蔣濤，李海，金海洋，李貴榮，馮建龍，路陽

1.中國石油管道局工程有限公司 燃?xì)夥止荆ê颖?廊坊065000）

2.中油國際管道有限公司（北京 100029）

3.中國石油西南管道 天水輸油氣分公司（甘肅 天水741002）

4.中國石油吐哈油田分公司 工程技術(shù)研究院地面工程設(shè)計所（新疆 鄯善838202）

5.中國石油吐哈油田分公司 技術(shù)監(jiān)測中心（新疆 鄯善838202）

儲罐是石油戰(zhàn)略儲備的重要基礎(chǔ)設(shè)施，減緩、控制儲罐腐蝕是預(yù)防儲罐微小滲漏或者緩慢泄漏事故的根本措施[1]。國內(nèi)外儲罐廣泛應(yīng)用的是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)[2]，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了一系列儲罐陰極保護(hù)的設(shè)計、安裝和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。儲罐腐蝕防護(hù)關(guān)注的問題是陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則、儲罐底板電位監(jiān)測、儲罐基礎(chǔ)材料、電絕緣和儲罐防滲等方面[3]。為指導(dǎo)新建儲罐工程設(shè)計，近年來國外儲罐陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)行修訂和更新。研究了最新版美國標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014、NACE SP 0285—2011和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 16299—2013與我國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016在理念、做法和技術(shù)方面的差異。

1 國內(nèi)外儲罐陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)簡介

1.1 國外標(biāo)準(zhǔn)

國外標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的地上鋼質(zhì)儲罐陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)包括美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014《地上石油儲罐的陰極保護(hù)》、美國腐蝕工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011《地下儲罐系統(tǒng)應(yīng)用陰極保護(hù)的外腐蝕控制》和歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會標(biāo)準(zhǔn)EN 16299—2013《與土地或基礎(chǔ)接觸的地上儲罐外表面陰極保護(hù)》，3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平基本相當(dāng)，其中EN是歐洲標(biāo)準(zhǔn)化文件中執(zhí)行力最強(qiáng)的類型，歐盟成員國等同采用為國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 中國標(biāo)準(zhǔn)

GB 50393—2008《鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》是儲罐防腐綜合性標(biāo)準(zhǔn)，且制定時間較早；我國儲罐陰極保護(hù)工程設(shè)計執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016《鋼質(zhì)儲罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)編制過程中系統(tǒng)總結(jié)了我國儲罐防腐實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時參考國外標(biāo)準(zhǔn)的適用內(nèi)容，基本代表了國內(nèi)外21世紀(jì)初儲罐防腐技術(shù)水平。

2 國內(nèi)外儲罐陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)差異分析

2.1 陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016規(guī)定：儲罐陰極保護(hù)電位應(yīng)處于-0.85～-1.2 V（相對飽和CuSO4參比電極，采用瞬時斷電測試電位），或者滿足陰極極化大于100 mV（但不適用于高溫環(huán)境、含硫酸鹽還原菌土壤和存在雜散電流的情形）。

美國標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014規(guī)定：儲罐強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)保證達(dá)到-0.85 V的保護(hù)電位；罐、地之間的陰極極化電位不低于100 mV。美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011規(guī)定：儲罐罐底外壁施加陰極保護(hù)應(yīng)達(dá)到至少-0.85 V電位（去除儲罐/土壤之間的電壓降）；相對CuSo4參比電極至少-850 mV的極化電位；陰極極化電位最小值應(yīng)為100 mV，并安裝斷電陰極保護(hù)試片，驗(yàn)證陰極保護(hù)效果。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 16299—2013制定了多種運(yùn)行工況條件和土壤環(huán)境類型下的儲罐陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則：①正常工況條件下，罐底土壤環(huán)境溫度小于40℃，陰極保護(hù)電位應(yīng)小于-0.85 V；②高溫工況條件下，罐底土壤環(huán)境溫度大于60℃，陰極保護(hù)電位應(yīng)小于-0.95 V；③罐底土壤區(qū)域電阻率100～1 000 Ω·m，陰極保護(hù)電位應(yīng)負(fù)于-0.75 V；④罐底土壤區(qū)域電阻率大于1 000 Ω·m，陰極保護(hù)電位應(yīng)負(fù)于-0.65 V。

針對陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則，中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了儲罐陰極保護(hù)電位上限值和下限值，美國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了儲罐陰極保護(hù)電位下限值。相對國內(nèi)采用儲罐底板涂層防腐結(jié)合瀝青砂防腐的做法，歐美儲罐底板制造較少采用防腐涂層或襯里工藝，不存在保護(hù)電位過負(fù)造成防腐涂層剝離的問題[4]。國內(nèi)儲存重質(zhì)、易凝高黏油品儲罐操作、運(yùn)行和加熱溫度可能達(dá)到60℃，應(yīng)考慮高溫工況對儲罐陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響。歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了高溫環(huán)境、高/低電阻率土壤環(huán)境的儲罐陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則。美國標(biāo)準(zhǔn)提出安裝斷電陰極保護(hù)試片，驗(yàn)證陰極保護(hù)效果的做法。歐美標(biāo)準(zhǔn)這兩項(xiàng)推薦做法具有借鑒意義。

2.2 陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016規(guī)定陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)收集的基礎(chǔ)資料：①總平面及罐區(qū)布置；②儲罐設(shè)計（竣工）資料；③可用電源條件；④儲存介質(zhì)溫度；⑤可設(shè)置陰極保護(hù)間的位置；⑥電絕緣及電跨接；⑦電纜走向及敷設(shè)方式；⑧防爆區(qū)域分類；⑨儲罐維護(hù)、檢修記錄（罐底狀況、泄漏史）。

美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011規(guī)定強(qiáng)制電流陰極系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)資料包括：場地規(guī)劃和地下儲罐系統(tǒng)布置；管道、管件和其他附屬設(shè)施；泵和電力供應(yīng)；已有的陰極保護(hù)系統(tǒng)；附近埋地金屬構(gòu)筑物；場地易接近性；土壤條件，如電阻率、化學(xué)組成、通氣性、水含量；電絕緣；防腐層完整性；高溫；屏蔽；處理過的地下儲罐回填材料；異種金屬；混凝土/金屬界面；復(fù)雜因素。

針對陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計資料，中美標(biāo)準(zhǔn)均涵蓋站場、儲罐、電源、電纜和絕緣，而美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011還增加了場地易接近性、高溫因素；中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016僅考慮土壤電阻率，美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011則考慮了多種土壤物性參數(shù)、防腐層參數(shù)和回填材料參數(shù)。建議儲罐陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計時可參考借鑒NACE SP 0285—2011做法，盡可能全面收集包括土壤腐蝕性等參數(shù)。

2.3 犧牲陽極材料

國內(nèi)犧牲陽極常用鎂基或鋅基犧牲陽極。由于其消耗速率快，選擇犧牲陽極技術(shù)主要考慮實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，或者應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件和保護(hù)要求選用（例如電流需求小、更換方便、使用時間短的情形）。

美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011指出3種最常用犧牲陽極是：標(biāo)準(zhǔn)鎂陽極、高電位的鎂陽極和高純度的鋅陽極。選擇犧牲陽極應(yīng)根據(jù)被保護(hù)構(gòu)筑物所需的電流、土壤條件和溫度，例如環(huán)境溫度高于49℃，不應(yīng)使用鋅陽極，高溫使鋅陽極呈現(xiàn)鈍化特性，應(yīng)使用鎂陽極；土壤中的碳酸鹽、重碳酸鹽和硝酸鹽，可能影響作為陽極材料的裸露鋅的性能。

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016針對選用犧牲陽極技術(shù)考慮因素較簡單。美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011規(guī)定了高純鋅陽極的使用條件。高寒區(qū)管道土壤凍結(jié)電阻率很高，采用強(qiáng)制電流保護(hù)方式，電流輸出很大，經(jīng)濟(jì)性較差。俄羅斯干線管道和油氣站場均有采用犧牲陽極保護(hù)方式的案例。美國阿拉斯加管道采用分段犧牲陽極保護(hù)的方式，主管段采用連續(xù)的鋅帶陽極進(jìn)行保護(hù)。

2.4 儲罐底板陰極保護(hù)電位監(jiān)測

由于土壤/基礎(chǔ)電阻率和陽極設(shè)計埋深、布置方式等因素，儲罐底板電位分布存在差異，特別是大型儲罐更為顯著，罐周保護(hù)電位值不等于儲罐中心電位值。應(yīng)考慮測定儲罐中心位置電位，以掌握儲罐真實(shí)保護(hù)狀況水平[5]。為便于同溝敷設(shè)施工，國內(nèi)新建儲罐沿徑向設(shè)置參比電極，這種電位監(jiān)測方式具有一定局限性。應(yīng)在儲罐周邊設(shè)置測試點(diǎn)，同時在罐底中心區(qū)域均勻設(shè)置、安裝長效參比電極。

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016規(guī)定：監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量應(yīng)保證儲罐腐蝕控制要求，罐周圍監(jiān)測點(diǎn)不少于4個，罐底中心位置設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，其他位置根據(jù)儲罐面積適當(dāng)增加監(jiān)測點(diǎn)。美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011指出：已建儲罐可采用土壤斜向鉆孔方式，測試罐—地電位分布。美國標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014規(guī)定：新建儲罐設(shè)置多個監(jiān)測點(diǎn)，測試儲罐底板多個位置區(qū)域的罐—地電位，儲罐底板電位監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量見表1。

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016針對儲罐底板電位監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量為原則性要求，即未強(qiáng)制性規(guī)定監(jiān)測點(diǎn)的具體數(shù)量。對于新建儲罐，如設(shè)計的監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量偏少，參比電極不能在罐底板均勻布置；對于在役儲罐在混凝土環(huán)墻內(nèi)部設(shè)置電位監(jiān)測點(diǎn)難度很大，不能全面掌握儲罐陰極保護(hù)水平[6]。針對小型儲罐（容積3 000 m3以下，儲罐直徑小于18 m），中美標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于儲罐監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量差異不大，儲罐底板電位不均勻性也并不嚴(yán)重，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)滿足使用要求;對于大型儲罐監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量，中美標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，大型儲罐應(yīng)考慮增加參比電極安裝數(shù)量。為保證數(shù)據(jù)全面、可靠，應(yīng)借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于儲罐監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量的規(guī)定[7]。

表1 美國標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014對儲罐底板電位監(jiān)測點(diǎn)要求

2.5 儲罐基礎(chǔ)層材料

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016未對儲罐底板基礎(chǔ)材料類型和性能參數(shù)提出要求。美國標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014規(guī)定:罐底墊層材料應(yīng)為顆粒均勻的細(xì)砂，砂子應(yīng)經(jīng)過篩選、清洗，無雜物，砂子電阻率、硫酸鹽含量和硫化氫含量滿足要求。砂墊層施工工藝質(zhì)量要求按照0.15～0.20 m分層鋪設(shè)并進(jìn)行機(jī)械壓實(shí)，壓實(shí)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到ASTM D1557—2012規(guī)定的95%標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)密度值。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 16299—2013也推薦采用砂墊層基礎(chǔ)，砂墊層應(yīng)均勻粒徑細(xì)沙，經(jīng)水清洗、篩選，不存在雜質(zhì)。砂墊層pH值大于6.5弱堿性，氯離子含量小于0.01%。砂墊層施工和壓實(shí)過程中不能混入其他雜質(zhì)等。

國內(nèi)在役儲罐主要采用瀝青砂質(zhì)的基礎(chǔ)層，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝簡單、價格低。但從應(yīng)用效果看，儲罐運(yùn)行多年后由于沉降問題，造成瀝青砂基礎(chǔ)層老化、壓裂，與儲罐底板外側(cè)產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致儲罐底板發(fā)生加速充氣腐蝕或者氧濃差電池腐蝕等問題[8]；瀝青砂基礎(chǔ)層容易出現(xiàn)陰極保護(hù)系統(tǒng)局部區(qū)域的屏蔽或失效。蘇丹、伊拉克等國外儲罐項(xiàng)目，均認(rèn)為陰極保護(hù)系統(tǒng)和瀝青砂是不兼容的做法，且爭議很多；美國和加拿大儲罐底板下主要采用素土涂敷，投資、施工成本低且不會導(dǎo)致陰極保護(hù)屏蔽。建議SY/T 0088—2016借鑒美國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)，推薦儲罐基礎(chǔ)采用砂墊層材質(zhì)，以及砂墊層材料質(zhì)量和施工質(zhì)量要求。

2.6 儲罐陰極保護(hù)系統(tǒng)電絕緣

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016規(guī)定了電氣設(shè)置接地、工藝管道/閥門絕緣法蘭（接頭）等陰極保護(hù)電絕緣做法。美國標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014不推薦在相鄰儲罐、儲罐與工藝管道/閥門進(jìn)行電隔離做法。美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011指出儲罐應(yīng)與其他金屬構(gòu)筑物電絕緣，儲罐連接管件應(yīng)采用絕緣套管，或者絕緣法蘭。

從國內(nèi)油氣站場電絕緣應(yīng)用效果看，電絕緣防止陰極保護(hù)電流流失作用有限，儲罐可能通過接地網(wǎng)、地下金屬構(gòu)筑物或者管道附件實(shí)現(xiàn)電進(jìn)行聯(lián)通，油氣站場埋地設(shè)施眾多，電絕緣從技術(shù)角度不能完全實(shí)現(xiàn)電隔離[9]。目前較為公認(rèn)的電絕緣做法是，在儲罐與管道連接設(shè)計中，盡可能考慮儲罐與管道之間的電絕緣，如果儲罐陰極保護(hù)與管道陰極保護(hù)屬于同一系統(tǒng)的情況下，可不考慮二者的電絕緣。

2.7 儲罐陰極保護(hù)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016規(guī)定陰極保護(hù)系統(tǒng)在投運(yùn)前，應(yīng)測量儲罐所在區(qū)域土壤自然電位。陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)后，應(yīng)及時測量和檢驗(yàn)陰極保護(hù)參數(shù)。儲罐維修后，陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)盡快重新啟動。美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0285—2011規(guī)定應(yīng)根據(jù)設(shè)計參數(shù)啟動儲罐陰極保護(hù)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)，主要項(xiàng)目有：驗(yàn)證與陰極保護(hù)準(zhǔn)則符合性；陰極保護(hù)設(shè)備操作和電壓/電流輸出；外電供應(yīng)可靠性評估；陰極保護(hù)類型（強(qiáng)制電流、犧牲陽極）；附近構(gòu)筑物；安全風(fēng)險等（第三方損壞）。

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016規(guī)定了陰極保護(hù)系統(tǒng)投產(chǎn)后進(jìn)行檢測的要求，但側(cè)重于罐—地電位、陽極接地電阻等參數(shù)測試。美國標(biāo)準(zhǔn)NACE SP0285—2011則涵蓋陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行、操作和維護(hù)，并提出供電可靠性、第三方損壞等安全風(fēng)險的理念。建議儲罐陰極保護(hù)系統(tǒng)的試運(yùn)轉(zhuǎn)引入安全風(fēng)險的概念，以提高油氣站場安全管理水平。

2.8 儲罐底板防滲

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016未強(qiáng)制要求進(jìn)行儲罐底板下防滲設(shè)計，相關(guān)規(guī)定是帶防滲膜墊層的儲罐陰極保護(hù)系統(tǒng)的輔助陽極應(yīng)安裝在防滲層和罐底之間。美國標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014分析比較了儲罐底板下安裝防滲膜的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是：暫時收集、保存泄漏油品，及時檢測泄漏和進(jìn)行事故處置；防止地下水接觸罐底板產(chǎn)生腐蝕。缺點(diǎn)是：防滲膜可能造成陰極保護(hù)屏蔽；防滲膜和罐底空間狹小，安裝輔助陽極、參比電極難度大。防滲膜收集、儲存油品的排出、檢測需預(yù)先安裝光纖檢測系統(tǒng)和管件系統(tǒng)。

調(diào)研國內(nèi)儲罐發(fā)生油品泄漏造成水體環(huán)境污染的案例[10]，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)儲罐及防火堤地面較少采取防滲措施，新建儲罐設(shè)計階段也較少考慮庫區(qū)防滲[11]，僅有若干新建儲罐在基礎(chǔ)層（環(huán)墻內(nèi)側(cè)）鋪設(shè)HDPE防滲膜的案例?？傮w來看，美國標(biāo)準(zhǔn)API 651—2014原則上還是傾向于采用防滲措施的，具體做法是：在土壤滲透性較強(qiáng)的區(qū)域，新建儲罐底板下采用防滲措施，避免儲罐油品滲漏至地下水。

3 結(jié)束語

中國標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0088—2016《鋼質(zhì)儲罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》作為我國儲罐防腐蝕領(lǐng)域的指導(dǎo)性文件，應(yīng)持續(xù)、密切跟蹤國外儲罐陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的修訂信息和發(fā)展趨勢，參考借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)中普遍認(rèn)可的推薦做法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，例如：多工況、多種土壤環(huán)境下的陰極保護(hù)準(zhǔn)則，犧牲陽極材料應(yīng)用條件，儲罐中心區(qū)域電位監(jiān)測，砂墊層材料質(zhì)量和施工工藝，儲罐陰極保護(hù)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)，儲罐底板下側(cè)防滲設(shè)計等。通過與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，不斷提升我國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平，進(jìn)而科學(xué)指導(dǎo)我國儲罐陰極保護(hù)工程的設(shè)計和驗(yàn)收。