在役原油储罐底板外壁追加阴极保护两种方法的对比分析

杨 鑫 张 军 胡松青

(1. 上海和达化工石油工程技术有限公司，上海 201206；2. 中国石油大学(华东)理学院，山东 青岛 266580)

0 引言

阴极保护技术在国内原油储罐底板的保护中应用较晚，在上世纪80年代早期投产的储罐由于腐蚀等原因造成的漏油事故频发。1995年华东输油局对鲁宁县泗县站的一座30000m3补加了阴极保护采用了深井阳极和牺牲阳极相结合的阴极保护方法；1993年管道局对东营首站站内共计14座储罐和约7000米管道追加阴极保护，采用深井阳极和分布式阳极为主的区域性阴极保护方法[1]。在国内外还有公司尝试了斜井阳极地床强制电流阴极保护方法，都取得了不错的保护效果[2]。

1 概述

此次改造罐区位于广东湛江沿海地区，共计包括G011～G014共4座30000m3原油储罐，储罐直径44m，四台罐位于同一罐组。储罐建成于上世纪90年代初，建设时未采取阴极保护措施。随着罐龄的增长，腐蚀的作用日积月累，尤其是未作任何防护措施的罐底板外壁，已逐渐进入腐蚀穿孔的高发期；继续听之任之，不可避免清罐维修乃至补焊补漏的频率会越来越快，直接和间接的经济损失将会加大。鉴于安全运行和经济上的考虑，业主方决定对储罐进行阴极保护改造。

2 阴极保护追加改造

2.1 阴极保护实现方式

对于已经建成的大型储罐的底板外壁追加阴极保护可选择的方法有两种：以深井阳极为阳极地床的区域性阴极保护和以水平井(斜井)为阳极地床的外加电流阴极保护系统，两种方法在国内都有过大量的应用。此次工程实践主要是针对同一个保护目标的两种不同方法的阴极保护效果的对比。

根据计算结合现场实际情况G011～G014罐设计方案为距四台罐外围防火墙50～60m处共设置4座30m深井地床，地床内安装10支MMO管状阳极，阳极采用含碳量98.3%的煅后石油焦作为填充料，为了减小对周边金属结构的影响，阳极顶端距离地面距离为8～10m。阳极地床布置图见图1。

图1 深井阳极区域性阴极保护系统布置图

在G013、G014罐混凝土环梁下面分别设置1组水平井地床，每组地床内安装4支整体式阳极，每支长度为12米，每支阳极内预制3支MMO管状阳极，阳极采用含碳量98.3%的煅后石油焦作为填充料。将阳极利用液压顶管机水平顶入储罐环梁下方的沙土中。水平井布置见图2。

图2 水平井阳极地床阴极保护系统布置图

此次工程实践中在G013、G014中同时采用了两套不同的阳极系统，目的是在能起到保护的同时也能更好的对比保护效果。为了准确的检测阴极保护电位，本项目采用了嵌入式Cu/饱和CuSO4参比电极测量保护电位，参比通过定向钻的方式植入罐底沙层中，每台储罐设置3支参比电极，参比电极的分布见图3。

图3 罐底嵌入式参比电极布置示意图

整个罐区设置两套分别独立的阴极保护系统，系统1用于深井阳极区域性阴极保护，系统2用于水平井阳极阴极保护系统，每套系统包含1台恒电位仪。

2.2 阴极保护改造结果

2.2.1 深井阳极区域性阴极保护系统

阴极保护系统追加改造完成后分别开启两套系统并稳定极化24h以上，记录恒电位仪运行数据，采集参比电极数据。恒电位仪数据见表1，各个储罐参比电极实际测量值见表2。

表1 深井阳极区域性阴极保护系统恒电位仪运行数据表

表2 深井阳极区域性阴极保护系统现场参比测量数据表单位：V

通过表2可见，所有参比电极的电位都在国家标准要求的-1.1～-0.85V范围之内[3]，但是同一个储罐的3个参比电极的测量电位相差较大。

2.2.2 水平井阴极保护系统

将系统1关闭24h候开启系统2，并稳定运行24h以上，记录恒电位仪运行数据，采集参比电极数据。恒电位仪数据见表3，各个储罐参比电极实际测量值见表4。

表3 水平井阴极保护系统恒电位仪运行数据表

表4 水平井阴极保护系统现场参比测量数据表单位：V

通过表4可以看出，使用水平井作为阳极地床的阴极保护系统在同一个储罐的3支参比电极测量的数据相差最大不超过40mV，保护效果非常理想。

3 结论

通过此次工程实践，可以看出只要是合理的设计，两种不同的追加阴极保护的方法均可以实现对目标储罐的阴极保护要求。但是，两种方法对比分析各有优缺点，分析如下：

(1)深井阳极区域性阴极保护系统优点：投资较少、施工简单、施工过程安全风险小。

(2)深井阳极区域性阴极保护系统不足：电位分布不均匀、恒电位仪功率要求较大、电流实际利用率较低、对周边金属结构有影响。

(3)水平井阴极保护系统优点：电位分布均匀、恒电位仪功率要求较小、电流利用率较高、对周边金属结构基本没有影响、占地面积小。

(4)水平井阴极保护系统不足：投资较高、施工过程复杂、工程量大、罐区防火墙内机械施工风险较高、对罐基础原有结构有一定的改变。

综上所述，储罐数量较少并且在投资和现场工况条件都允许的情况下推荐采用水平井阴极保护系统；当储罐数量较多或是投资和现场工况条件不允许的情况下，采用深井阳极区域性阴极保护系统也可以达到保护目的，但在阴极保护系统投产后要对周边金属结构的电位进行杂散电流检测，必要时采取排流措施。

[1]胡士信. 阴极保护手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 1999:1-3.

[2]冯洪臣等. 已建储罐底板的阴极保护系统[J]. 油气储运, 2000,19(4):44-47.

[3]GB 50393-2008. 钢质石油储罐防腐蚀技术规范[S].