污油污水罐內(nèi)壁強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的應(yīng)用

趙常英，賈光猛，秦海燕，朱家祥

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062552

污油污水罐內(nèi)壁強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的應(yīng)用

趙常英，賈光猛，秦海燕，朱家祥

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062552

目前國內(nèi)污油污水罐普遍采用犧牲陽極保護(hù)，但存在陽極消耗快，輸出電流不可調(diào)，需定期開罐更換陽極等問題，這不僅增加了維護(hù)投資，而且延誤了正常生產(chǎn)。為解決上述問題，采用強(qiáng)制電流進(jìn)行陰極保護(hù)是最有效的方法之一。結(jié)合華北油田鄚一站的1 000 m3污油污水罐，介紹了罐內(nèi)壁采用強(qiáng)制電流進(jìn)行陰極保護(hù)的方法，通過在罐內(nèi)懸掛金屬氧化物陽極和安裝長效鋅參比電極，不僅使陽極輸出電流可調(diào)，延長了陰極保護(hù)系統(tǒng)的使用壽命，而且實現(xiàn)了可在罐外對罐內(nèi)不同點的保護(hù)電位進(jìn)行監(jiān)測。工程實踐證明，華北油田鄚一站1 000 m3污油污水罐采用強(qiáng)制電流進(jìn)行陰極保護(hù)，其防腐效果良好，目前已正常運行1年多了，各項參數(shù)均控制在合理的范圍內(nèi)。

污油污水罐；強(qiáng)制電流陰極保護(hù)；氧化物陽極；鋅參比電極

多年來，污油污水罐內(nèi)壁一直采用犧牲陽極進(jìn)行陰極保護(hù)。在SY/T 6536-2012《鋼質(zhì)水罐內(nèi)壁陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[1]中，對犧牲陽極的應(yīng)用給予了諸多規(guī)定，但目前國內(nèi)關(guān)于在罐內(nèi)采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)則一直處于空白狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)[1]中只是等同采用了NACE 0388-2007《鋼質(zhì)儲水罐浸水內(nèi)表面外加電流陰極保護(hù)推薦作法》[2]的規(guī)定：“當(dāng)儲罐內(nèi)所需保護(hù)電流過大且有適合電源時，可采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)”。

油田污油污水罐內(nèi)的腐蝕介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，消耗陰極保護(hù)電流大，犧牲陽極消耗快，壽命短，已難以滿足油田儲罐正常運行的防腐保護(hù)要求，因此無論從生產(chǎn)運行還是填補(bǔ)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)空白而言，開展罐內(nèi)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)研究都是十分必要的。

1 項目背景

華北油田含油污水一般具有以下特點：含油量高，含有多種離子如Ca2+、Ba2+、Mg2+等，含有多種氣體如H2S、O2等，含有多種懸浮體和細(xì)菌[3]，因此污水罐內(nèi)壁腐蝕非常嚴(yán)重。

如果污水罐內(nèi)只采用涂層防腐，其防腐效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際需要。例如華北油田有的新建罐僅投產(chǎn)2年，內(nèi)部中心筒就發(fā)生了穿孔。如果針對罐內(nèi)介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)的特點，采用犧牲陽極進(jìn)行保護(hù)，則犧牲陽極將消耗極快，這勢必造成需頻繁清罐以更換陽極。例如華北油田一座300 m3污油污水罐，內(nèi)壁安裝了鋁合金犧牲陽極，設(shè)計預(yù)期壽命5年，而實際僅運行1.5年后有的陽極就已消耗完。另外，采用犧牲陽極進(jìn)行保護(hù)的污油污水罐，由于罐內(nèi)普遍不安裝參比電極，在測試時只能通過罐頂下放便攜式參比電極來獲得某些局部點的保護(hù)電位（只能監(jiān)測到開孔處下垂線所指的罐底保護(hù)電位），測試過程繁瑣，且不能測得各特殊點的電位。因此罐內(nèi)采用犧牲陽極進(jìn)行保護(hù)，已不能解決儲罐在運行期間長期的防腐要求。

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)可延長儲罐的使用壽命，但由于目前國內(nèi)在儲罐內(nèi)采用該技術(shù)尚不成熟，因此CPE華北分公司與中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院聯(lián)合對該技術(shù)進(jìn)行了立項研究。該項目依托華北油田鄚一站的1 000 m3儲罐，開展了罐內(nèi)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)的研究。

2 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)

鄚一站1 000 m3儲罐的儲存介質(zhì)為采出污水，溫度45℃。采用在罐內(nèi)懸吊金屬氧化物陽極，并在特殊點安裝長效鋅參比電極（鋅參比電極適用溫度不超過50℃）的方式對該罐實施強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，陽極及參比電極連接電纜從罐頂開孔引出至罐旁的接線箱。該陰極保護(hù)系統(tǒng)不僅陽極輸出電流可調(diào)，而且由于陽極消耗少，陰極保護(hù)系統(tǒng)壽命大大得以延長。在各不同點安裝長效鋅參比電極，可方便在罐外監(jiān)測參比電極附近罐壁的自然電位及保護(hù)電位。

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)由恒電位儀、輔助陽極、參比電極、連接電纜等組成，見圖1。

供電設(shè)備采用恒電位儀（恒電位0～-3 V），該設(shè)備也可恒電流工作。根據(jù)罐內(nèi)構(gòu)件的保護(hù)電流密度及面積，選取恒電位儀的輸出電流及輸出電壓。因該工程污水的腐蝕性較強(qiáng)，綜合考慮防腐層的完好狀況，電流密度取20 mA/m2。

圖1 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意

一般情況下，輔助陽極較多采用高硅鑄鐵陽極或管狀金屬氧化物陽極，高硅鑄鐵陽極最小規(guī)格為φ50 mm×1 500 mm，在污水中的最大電流密度為50 A/m2；管狀金屬氧化物陽極規(guī)格為φ25 mm× 700 mm，在污水中的最大電流密度為500 A/m2。為了均勻分布罐內(nèi)的陰極保護(hù)電流，陽極需懸掛安裝，同時要求陽極具有質(zhì)量輕，壽命長的特點。高硅鑄鐵陽極質(zhì)量大，輸出電流小，若要達(dá)到20年的使用壽命，相對于管狀金屬氧化物陽極而言其用量較大。

綜合考慮上述要求，輔助陽極選用壽命長、質(zhì)量輕、輸出電流大的φ25 mm×700 mm的管狀貴金屬氧化物陽極（MMO），并懸掛安裝于罐內(nèi)。每組陽極串下安裝混凝土配重塊，用于保證陽極串位置不發(fā)生移動。在罐內(nèi)中心筒外對稱位置共布置了4組陽極串。為了有效保護(hù)儲罐中心筒，在中心筒內(nèi)也布置了一組陽極串，陽極串位于中心筒的中心部位。

罐內(nèi)布置6支鋅參比電極，其中1支為控制參比電極。參比電極通過支架固定，參比電極連線通過保護(hù)管引出罐外。控制參比電極安裝在罐底板距中心1 m處，其他參比電極設(shè)置在罐底板邊緣、底板中心、距罐壁2 m和4 m處及中心筒內(nèi)。

罐內(nèi)陽極串采用JHS0.6/1 kV1×16 mm2的防水橡塑電纜；參比電極電纜采用JHS0.6/1 kV 1× 10 mm2的防水橡塑電纜。

3 實施效果

實施效果見表1、表2。

表1 恒電位儀初設(shè)參數(shù)

表2 鋅參比電極電位值/V

從表1可見，罐內(nèi)壁初始極化時輸出電流較大，隨著時間的延長，電流量下降；根據(jù)歐姆定律計算，陽極接水電阻值很小，在0.5～1 Ω之間，因此在水中電阻可以忽略不計。由于恒電位儀的預(yù)設(shè)值是按Cu/CuSO4參比電極來設(shè)置的，因此對鋅參比電極不適用，只能采用恒電流保護(hù)方式。由表2數(shù)據(jù)看出，各監(jiān)測點的保護(hù)電位均滿足規(guī)范要求，保護(hù)電位相對Cu/CuSO4參比電極為-0.85～-1.2 V，相對鋅參比電極在0.25～-0.05 V。5#參比電極的值輕微過負(fù)，但數(shù)值仍在0.25～-0.05 V范圍內(nèi)，由于5#參比電極位于中心桶內(nèi)，中心桶內(nèi)層表面面積小，一支氧化物陽極的輸出電流較大。

目前該強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)已運行1年多，各項控制參數(shù)均在正常值范圍內(nèi)，運行狀況良好。

4 結(jié)論

（1）污油污水罐介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，內(nèi)壁采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，各監(jiān)測點的保護(hù)電位均能滿足規(guī)范要求。

（2）管狀貴金屬氧化物陽極（MMO）具有體積小、重量輕、安裝方便、輸出電流大、性價比高的優(yōu)點，適用于作為罐內(nèi)陰極保護(hù)的輔助陽極。

（3）輔助陽極可采用懸掛式，可避免距離被保護(hù)罐內(nèi)表面過近，產(chǎn)生偏流。

（4）當(dāng)儲罐內(nèi)介質(zhì)溫度不超過50℃時，選用高效穩(wěn)定的鋅參比電極較好，罐內(nèi)不同點的保護(hù)電位均可在罐外進(jìn)行監(jiān)測。

（5）輔助陽極在罐內(nèi)均勻分布，保證了保護(hù)電流的均勻，在中心筒內(nèi)單獨布置的陽極串，確保了中心筒內(nèi)壁的保護(hù)電位滿足規(guī)范要求。

[1]SY/T6536-2012，鋼質(zhì)水罐內(nèi)壁陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[2]NACE 0388-2007，鋼質(zhì)儲水罐浸水內(nèi)表面外加電流陰極保護(hù)推薦作法[S].

[3]王一婷，周俊.華北油田污水處理現(xiàn)狀及展望[J].石油石化節(jié)能，2011（9）：34-36.

Application of Impressed Current Cathodic Protection for Oilfield Produced Water Tank

ZHAO Changying，JIAGuangmeng，QIN Haiyan，ZHU Jiaxiang
North China Company of CNPC Engineering Design Co.，Ltd.，Renqiu 062552，China

Sacrificialanodes are widely used for oilfield produced water tanks，but there are some problems such as fast consumption of sacrificial anode，unadjustable current output and required regular replacement of the sacrificialanode.Thus，not only the maintenance investment increases，but also the normal production is affected. Impressed current cathodic protection is the most effective method to solve the problems.This paper introduces the application effect of the impressed current cathodic protection in the 1 000 m3oilfield produced water tank at Mao-1 station of HuabeiOilfield.Hanging anodes and installing long-term zinc reference electrodes in the tank not only enable current output to be adjustable and prolong service life of the cathodic protection system，but also realize to monitor protection potentials at different points inside the tank from outside of the tank.The effect of the cathodic protection system has normally worked for more than one year with perfect anticorrosion effect，allparameters has been within reasonable ranges.

oilfield produced water tank；impressed current cathodic protection；MMO；zinc reference electrode

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.019

趙常英（1968-），女，河北唐山人，高級工程師，1989年畢業(yè)于西南石油學(xué)院，現(xiàn)從事防腐設(shè)計工作。

2015-06-23