大型储罐阴极保护中的网状阳极系统分析

2020-02-23彭建

全面腐蚀控制 2020年12期

彭建

（大庆油田工程建设有限公司国际事业部第六工程部，黑龙江大庆 163000）

0 引言

为平抑油价波动，控制生产成本，石油企业必须要建设大型储罐，提升石油储备能力。目前，我国石油企业建设的大型储罐一般都是承台式结构，利用承台以及圈将底板与土壤环境分离，以起到一定的保护作用，但是同时这也限制了牺牲阳极以及深井阳极等保护方法的应用。针对此问题，近年来，在借鉴国外相关经验的基础上，引入了网状阳极系统，在实践应用当中取得了良好的效果，目前已经开始在大型储罐保护工程中广泛应用。

1 网状阳极系统概述

网状阳极系统指的是采用混合金属氧化物带状阳极和导电片较差焊接构成的外加电流阴极保护辅助阳极网。网状阳极需要预埋于大型储罐的基础当中，采用外加电源进行供电，从而使大型储罐底板阴极保护电位处于需要的水平[1]。网状阳极系统所采用的混合金属氧化物与传统意义上的金属氧化物不同，其具有导电性，目前，系统所采用的金属氧化物主要以钛作为基础材料，不仅自重小而且易于加工。同时由于电极表面覆盖了氧化物层，即便是表面缺漏处的电位也不会高于2V，因此，基础材料不会出现击穿破坏的情况，而且氧化物层电阻率可以达到10～7Ω·m，耐腐蚀性好，通过调整和优化氧化物层成分，还可以使网状电极适应不同的环境条件。

2 大型储罐阴极保护中的网状阳极系统构成

网状阳极系统一般有四部分构成，分别是恒电位仪、电缆接头、带状阳极网以及参比电极，如图1所示。其中恒电位仪主要是负责电流转化，并与参比电极配合控制电流的输出。阳极电缆与阳极网连接，阴极电缆与储罐连接，当系统处于运行状态时，电流由阳极网向底板流动，并通过电缆又返回至阴极，当底板电位达到既定的数值后，即可阻止底板腐蚀。电缆接头采用的工厂特制的接头，使用寿命较长、密封性良好，电缆使用的是截面积16mm2的铜芯电缆，利用专用电缆接头与带状阳极网钛导电片进行焊接，通常需要使用5根电缆，这样可以使电流均匀分布，从而有效提升系统的稳定性以及可靠性[2]。带状阳极网主要放置于储罐底板下方回填砂当中，一般不需要采用特殊的填料，直接埋设于回填砂层当中即可，距离底板需要控制在400mm左右，这个距离相对较近，可以避免产生杂散电流。参比电极采用的是预包装铜/饱和硫酸铜参比电极，每个储罐需要使用4支，沿着半径的方向将4支参比电极等距离进行埋设，1支用来控制电位，其余用来测量电位。

图1 网状阳极系统平面图示

3 大型储罐阴极保护中采用网状阳极系统的注意事项

3.1 选择汇流点位置

在大型储罐阴极保护的设计中，理论上来说，汇流点应选择在微遇通电点对侧，这样可以使底板下保护电流更加均匀的分布，但是通过实验得出的结论并非如此，在选择时仅需要考虑成本支出以及电网冲突等问题即可。本文选择容积为5万m3的大型储罐进行了实验，将通电位置分别设置在汇流点的同侧和对侧，实验数据如表1、表2所示。实验结果表明，储罐保护效果不受汇流点位置影响。

表1 通电位置设置在汇流点同侧实验数据表

表2 通电位置设置在汇流点对侧实验数据表

3.2 选择通电点位置

选择通电点位置时主要视阳极网电缆接头的数量以及储罐需要保护的面积所决定，一般情况下，容积为2万m3的储罐需要设置至少3个通电点[3]；容积为5万m3的储罐需要设置至少6个通电点，特殊情况则视具体问题可适当增减。

3.3 电流密度设计

目前，在大型储罐阴极保护中，关于电流密度的设计尚未形成统一的标准，有多项标准可供借鉴，API651中要求电流保护密度控制在10～20mA/m3；也有部分学者认为要视大型储罐基础的材料决定，比如在沥青上，应将电流密度控制在10mA/m3上下。在具体实践中，相关标准仅供参考，具体需要结合现场实际情况，考虑涂层老化的问题，合理设计电流密度。

3.4 恒电位仪的容量设计

关于恒电位仪的容量设计可以根据公式进行计算，计算公式为：VREC=1.2IRT；RT=RN+RW+RC；RC=RS/A[4]。其中VREC表示恒电位仪输出电压，I表示所需保护电流，RT表示回路电阻，RW表示导向电阻，RN表示电极接地电阻，RC表示保护体接地电阻，RS表示涂层电阻率， A表示总表面积。

3.5 参比电极注意事项

关于参比电极需要注意以下几方面问题，（1）要注意改善CuSO4参比电极质量不稳定的问题，在使用前需要提前对参比电极进行校正；（2）埋设参比电极时要注意储罐内物质温度的影响，计算时应进行温度校正；（3）CuSO4参比电极易受损，为确保保护效果，在正式投入使用前以及埋设过程中要注意做好保护措施；（4）若需要测试底板保护电流是否分布均匀，可以在底板不同位置上设置参比电极，在施工时要将参比电极设置在阳极网上。