淺談新型材料柔性陽極在大型儲罐陰極保護(hù)中的應(yīng)用

安峰　宋誠　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極在大型儲罐陰極保護(hù)中的應(yīng)用

安峰宋誠劉港（山東日照港油品碼頭有限公司，山東日照276808）

儲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)展及人們對腐蝕認(rèn)識的不斷加深，一種新型輔助陽極材料誕生——柔性陽極，其具有性價比高，安裝簡易，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)狀陽極在儲罐罐底外壁陰極保護(hù)中做不到的問題。本文從陰極保護(hù)的基本原理出發(fā)，對外加電流陰極保護(hù)的兩種輔助陽極材料進(jìn)行對比，同時結(jié)合AFLX～1500型柔性陽極，淺談柔性陽極在儲罐陰極保護(hù)中的應(yīng)用。

陰極保護(hù)；儲罐底板；網(wǎng)狀陽極；柔性陽極

1　儲罐陰極保護(hù)的意義

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

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，通過陽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，即犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。

2.1犧牲陽極陰極保護(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極，構(gòu)成一個腐蝕電池。在陰極（罐底內(nèi)壁）得到保護(hù)的同時，陽極不斷地被消耗。該方式主要用于保護(hù)儲罐罐底內(nèi)壁，防止儲罐內(nèi)存在積水時對罐底內(nèi)壁造成腐蝕。但此方法的犧牲陽極壽命太短，消耗過大，一般壽命也就5年，容易在犧牲陽極上形成致密的氧化膜，無法起到保護(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，將輔助陽極（網(wǎng)狀陽極、柔性陽極等）設(shè)為陽極，構(gòu)成一個腐蝕電池。通過一個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：儲罐罐底外壁、長輸埋地管道等。

3　柔性陽極與網(wǎng)狀陽極的性能比較

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

3.1網(wǎng)狀陽極

由混合金屬氧化物（MMO）帶狀陽極和導(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)狀陽極。因性價比較高故國內(nèi)已大量使用。

但由于網(wǎng)狀陽極截面較小，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)陽極間隔大時電場分布不易均勻。網(wǎng)狀陽極工作時的腐蝕產(chǎn)物是氧氣，由于某種原因氧的去極化作用，罐底外壁長期達(dá)到～0.85V～～1.25V的保護(hù)準(zhǔn)則就顯困難。同時，鈦帶陽極具有一個8V的擊穿電壓，當(dāng)超過這一數(shù)值時會導(dǎo)致氧化層破壞，陽極加速腐蝕，縮短了壽命。

3.2柔性陽極（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，并可以保證電流長距離傳輸。同時，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)場松散的活性碳容易處理，從而簡化了現(xiàn)場的安裝程序，使用壽命長達(dá)40年以上。

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

銅芯：單芯，絞狀，導(dǎo)電，增加整個柔性陽極的柔韌性。

柔性陽極機(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)生陽極反應(yīng)。過去原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，通過它內(nèi)部炭層與外界導(dǎo)電。

耐酸層：發(fā)生陽極反應(yīng)，電解土壤中的氯化鈉，將產(chǎn)生大量的氯氣，氯氣溶于水會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，對柔性陽極產(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柔性陽極的敷設(shè)

其敷設(shè)方式與電纜相似，同時其抗壓能力強(qiáng)，最小彎曲半徑可達(dá)500mm。在河沙層基礎(chǔ)上平行挖一條陽極溝，將柔性陽極敷設(shè)就位后，便可進(jìn)行回填。柔性陽極置于罐底下方的瀝青砂層下，通常距罐底500～600mm，按計算用量蛇形布置，之后用專用接頭，將電纜與柔性陽極相連，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)，罐底中部無接頭。

5萬立儲罐柔性陽極平面布置圖

5萬立儲罐柔性陽極鋪設(shè)

以5萬立儲罐為例，4根AFLX～1500型柔性陽極敷設(shè)在儲罐底板下方600mm處，4對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，這樣就形成一個回路，提供均勻、有效的保護(hù)。

3.3柔性陽極的特點(diǎn)：

與傳統(tǒng)的網(wǎng)狀陽極相比，新型柔性陽極具有如下幾個特點(diǎn)：（1）陰極保護(hù)電流長距離分布均勻；（2）對其它金屬構(gòu)筑物干擾影響最??；（3）解決復(fù)雜管網(wǎng)的屏蔽問題；（4）適應(yīng)國內(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）安裝簡單，長度可任意現(xiàn)場剪裁，施工快捷，可靠性高；（7）材料經(jīng)專門處理，同時擁有五層主要結(jié)構(gòu)，層層保護(hù)，使用壽命長；（8）電流利用率高，節(jié)約能源。

兩種輔助陽極的性能比較

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)狀陽極6.35mm×0.64mm 17mA/m O2 8V 約400個柔性陽極Φ35mm 35mA/m(40年壽命設(shè)計) CO CO2無大無無有小

4　結(jié)語

柔性陽極性能超群安裝簡單，應(yīng)用前景廣闊，它對傳統(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)做不到的問題，如干擾問題、高電阻率問題、罐底電流分布問題等。目前柔性陽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極全面替代傳統(tǒng)的網(wǎng)狀陽極必將成為趨勢。

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