在役原油儲罐底板外壁追加陰極保護兩種方法的對比分析

楊 鑫 張 軍 胡松青

(1. 上海和達化工石油工程技術(shù)有限公司，上海 201206；2. 中國石油大學(xué)(華東)理學(xué)院，山東 青島 266580)

0 引言

陰極保護技術(shù)在國內(nèi)原油儲罐底板的保護中應(yīng)用較晚，在上世紀80年代早期投產(chǎn)的儲罐由于腐蝕等原因造成的漏油事故頻發(fā)。1995年華東輸油局對魯寧縣泗縣站的一座30000m3補加了陰極保護采用了深井陽極和犧牲陽極相結(jié)合的陰極保護方法；1993年管道局對東營首站站內(nèi)共計14座儲罐和約7000米管道追加陰極保護，采用深井陽極和分布式陽極為主的區(qū)域性陰極保護方法[1]。在國內(nèi)外還有公司嘗試了斜井陽極地床強制電流陰極保護方法，都取得了不錯的保護效果[2]。

1 概述

此次改造罐區(qū)位于廣東湛江沿海地區(qū)，共計包括G011～G014共4座30000m3原油儲罐，儲罐直徑44m，四臺罐位于同一罐組。儲罐建成于上世紀90年代初，建設(shè)時未采取陰極保護措施。隨著罐齡的增長，腐蝕的作用日積月累，尤其是未作任何防護措施的罐底板外壁，已逐漸進入腐蝕穿孔的高發(fā)期；繼續(xù)聽之任之，不可避免清罐維修乃至補焊補漏的頻率會越來越快，直接和間接的經(jīng)濟損失將會加大。鑒于安全運行和經(jīng)濟上的考慮，業(yè)主方?jīng)Q定對儲罐進行陰極保護改造。

2 陰極保護追加改造

2.1 陰極保護實現(xiàn)方式

對于已經(jīng)建成的大型儲罐的底板外壁追加陰極保護可選擇的方法有兩種：以深井陽極為陽極地床的區(qū)域性陰極保護和以水平井(斜井)為陽極地床的外加電流陰極保護系統(tǒng)，兩種方法在國內(nèi)都有過大量的應(yīng)用。此次工程實踐主要是針對同一個保護目標的兩種不同方法的陰極保護效果的對比。

根據(jù)計算結(jié)合現(xiàn)場實際情況G011～G014罐設(shè)計方案為距四臺罐外圍防火墻50～60m處共設(shè)置4座30m深井地床，地床內(nèi)安裝10支MMO管狀陽極，陽極采用含碳量98.3%的煅后石油焦作為填充料，為了減小對周邊金屬結(jié)構(gòu)的影響，陽極頂端距離地面距離為8～10m。陽極地床布置圖見圖1。

圖1 深井陽極區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)布置圖

在G013、G014罐混凝土環(huán)梁下面分別設(shè)置1組水平井地床，每組地床內(nèi)安裝4支整體式陽極，每支長度為12米，每支陽極內(nèi)預(yù)制3支MMO管狀陽極，陽極采用含碳量98.3%的煅后石油焦作為填充料。將陽極利用液壓頂管機水平頂入儲罐環(huán)梁下方的沙土中。水平井布置見圖2。

圖2 水平井陽極地床陰極保護系統(tǒng)布置圖

此次工程實踐中在G013、G014中同時采用了兩套不同的陽極系統(tǒng)，目的是在能起到保護的同時也能更好的對比保護效果。為了準確的檢測陰極保護電位，本項目采用了嵌入式Cu/飽和CuSO4參比電極測量保護電位，參比通過定向鉆的方式植入罐底沙層中，每臺儲罐設(shè)置3支參比電極，參比電極的分布見圖3。

圖3 罐底嵌入式參比電極布置示意圖

整個罐區(qū)設(shè)置兩套分別獨立的陰極保護系統(tǒng)，系統(tǒng)1用于深井陽極區(qū)域性陰極保護，系統(tǒng)2用于水平井陽極陰極保護系統(tǒng)，每套系統(tǒng)包含1臺恒電位儀。

2.2 陰極保護改造結(jié)果

2.2.1 深井陽極區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)

陰極保護系統(tǒng)追加改造完成后分別開啟兩套系統(tǒng)并穩(wěn)定極化24h以上，記錄恒電位儀運行數(shù)據(jù)，采集參比電極數(shù)據(jù)。恒電位儀數(shù)據(jù)見表1，各個儲罐參比電極實際測量值見表2。

表1 深井陽極區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)恒電位儀運行數(shù)據(jù)表

表2 深井陽極區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)現(xiàn)場參比測量數(shù)據(jù)表單位：V

通過表2可見，所有參比電極的電位都在國家標準要求的-1.1～-0.85V范圍之內(nèi)[3]，但是同一個儲罐的3個參比電極的測量電位相差較大。

2.2.2 水平井陰極保護系統(tǒng)

將系統(tǒng)1關(guān)閉24h候開啟系統(tǒng)2，并穩(wěn)定運行24h以上，記錄恒電位儀運行數(shù)據(jù)，采集參比電極數(shù)據(jù)。恒電位儀數(shù)據(jù)見表3，各個儲罐參比電極實際測量值見表4。

表3 水平井陰極保護系統(tǒng)恒電位儀運行數(shù)據(jù)表

表4 水平井陰極保護系統(tǒng)現(xiàn)場參比測量數(shù)據(jù)表單位：V

通過表4可以看出，使用水平井作為陽極地床的陰極保護系統(tǒng)在同一個儲罐的3支參比電極測量的數(shù)據(jù)相差最大不超過40mV，保護效果非常理想。

3 結(jié)論

通過此次工程實踐，可以看出只要是合理的設(shè)計，兩種不同的追加陰極保護的方法均可以實現(xiàn)對目標儲罐的陰極保護要求。但是，兩種方法對比分析各有優(yōu)缺點，分析如下：

(1)深井陽極區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)優(yōu)點：投資較少、施工簡單、施工過程安全風(fēng)險小。

(2)深井陽極區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)不足：電位分布不均勻、恒電位儀功率要求較大、電流實際利用率較低、對周邊金屬結(jié)構(gòu)有影響。

(3)水平井陰極保護系統(tǒng)優(yōu)點：電位分布均勻、恒電位儀功率要求較小、電流利用率較高、對周邊金屬結(jié)構(gòu)基本沒有影響、占地面積小。

(4)水平井陰極保護系統(tǒng)不足：投資較高、施工過程復(fù)雜、工程量大、罐區(qū)防火墻內(nèi)機械施工風(fēng)險較高、對罐基礎(chǔ)原有結(jié)構(gòu)有一定的改變。

綜上所述，儲罐數(shù)量較少并且在投資和現(xiàn)場工況條件都允許的情況下推薦采用水平井陰極保護系統(tǒng)；當儲罐數(shù)量較多或是投資和現(xiàn)場工況條件不允許的情況下，采用深井陽極區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)也可以達到保護目的，但在陰極保護系統(tǒng)投產(chǎn)后要對周邊金屬結(jié)構(gòu)的電位進行雜散電流檢測，必要時采取排流措施。

[1]胡士信. 陰極保護手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1999:1-3.

[2]馮洪臣等. 已建儲罐底板的陰極保護系統(tǒng)[J]. 油氣儲運, 2000,19(4):44-47.

[3]GB 50393-2008. 鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].