存量过少，牺牲阳极不能全部浸泡在沉积水中，或完全不能接水，如图1所示，罐底板上安装的牺牲阳极仅底部溶解，罐壁上安装的牺牲阳极完全不溶解；另外，部分储罐涂层施工不规范，牺牲阳极表面被油漆污染，这都会导致，无法提供足够的阴保电流；

图1 某原油储罐内牺牲阳极溶解形貌

（2）牺牲阳极质量不满足国家标准要求，如关键合金元素缺失、杂质含量超标等问题，会导致牺牲阳极电化学性能劣化，甚至无法正常溶解。如图2所示，牺牲阳极在使用一个周期后基本未有溶解，而罐底板局部已有明显腐蚀坑；

图2 某原油储罐底板腐蚀及牺牲阳极溶解形貌

（3）牺牲阳极使用量过少、原油沉积水电导率大于设计取值和罐内涂层大面积剥离等问题会导致牺牲阳极加速消耗，牺牲阳极的使用寿命小于设计寿命，可能无法对罐底板提供全面的、全周期的保护。

3 外加电流阴极保护系统

外加电流阴极保护系统由恒电位仪、辅助阳极、参比电极及连接电缆组成。恒电位仪要通过辅助阳极、阴阳极电缆等对储罐底板提供阴保电流，还需要参比电极、参比电缆和零位电缆等控制输出的大小，任何一个环节出现故障都可能会导致外加电流阴极保护系统无法正常运行。

3.1 恒电位仪

恒电位仪是外加电流阴极保护系统的心脏和大脑，也是整体系统中最易发生故障的设备。主要常见问题为：

（1）电子器件和内部线路老化，输出电压、输出电流和保护电位的仪表显示数值发生偏差，导致恒电位仪显示的输出状态与真实值有明显偏差，或恒电位仪输出难以进行有效的调节；

（2）防雷模块失效后未及时更换，雷击和浪涌导致恒电位仪整流模块或控制模块的损毁，致使恒电位仪无法输出。

3.2 辅助阳极

辅助阳极是决定外加电流阴保系统能否输出阴保电流的关键部件，新建储罐一般在罐基础的砂层中布置为MMO网状阳极或柔性阳极，老旧储罐改造或追加外加电流阴保系统常使用MMO管状阳极构建深井或浅埋阳极地床。由于MMO阳极和柔性阳极的自身消耗率很低，其正常使用寿命大于储罐的设计寿命，但其寿命的关键控制环节为阳极体与电缆的接头，如果接头密封不良导致有水渗入，接头处的电缆铜芯在阳极极化作用下会快速消耗，导致接头失效，辅助阳极与阳极电缆断开，外加电流阴保系统无法正常工作；另外，使用MMO管状阳极构建深井阳极地床时，如果导气管堵塞阳极地床就会产生“气阻”，系统回路电阻逐渐增大，进一步导致恒电位仪输出电压超限停机。

3.3 参比电极

参比电极是控制恒电位仪输出大小、检测保护效果的关键部件，参比电极电位的准确性会直接影响储罐的真实阴极保护效果。

储罐外加电流阴保系统一般使用饱和硫酸铜参比电极和高纯锌参比电极，常规饱和硫酸铜参比电极使用寿命小于储罐的设计寿命，而高纯锌参比电极的电位易受环境的影响发生漂移[2]，但受罐基础结构限制和储罐防雷接地体的影响，参比电极的电位难以校正，储罐的真实保护电位难以通过便携式参比电极进行测量[3]。另外，参比电极预埋在罐基础中，难以进行更换。

3.4 线路电缆

（1）储罐新建外加电流阴保系统安装时，一般采用铝热焊接的方式将阴极、零位电缆与储罐边缘板焊接在一起，并将汇流点与边缘板一起作包覆处理。储罐运行过程中在“大呼吸”、“小呼吸”以及沉降等作用下，水汽可能会进入包覆层和边缘板之间的空隙，导致边缘板表面会发生腐蚀；另外，汇流点的铝热焊区域还可能会发生电偶腐蚀，加速铝热焊区域处边缘板的腐蚀。随着腐蚀的进一步发生，汇流点处的电缆铜芯与储罐边缘板之间会生成层状腐蚀产物，这会导致阴保系统的输出回路、控制回路电阻增大，乃至开路，如图3所示。输出回路电阻的增大会导致恒电位仪输出电压增加，乃至恒电位仪输出超过额定电压而停机，外加电流阴保系统停止工作；控制回路电阻增大会导致恒电位仪测试的电位偏正，恒电位仪在恒电位模式控制时会自动增大输出，使得储罐实际处于过保护状态，从而增加恒电位仪的能耗且罐底板焊缝区域有氢致开裂的风险；

图3 阴极电缆脱焊及边缘板腐蚀形貌

（2）为了保证罐底板阴保电流的分布均匀，罐底埋设的辅助阳极会通过多根阳极电缆引出罐基础外，并在罐区内设置的防爆接线箱汇流。由于阳极电缆施工不合理在防爆接线箱内未留有足够裕量，由沉降导致的阳极电缆接线被拉脱的情况偶有发生，单根阳极电缆脱开会导致阴保电流在罐底板的分布不均匀，阳极汇流电缆的脱开会导致阴保系统处于开路状态，无法对储罐提供阴保电流。

4 建议措施

（1）建议对储罐管理人员进行阴极保护专业培训，让相关人员对阴极保护系统和相关技术标准有更深入的了解；

（2）加强阴保产品质量管控，确保产品质量满足国家标准要求，并对阳极电缆接头、汇流点、防爆接线箱等关键施工环节重点管控；

（3）加强对储罐阴极保护系统的管理，建立和健全储罐阴极保护系统管理制度；按照管理制度和国家标准要求，由具备相关能力的人员或第三方单位定期开展储罐阴极保护系统的检测工作，发现阴极保护系统存在的故障后及时修复整改，确保储罐阴极保护系统处于正常工作状态；

（4）在储罐大修期间，对储罐内牺牲阳极溶解情况进行检查评估，确认原有牺牲阳极保护系统的合理性和有效性，并进行针对性的整改，确保牺牲阳极保护系统满足下一个检罐周期的使用。