安峰　宋誠(chéng)　劉港（山東日照港油品碼頭有限公司，山東　日照　276808）

淺談新型材料柔性陽(yáng)極在大型儲(chǔ)罐陰極保護(hù)中的應(yīng)用

安峰宋誠(chéng)劉港（山東日照港油品碼頭有限公司，山東日照276808）

儲(chǔ)罐的腐蝕控制是一項(xiàng)必不可少的技術(shù)，陰極保護(hù)是罐底外壁防蝕的最佳手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)腐蝕認(rèn)識(shí)的不斷加深，一種新型輔助陽(yáng)極材料誕生——柔性陽(yáng)極，其具有性價(jià)比高，安裝簡(jiǎn)易，抗干擾能力強(qiáng)，耐腐蝕強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，成功地解決一些網(wǎng)狀陽(yáng)極在儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)中做不到的問(wèn)題。本文從陰極保護(hù)的基本原理出發(fā)，對(duì)外加電流陰極保護(hù)的兩種輔助陽(yáng)極材料進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)結(jié)合AFLX～1500型柔性陽(yáng)極，淺談柔性陽(yáng)極在儲(chǔ)罐陰極保護(hù)中的應(yīng)用。

陰極保護(hù)；儲(chǔ)罐底板；網(wǎng)狀陽(yáng)極；柔性陽(yáng)極

1　儲(chǔ)罐陰極保護(hù)的意義

在石油運(yùn)輸中儲(chǔ)罐是非常重要的設(shè)施，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展社會(huì)的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越多的開始重視能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的回報(bào)，因此儲(chǔ)罐的陰極保護(hù)也開始越來(lái)越多的被人們所重視。對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行陰極保護(hù)是非常有必要的，儲(chǔ)罐底板一般都會(huì)鋪設(shè)在瀝青砂上，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，瀝青砂會(huì)逐漸老化，基礎(chǔ)墊層也會(huì)出現(xiàn)裂痕，這樣地下的水分就會(huì)通過(guò)裂縫接觸到儲(chǔ)罐底板；另一方面，儲(chǔ)罐的質(zhì)量也隨著內(nèi)部液體的高度受到影響，時(shí)間長(zhǎng)了儲(chǔ)罐底板會(huì)發(fā)生變形。兩方面的因素如果同時(shí)產(chǎn)生，那么儲(chǔ)罐的使用壽命就會(huì)大大縮短，甚至出現(xiàn)危險(xiǎn)。因此，儲(chǔ)罐的陰極保護(hù)現(xiàn)在越來(lái)越受到重視。

2　陰極保護(hù)的基本原理

陰極保護(hù)就是利用腐蝕電池的原理，將需要被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)作為陰極，通過(guò)陽(yáng)極向陰極不間斷地提供電子，首先使結(jié)構(gòu)極化，進(jìn)而在結(jié)構(gòu)表面富集電子，使其不易產(chǎn)生離子，因而大大地減緩了結(jié)構(gòu)的腐蝕速度。目前，有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。

2.1犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)

陰極保護(hù)就是利用電位比被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)低的金屬或合金作為陽(yáng)極，構(gòu)成一個(gè)腐蝕電池。在陰極（罐底內(nèi)壁）得到保護(hù)的同時(shí)，陽(yáng)極不斷地被消耗。該方式主要用于保護(hù)儲(chǔ)罐罐底內(nèi)壁，防止儲(chǔ)罐內(nèi)存在積水時(shí)對(duì)罐底內(nèi)壁造成腐蝕。但此方法的犧牲陽(yáng)極壽命太短，消耗過(guò)大，一般壽命也就5年，容易在犧牲陽(yáng)極上形成致密的氧化膜，無(wú)法起到保護(hù)作用。

2.2外加電流陰極保護(hù)

是強(qiáng)制將需保護(hù)的金屬設(shè)為陰極，將輔助陽(yáng)極（網(wǎng)狀陽(yáng)極、柔性陽(yáng)極等）設(shè)為陽(yáng)極，構(gòu)成一個(gè)腐蝕電池。通過(guò)一個(gè)外加電路向陰極源源不斷輸入電子，從而使陰極（罐底外壁）不易失電子變成離子。該方式主要用于保護(hù)處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：儲(chǔ)罐罐底外壁、長(zhǎng)輸埋地管道等。

3　柔性陽(yáng)極與網(wǎng)狀陽(yáng)極的性能比較

目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐將網(wǎng)狀陽(yáng)極作為輔助陽(yáng)極使用的較多，柔性陽(yáng)極是近幾年來(lái)研發(fā)的一種新型材料，由于成本較高，在國(guó)內(nèi)未能廣泛應(yīng)用。

3.1網(wǎng)狀陽(yáng)極

由混合金屬氧化物（MMO）帶狀陽(yáng)極和導(dǎo)電鈦帶組成，縱橫交叉網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)，埋設(shè)在沙層中，距罐底板300mm左右，因是網(wǎng)格形，所以人們常稱為網(wǎng)狀陽(yáng)極。因性價(jià)比較高故國(guó)內(nèi)已大量使用。

但由于網(wǎng)狀陽(yáng)極截面較小，接地電阻較大，導(dǎo)致電耗較高。而且距罐底只有300mm，所以當(dāng)陽(yáng)極間隔大時(shí)電場(chǎng)分布不易均勻。網(wǎng)狀陽(yáng)極工作時(shí)的腐蝕產(chǎn)物是氧氣，由于某種原因氧的去極化作用，罐底外壁長(zhǎng)期達(dá)到～0.85V～～1.25V的保護(hù)準(zhǔn)則就顯困難。同時(shí)，鈦帶陽(yáng)極具有一個(gè)8V的擊穿電壓，當(dāng)超過(guò)這一數(shù)值時(shí)會(huì)導(dǎo)致氧化層破壞，陽(yáng)極加速腐蝕，縮短了壽命。

3.2柔性陽(yáng)極（導(dǎo)電聚合物型）

是在銅芯上包覆導(dǎo)電聚合物而構(gòu)成的連續(xù)性陽(yáng)極，銅芯起導(dǎo)電的作用，而導(dǎo)電聚合物則參與電化學(xué)反應(yīng)。柔性陽(yáng)極起關(guān)鍵作用的是導(dǎo)電聚合物為輔材的中心銅導(dǎo)體，這種結(jié)構(gòu)不但可以防止銅芯受化學(xué)腐蝕，并可以保證電流長(zhǎng)距離傳輸。同時(shí)，又有小量的陰極保護(hù)電流連續(xù)不斷的滴流、擴(kuò)散于導(dǎo)電聚合物輔層中，使全長(zhǎng)的輔層都有電流滲透。導(dǎo)電聚合物的外層為高性能的活性碳，最外層用耐酸層以及編織層包扎。這種結(jié)構(gòu)可以使現(xiàn)場(chǎng)松散的活性碳容易處理，從而簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)的安裝程序，使用壽命長(zhǎng)達(dá)40年以上。

3.2.1導(dǎo)電聚合物型柔性陽(yáng)極由內(nèi)到外共六層（以AFLX～1500為例）：

銅芯：?jiǎn)涡荆g狀，導(dǎo)電，增加整個(gè)柔性陽(yáng)極的柔韌性。

柔性陽(yáng)極機(jī)構(gòu)圖

導(dǎo)電聚合物：將石墨或其他導(dǎo)電材料添加到聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯等物質(zhì)內(nèi)，廠家可將聚合物和銅芯如同制作電纜一樣，直接一同擠壓制作，可導(dǎo)電，正是本層發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)。過(guò)去原Raychem公司主要業(yè)務(wù)就是制作電導(dǎo)熱帶，通入正負(fù)極導(dǎo)線后能變熱膨脹，電阻率增加，限制電流，這就是現(xiàn)在導(dǎo)電聚合物的原型。

活性炭層：焦炭，主要起到降低電阻，擴(kuò)散電流的作用，同時(shí)也是可以被氧化，發(fā)生反應(yīng)。

外層布：主要作用包裹活性炭，防止泄露，能夠透水透氣，通過(guò)它內(nèi)部炭層與外界導(dǎo)電。

耐酸層：發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，電解土壤中的氯化鈉，將產(chǎn)生大量的氯氣，氯氣溶于水會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，對(duì)柔性陽(yáng)極產(chǎn)生腐蝕，而此層具有抗酸性腐蝕的作用。

編織層：尼龍纖維制成的機(jī)械保護(hù)層，起到保護(hù)作用。

3.2.2柔性陽(yáng)極的敷設(shè)

其敷設(shè)方式與電纜相似，同時(shí)其抗壓能力強(qiáng)，最小彎曲半徑可達(dá)500mm。在河沙層基礎(chǔ)上平行挖一條陽(yáng)極溝，將柔性陽(yáng)極敷設(shè)就位后，便可進(jìn)行回填。柔性陽(yáng)極置于罐底下方的瀝青砂層下，通常距罐底500～600mm，按計(jì)算用量蛇形布置，之后用專用接頭，將電纜與柔性陽(yáng)極相連，連接點(diǎn)在罐底板外圍下，電纜另一側(cè)接到罐外防爆箱內(nèi)，罐底中部無(wú)接頭。

5萬(wàn)立儲(chǔ)罐柔性陽(yáng)極平面布置圖

5萬(wàn)立儲(chǔ)罐柔性陽(yáng)極鋪設(shè)

以5萬(wàn)立儲(chǔ)罐為例，4根AFLX～1500型柔性陽(yáng)極敷設(shè)在儲(chǔ)罐底板下方600mm處，4對(duì)電纜接頭接于罐周外側(cè)防爆箱內(nèi)，并連接到機(jī)柜間的外接電源正極上，而被保護(hù)體儲(chǔ)罐底板則連接到機(jī)柜間的外接電源負(fù)極上，這樣就形成一個(gè)回路，提供均勻、有效的保護(hù)。

3.3柔性陽(yáng)極的特點(diǎn)：

與傳統(tǒng)的網(wǎng)狀陽(yáng)極相比，新型柔性陽(yáng)極具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）陰極保護(hù)電流長(zhǎng)距離分布均勻；（2）對(duì)其它金屬構(gòu)筑物干擾影響最?。唬?）解決復(fù)雜管網(wǎng)的屏蔽問(wèn)題；（4）適應(yīng)國(guó)內(nèi)一次施工，一次完成的工作模式；（5）即使是裸的罐底，也能保證電流的均勻分布；（6）安裝簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度可任意現(xiàn)場(chǎng)剪裁，施工快捷，可靠性高；（7）材料經(jīng)專門處理，同時(shí)擁有五層主要結(jié)構(gòu)，層層保護(hù)，使用壽命長(zhǎng)；（8）電流利用率高，節(jié)約能源。

兩種輔助陽(yáng)極的性能比較

項(xiàng)目規(guī)格尺寸載流量腐蝕產(chǎn)物擊穿電壓罐底接頭碳素填料安裝施工量網(wǎng)狀陽(yáng)極6.35mm×0.64mm 17mA/m O2 8V 約400個(gè)柔性陽(yáng)極Φ35mm 35mA/m(40年壽命設(shè)計(jì)) CO CO2無(wú)大無(wú)無(wú)有小

4　結(jié)語(yǔ)

柔性陽(yáng)極性能超群安裝簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景廣闊，它對(duì)傳統(tǒng)的陰極保護(hù)方法提出了挑戰(zhàn)，可以成功地解決一些用傳統(tǒng)的陰極保護(hù)做不到的問(wèn)題，如干擾問(wèn)題、高電阻率問(wèn)題、罐底電流分布問(wèn)題等。目前柔性陽(yáng)極已在大慶油田的管道上、江蘇儀征和日照油品碼頭等大型儲(chǔ)罐上得以應(yīng)用。隨著新技術(shù)的不斷成熟，性能更加優(yōu)異、使用更加安全、安裝更加便捷的柔性陽(yáng)極全面替代傳統(tǒng)的網(wǎng)狀陽(yáng)極必將成為趨勢(shì)。

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