海四聯儲罐外底板陰極保護方式的選擇及參數計算

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　　摘要：本文通過對海四聯罐區罐底腐蝕原因的分析，簡述了陰極保護原理和罐底板外壁采用陰極保護的必要性。結合對海四聯原油儲罐罐底板陰極保護方案的探討，提出了具體可行的陰極保護方案并進行了參數計算。
　　關鍵詞：罐底板;犧牲陽極;強制電流
　　1 儲罐外底板腐蝕原因
　　油罐沉降不均或因罐底施工時地基與鋼質底板存在空隙，雨水、地下水、潮濕大氣可能進入縫隙處，在透氣程度不同的區域之間，構成了氧濃差電池，使得局部腐蝕較為嚴重。與罐底接觸的瀝青砂墊層中水溶性氯的含量很高，其中一部分氯溶解于滲水中，為了保持電中性，氯離子向基體金屬與銹層之間的界面運動，造成此處溶液中氯離子濃度高，氧濃度低，在縫隙內還有可能形成縫隙腐蝕的自催化效應，局部腐蝕十分嚴重，形成坑蝕并最終導致穿孔。另外，雜散電流和硫酸鹽還原菌的存在也可加重腐蝕。
　　2 陰極保護的必要性
　　地上鋼質儲油罐底板腐蝕穿孔頻率很高，儲罐底板外側腐蝕的典型形式是各處減薄程度不等的潰瘍狀腐蝕。日本曾對131座未加陰極保護的10000m3以上的大型油罐在罐內用超聲波測定底板厚度，測得外側的平均腐蝕率不超過0.1mm/a，而局部的最大腐蝕率達到0.5mm/a。美國一家儲罐維修公司把整個儲罐頂高3m后，直接檢查底板外側，得到了類似結果。在國內曾出現過沿海地區某碼頭5000m3儲罐僅使用兩年就因腐蝕而不得不更換罐底板的案例。
　　3 陰極保護原理及保護方式
　　陰極保護是利用腐蝕電池的原理，使需要進行保護的金屬構筑物成為陰極，向金屬不間斷地提供大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態，從而形成陰極極化，這樣金屬構筑物上的金屬原子就不容易失去電子而變成離子（遭受腐蝕）。
　　作為儲罐來說，外加強制電流陰極保護是將被罐底板外壁與直流電源的負極相連成為陰極，利用外加陰極電流進行陰極極化，以減輕或防止罐底板腐蝕。犧牲陽極陰極保護是將罐底板外壁連接一個電位更負的作為陽極的金屬或合金，而罐底板作為陰極，依靠陽極不斷溶解所產生的陰極保護電流，對罐底板外壁進行極化，以減小或防止罐底板腐蝕。
　　4 儲罐底板下表面陰極保護方案
　　4.1 陰極保護方式的選擇
　　首先對儲罐下底板的陰極保護方式進行選擇。犧牲陽極保護系統安裝簡單，不會產生腐蝕干擾。但是驅動電壓一般低于0.7V，表面腐蝕產物有時會形成一層硬殼，限制了陰極保護電流的輸出，壽命較短，一般在10～15年左右，而且犧牲陽極埋設在大罐低下，無法更換。并且此次海四聯罐區系改造工程，罐底板不動，因此排除犧牲陽極陰極保護方案。
　　深井陽極主要用于已經建成的儲罐保護，由于其陰極保護電流分布不均勻（尤其是大型儲罐），有些區域保護不到，有些區域還可能造成保護電位偏高，容易產生電偶腐蝕干擾，如果地質條件不好，不易達到應有的保護效果。
　　柔性陽極是一種線型的、柔韌的、線繞的、碳基的陽極系統，它由銅導線、導電聚合物、純活性碳、耐酸材料層和編織保護網組成。該系統可以鋪設在儲罐底板下面，電流分布均勻，不易產生腐蝕干擾。但由于導電橡膠在電流的作用下，導電聚合物老化開裂，導致柔性陽極內部銅芯的迅速腐蝕而使輔助陽極失效。另外，該陽極不能過度彎曲，因此現場需要很多電纜接頭連接及密封。柔性陽極的壽命一般在20～25年。且柔性陽極每米的工程造價昂貴，采用該陽極經濟上不甚合理。
　　網狀陽極系統由鈦基金屬氧化物陽極（網狀陽極）與相互垂直鋪設的陽極帶和連接片焊接組成輔助陽極網。網狀陽極應用在鋼質儲罐罐底外壁的保護，可以近距離鋪設，具有陰極保護電流分布均勻、無屏蔽和干擾，可使罐中心與周邊保護電位基本一致等特點。鈦的導電性比銅稍差些，因此在布設網狀陽極時，陽極網應適當采用多點供入電流，儲罐保護效果會更好。但由于海四聯只是老罐改造，罐底板不動，因此不能采用網狀陽極陰極保護的方案。
　　經過以上方案的比選，本工程采用外加強制電流法高硅鑄鐵陽極系統對油罐底板外壁進行陰極保護。
　　4.2 儲罐外底板陰極保護參數的計算
　　選取見表1。
　　5結論
　　通過對儲罐外底板陰極保護必要性及原理的闡述，結合5000m3原油儲罐外底板陰極保護方式的選擇及參數確定，對儲罐陰極保護方案的選擇提供了一定的技術支持。但是，由于每個儲罐外底板安裝條件的差異，應當排除陰極保護作法的標準化，應該根據具體情況進行分析，選擇合理的陰極保護方式及參數。
　　參考文獻：
　　[1]胡士信.陰極保護工程手冊[M].北京：化學工業出版社，1999.
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