陰極保護防儲罐腐蝕研究

邱思宇

（中國石油大慶石化公司，黑龍江大慶 163714）

0 引言

大慶石化公司石化乙烯裝置多個地面儲罐已使用多年，近幾年不斷有儲罐發(fā)生腐蝕泄漏問題。腐蝕部位主要在罐底外壁及罐壁外側(cè)距罐底1 m 范圍內(nèi)。地面儲罐普遍采用涂漆防腐，經(jīng)多年使用，涂層普遍存在裂紋、脫落等問題。涂層脫落后，罐體裸露面在潮濕環(huán)境下極易形成局部腐蝕電池，使罐體受到腐蝕。

早期投用的地面儲罐除了涂防腐漆外，沒有結(jié)合其他防腐技術(shù)，因此防腐效果不理想，易出現(xiàn)儲罐腐蝕問題。隨著防腐技術(shù)的發(fā)展，儲罐的腐蝕控制技術(shù)日趨成熟，新建儲罐除進行涂層外，同時還結(jié)合陰極保護技術(shù)對儲罐進行防腐，陰極保護技術(shù)是控制鋼制儲罐罐底板外壁腐蝕行之有效的方法。

1 陰極保護貯罐腐蝕原理

在化工裝置中有許多儲罐存在腐蝕問題，解決腐蝕問題的方法有很多，而陰極保護法是最有效的防腐方法之一，它能使裸露儲罐獲得集中的電流保護，有效彌補涂層缺陷引起的腐蝕。

根據(jù)電化學(xué)腐蝕理論：浸在同一電解質(zhì)中的兩種金屬在與外部電源相連時，就組成了電解池，與電源負(fù)極相連的金屬為陰極，電極發(fā)生的是還原反應(yīng)。與電源正極相連的金屬為陽極，電極發(fā)生的是氧化反應(yīng)。由于兩個電極之間有電位差存在，于是就有電流通過電解質(zhì)流通，使陽極金屬不斷失去電子而發(fā)生腐蝕，陰極金屬（儲罐）不斷得到電子而得到保護。流通電流越大，陽極金屬腐蝕速度越快；流通電流越小，陽極金屬腐蝕速度越慢。

2 儲罐罐底外壁的陰極保護規(guī)定

對于儲罐罐底外壁的陰極保護國內(nèi)外有如下規(guī)定[1]：

（1）正常情況下，貯罐底對地最小保護電位相對于飽和硫酸銅參比電極應(yīng)達到-0.85 V；當(dāng)土壤中硫酸根含量超過0.5%時，保護電位應(yīng)達到或低于-0.95 V。

（2）罐底板和土壤相接觸的參比電極之間測得陰極極化電位差不小于100 mV。

3 犧牲陽極的陰極保護法

對于底面積較小的、防護涂層良好的儲罐，周圍土壤電阻率低于200 Ω·m 時，可選用犧牲陽極的陰極保護法。

對于新建儲罐，將棒狀陽極均勻水平安裝于罐底部。對于建好的貯罐，可將陽極均勻等分安裝于貯罐四周，使得保護電流均勻流通。棒狀陽極多采用垂直埋設(shè)，材料多選用比鐵活潑的金屬鎂或鋅[2]。通常陽極布置的方式有以下4 種：

（1）儲罐周圍垂直或水平布置陽極。

（2）儲罐罐底下面水平布置陽極。

（3）在儲罐旁邊設(shè)置深井陽極。

（4）用傾斜式鉆孔技術(shù)把陽極布置在罐底下部深7.6～10.7 m 處。

上述4 種陽極布置方式各有優(yōu)缺點，選用哪種布置方式要根據(jù)儲罐的具體情況及現(xiàn)場實際情況進行確定。這4 種布置方式中，第4 種傾斜式鉆孔深埋陽極可使直徑較大的儲罐整個罐底電流均勻分布，并提高中心部位的保護水平，保護效果最佳。當(dāng)相鄰幾個儲罐均需陰極保護時，可將幾個儲罐連為一體，共同實施陰極保護。

4 儲罐罐底外壁保護電位的測量

儲罐罐底外壁的陰極保護系統(tǒng)投入運行后，需對底板外壁保護效果進行測量，以評價是否達到陰極保護指標(biāo)[3]：-0.85 V 以下（相對于飽和硫酸銅電極）。對于新建儲罐可預(yù)埋參比電極，安裝方式有兩種：

（1）將永久性參比電極沿著半徑方向設(shè)置在底板下面，將其電纜引線引至罐周圍的測試箱接線板上，可方便地測出罐底的電位分布。

（2）將一根帶孔的聚氯乙烯（PVC）管或纖維增強塑料（FRP）管預(yù)埋在儲罐底板下，使參比電極在管內(nèi)移動，也可測出罐底電位分布，特別是罐底板中心部位的電位。

對于已有的儲罐，罐底電位分布的測量可采用定向鉆法從罐底周邊向中心鉆孔，將帶孔的PVC 管或FRP 管安裝在鉆孔內(nèi)，安裝完畢后，將參比電極從周邊逐步移到罐底中心處，即可測量罐周至罐底中心之間的電位分布，獲得罐底中心保護水平的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。當(dāng)由于某些原因不能按上述方法進行實際測量時,可以根據(jù)經(jīng)驗以測量儲罐周邊的保護電位來判斷。根據(jù)國外資料報道，一個直徑36.6 m 的儲罐底板在陰極保護時，中心處的電位比罐周邊的電位正300 mV 左右，這樣對于直徑≤36.6 m的儲罐，可由測出的罐周邊電位推算出罐中心的電位。國內(nèi)有關(guān)規(guī)范[4]規(guī)定了在罐周測量電位要求為-1.1～-1.2 V。

5 陰極保護注意事項

（1）罐體與外界電絕緣：實現(xiàn)儲罐罐底外壁陰極保護應(yīng)將被保護的儲罐和相連設(shè)備之間進行電絕緣，以防電流流失，使儲罐保護失效。

（2）電的連續(xù)性：當(dāng)要防腐的儲罐與有關(guān)管道相連時，應(yīng)同時進行陰極保護，并保證具有良好的電連續(xù)性。罐與罐體之間應(yīng)焊接跨接導(dǎo)線或鋼條，以有利于電流均勻分布。

（3）接地極問題：通常為了避雷和消除靜電，儲罐要安接地裝置，傳統(tǒng)上采用銅材或鍍鋅鋼等材料制作，由于接地材料與儲罐的材質(zhì)不一致，在一定條件下會形成電偶腐蝕電池，儲罐因是碳鋼制作，此時電位偏負(fù)，成為陽極，則被腐蝕。將儲罐罐底外壁進行陰極保護時，雖可減輕這種腐蝕，但消耗電流太大，造成浪費，所以必須改造傳統(tǒng)的接地極。建議采用鋅或鎂材料的接地極。

6 儲罐陰極保護應(yīng)用實例

某新建罐容積為3000 m3，儲罐儲存介質(zhì)為汽油，儲罐直徑16 250 mm，罐高14 320 mm，罐底陰極保護面積207.3 m3。

（1）陰極保護具體工作：陽極材料為鎂合金，單只重量14.5 kg，共42 只。陽極沿罐周均勻分布，平均分成6 組，每組7 只。鎂陽極埋設(shè)方式為水平式并垂直于罐壁，埋設(shè)深度2.2 m、陽極間距1.5 m、陽極電纜埋設(shè)深度1.8 m。

（2）陰極保護測量：測量內(nèi)容主要包括電化學(xué)參數(shù)測量和鎂陽極的開路電位、接地電阻等內(nèi)容。儲罐電化學(xué)參數(shù)測量結(jié)果見表1，鎂陽極安裝測量記錄見表2。

表1 儲罐電化學(xué)參數(shù)測量結(jié)果

表2 鎂陽極安裝測量記錄

（3）陰極保護的運行維護：①系統(tǒng)投入運行3～6 個月后進行初始檢測，以驗證系統(tǒng)是否達到或滿足陰極保護判據(jù)，而后可1～2 月檢測一次；②罐安裝了4 個測試樁，可在測試樁處進行罐底板外壁保護電位的測量；③按照規(guī)范要求[5]，罐底板外壁各處的最小保護電位應(yīng)達到-0.85 V 或罐周的保護電位達到-1.10～-1.15 V；④陰極保護系統(tǒng)投用正常后，要進行定期巡檢，在陽極和參比電極安裝處長期處于干燥狀態(tài)時應(yīng)適當(dāng)用水濕潤一下；⑤由于測試樁位于廠區(qū)戶外，大氣污染較嚴(yán)重，應(yīng)定期檢查維護測試樁。主要檢查接線板的接線柱和接線片固定是否牢固、是否腐蝕生銹，如果有銹蝕產(chǎn)物，應(yīng)用砂紙將其打磨除去，否則將影響電位測量。

7 結(jié)語

工業(yè)發(fā)達國家十分關(guān)注儲罐罐底外壁的陰極保護技術(shù)，因為這項技術(shù)是解決儲罐罐底外壁腐蝕最經(jīng)濟有效的措施。

陰極保護技術(shù)成熟、安全可靠、施工簡單、檢測方便、施工費用少，配合防腐涂層的保護，可以完全控制腐蝕的蔓延，是鋼質(zhì)儲罐防腐蝕最經(jīng)濟的手段之一，能為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。