蘇華

新疆克拉瑪依市科比技術(shù)有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003

罐底外壁陰極保護(hù)在克石化公司13罐區(qū)的應(yīng)用

蘇華

新疆克拉瑪依市科比技術(shù)有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003

本文通過(guò)對(duì)克石化公司13罐區(qū)儲(chǔ)罐的罐底陰極保護(hù)設(shè)計(jì)分析，初步闡明了陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)依據(jù)及原則、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。并說(shuō)明采用鋅合金犧牲陽(yáng)極保護(hù)方式能有效解決罐底電化學(xué)腐蝕問(wèn)題。同時(shí)在材料選型、施工技術(shù)上進(jìn)行規(guī)范，并對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)與措施進(jìn)行說(shuō)明。

儲(chǔ)油罐；陰極保護(hù)；鋅合金陽(yáng)極

1、前言

克石化公司現(xiàn)有400m3以上的儲(chǔ)罐300多座，按所裝介質(zhì)可分為儲(chǔ)氣罐（液化氣、天然氣等）、儲(chǔ)油罐（重油、輕質(zhì)油、汽油、原油、溶劑油等）和儲(chǔ)水罐（飲用水、污水和壓水），以及儲(chǔ)化學(xué)介質(zhì)罐（硫酸、硝酸、鹽酸和醋酸等）。其中儲(chǔ)油罐約200多座，容積從100m3到20000m3不等，其中2000m3至10000m3儲(chǔ)油罐占大多數(shù)。自96年以來(lái)，克石化公司的儲(chǔ)油罐因未加陰極保護(hù)陸續(xù)出現(xiàn)罐底腐蝕穿孔現(xiàn)象，發(fā)生泄漏事故，直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和運(yùn)行周期，使企業(yè)蒙受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。圖1為儲(chǔ)罐罐底腐蝕圖。

圖1 儲(chǔ)罐罐底腐蝕圖

2、儲(chǔ)罐罐底腐蝕基本原理

儲(chǔ)罐罐底的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，即金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞。金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因：腐蝕介質(zhì)中存在可以使金屬氧化的物質(zhì)，它和金屬構(gòu)成不穩(wěn)定體系，形成腐蝕電池，腐蝕電池的存在加快金屬的腐蝕速度[1]。對(duì)于儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，罐底的外表面腐蝕原因大多來(lái)自土壤的腐蝕。儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)是以砂層和瀝青砂為主要構(gòu)造，罐底板坐落在瀝青砂面上，對(duì)于罐底的防腐保護(hù)只能用瀝青砂石來(lái)阻擋與土壤的接觸。由于罐中滿(mǎn)載和空載交替、冬季和夏季溫度及地下水的影響，使得瀝青砂層上出現(xiàn)裂紋，并且儲(chǔ)罐基礎(chǔ)也常會(huì)因承重或外界損傷產(chǎn)生變形或塌陷。空氣中的水分和雨水會(huì)隨變形的基礎(chǔ)流入罐底與基礎(chǔ)接觸的縫隙，破壞原有的瀝青砂石隔離層，使儲(chǔ)罐罐底外表面與土壤接觸。當(dāng)油罐溫度較高時(shí)，會(huì)使底板周?chē)叵滤舭l(fā)，造成土壤鹽分濃度增加，提高它的腐蝕性。

儲(chǔ)罐的腐蝕除發(fā)生以上介紹的自然腐蝕外，受外界因素的干擾，在有雜散電流存在的情況下，原油儲(chǔ)罐的罐底板外側(cè)與土壤接觸的罐外壁部分，極易發(fā)生雜散電流腐蝕。這種腐蝕的存在，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行危害極大，往往在事先難以預(yù)測(cè)的情況下，在很短的時(shí)間內(nèi)使金屬局部腐蝕穿孔造成安全事故，其經(jīng)濟(jì)損失是難以預(yù)料的。

對(duì)于這種情況，行之有效的防蝕方法就是涂料防腐和陰極保護(hù)聯(lián)合。

3、克石化公司13罐區(qū)陰極保護(hù)

克石化公司13罐區(qū)包括新建8座200m3、21座1000m3、 20座2000m3、 5座5000m3內(nèi)浮頂罐罐底外壁的陰極保護(hù)。

1 )陰極保護(hù)方式的選擇

儲(chǔ)罐常用的陰極保護(hù)方法有外加電流保護(hù)法及鋅合金犧牲陽(yáng)極法，外加電流適用于保護(hù)范圍較大的長(zhǎng)輸管道工程，即站外管道，或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)。對(duì)于煉油廠(chǎng)、化工廠(chǎng)區(qū)及罐區(qū)來(lái)說(shuō)，由于地下管道錯(cuò)綜復(fù)雜，干擾較大，管道相對(duì)較短，不適宜用外加電流保護(hù)。

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：a：不需要提供外部電源；b：不產(chǎn)生雜散電流的干擾問(wèn)題；c：安裝及施工簡(jiǎn)單，投產(chǎn)調(diào)試后不需要管理；d：保護(hù)電流均勻，利用率高?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)技術(shù)在煉化行業(yè)儲(chǔ)罐保護(hù)及局部區(qū)域性保護(hù)工程中，得到了廣泛的應(yīng)用。另外，施加犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)措施，不會(huì)對(duì)相鄰未被保護(hù)的地下金屬設(shè)施嚴(yán)重干擾（即加速其他未保護(hù)金屬設(shè)施的腐蝕）。因此本設(shè)計(jì)選用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法。

本項(xiàng)目的陰極保護(hù)方式選用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法，以及犧牲陽(yáng)極與土壤電阻率的關(guān)系可以得知：犧牲陽(yáng)極材料在土壤介質(zhì)的電阻率均小于10Ω·m時(shí)，應(yīng)選用鋅合金犧牲陽(yáng)極；在土壤介質(zhì)的電阻率大于10Ω·m時(shí)，應(yīng)選用鎂合金陽(yáng)極。結(jié)合表1克石化廠(chǎng)陰極保護(hù)參數(shù)調(diào)查表顯示，由于克石化13#罐區(qū)位于克石化廠(chǎng)的東面，土壤電阻率為6.3Ω·m，小于10Ω·m，選用鋅合金犧牲陽(yáng)極較適合。

表1 克石化廠(chǎng)陰極保護(hù)參數(shù)調(diào)查表

2）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的計(jì)算

以5000m3的儲(chǔ)罐為例，犧牲陽(yáng)極數(shù)量的計(jì)算。

（1）5000m3儲(chǔ)罐直徑18m。

（2）底板面積S1=254.34m2。

（4）總的保護(hù)面積S=254.34m2。

（5）保護(hù)電流密度Ip=5mA/m2。

（6）保護(hù)電流強(qiáng)度IA=1.1Ip×S=1398. 87mA。

（7）單只鋅合金陽(yáng)極重量 W1=27kg

（8）預(yù)計(jì)陽(yáng)極保護(hù)年限T=20年（儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)年限為20年）

（9）犧牲陽(yáng)極在輸出保護(hù)電流的過(guò)程中，自身溶解。因此陽(yáng)極重量決定著使用年限。

犧牲陽(yáng)極重量[2]

式中 W ——所需犧牲陽(yáng)極總重量，公斤；

Q——陽(yáng)極理論發(fā)生電量，安·時(shí)/公斤，鋅合金犧牲陽(yáng)極為820安·時(shí)/公斤；

η——陽(yáng)極電流效率，65%～90%；

η1——陽(yáng)極利用率一般取0.8～0.85

T——預(yù)計(jì)使用年限，年；

IA——陽(yáng)極發(fā)生電流，安。

經(jīng)計(jì)算得犧牲陽(yáng)極重量W=575公斤。則犧牲陽(yáng)極的支數(shù)為n=20支/座，沿罐周設(shè)4個(gè)陽(yáng)極保護(hù)檢查點(diǎn)，進(jìn)行埋設(shè)。

4、陽(yáng)極布置和施工安裝

犧牲陽(yáng)極放置于化學(xué)填包料中間部位，陽(yáng)極填料配方（重量比）為：石膏粉：膨潤(rùn)土：工業(yè)硫酸鈉=75：20：5[3]。犧牲陽(yáng)極采用開(kāi)挖方法施工。犧牲陽(yáng)極沿罐周分4點(diǎn)均勻布置，陽(yáng)極埋設(shè)點(diǎn)距罐基礎(chǔ)1.5m，水平埋設(shè)，陽(yáng)極間距2.0m，埋深2.0m。陽(yáng)極電纜與罐壁匯流點(diǎn)扁鋼的連接、及犧牲陽(yáng)極連接電纜與陽(yáng)極鋼芯的連接均采用螺紋連接，再用絕緣膠帶纏緊。纏緊后再刷上環(huán)氧煤瀝青做防腐絕緣。所有防腐絕緣層用高壓電火花檢漏儀檢查，檢漏電壓為2.4KV。

犧牲陽(yáng)極電纜直埋地敷設(shè)，電纜埋深0. 7m，上下須鋪以不小于100mm厚的軟土或砂層，并蓋以紅磚保護(hù)，其覆蓋寬度應(yīng)超過(guò)電纜兩側(cè)各500mm，敷設(shè)時(shí)，電纜要留有一定的裕量。陽(yáng)極埋設(shè)完畢后應(yīng)夯實(shí)，回填土中應(yīng)均勻摻入適量鹽粒以降低土壤電阻率。陽(yáng)極與周?chē)寥澜佑|要好，陽(yáng)極填料和回填土均應(yīng)澆水濕潤(rùn)。

犧牲陽(yáng)極的敷設(shè)方式詳見(jiàn)下圖：

圖2 犧牲陽(yáng)極在罐周埋設(shè)布置示意圖

圖3 儲(chǔ)罐陽(yáng)極布置示意圖

5 保護(hù)效果

采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)前后克石化儲(chǔ)罐的情況比較見(jiàn)表2。

表2 犧牲陽(yáng)極保護(hù)前后克石化儲(chǔ)罐情況比較表

由上表可見(jiàn)，儲(chǔ)罐經(jīng)陰極保護(hù)后腐蝕速率大大降低，保護(hù)效果較為明顯。據(jù)有關(guān)資料顯示儲(chǔ)罐底外壁在陰極保護(hù)后20年以?xún)?nèi)腐蝕速率可降至＜0.01mm/a，幾乎可以完全抑制儲(chǔ)罐底外壁的腐蝕。如克石化廠(chǎng)92年以前，廠(chǎng)區(qū)埋地管網(wǎng)每年泄漏次數(shù)在數(shù)十次以上。自92年以后，被保護(hù)的管網(wǎng)雖未經(jīng)其他腐蝕措施處理，至2001年未再出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，儲(chǔ)罐也自96年經(jīng)陰極保護(hù)后，基本未出現(xiàn)過(guò)泄漏現(xiàn)象，可見(jiàn)陰極保護(hù)的腐蝕抑制能力很強(qiáng)。

[1]胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1999:276-277

[2]唐明華.油氣管道陰極保護(hù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社.1986:175-176

[3]SY/T0088-95.鋼制儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)[S]

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.069