袁起立1 李佳润2 马青华1
（1 91872部队 北京 102442
2中国钢研科技集团公司青岛海洋腐蚀研究所 山东 青岛 266071）
摘 要：本文结合某石化炼油厂50000m3油罐罐底板内、外壁的阴极保护工程，介绍了阴极保护设计的计算方法，并通过实际工程应用结果进一步验证了设计计算的合理性，使油罐罐底板内、外壁得到了有效地保护。关键词：阴极保护 牺牲阳极 外加电流 1 前言
由于石油工业的发展及国际战略形势对石油储备的需要，地上油罐有向大型化发展的趋势。随着油罐大型化与数量化的不断涌现，同时油罐内介质特性的各异，接触内、外腐蚀性环境会发生不同程度的腐蚀。经验表明，对于原油储罐罐底外壁，最常见的腐蚀性物质是含腐蚀性物质的水分，含盐量高的地下水从沥青砂面的断裂缝渗出, 引起罐底板的腐蚀；而对于储罐罐底内壁，由于原油沉积污水含有大量硫化物、氯化物、氧、二氧化碳等酸类物质，形成较强的电解质液，引起了原油储罐罐底内壁电化学腐蚀。当采用加热盘管时，温度的因素及盘管支架焊接时形成的电偶因素都加剧腐蚀。特别应注意罐底地板内 表面上大面积的均匀腐蚀，以及罐壁下部油、水界面上浓差电池所造成的腐蚀。因此，如不能采取有效监控措施，轻则影响油品质量，重则引发油品泄漏，造成环境污染和火灾爆炸[1]。
2 原油储罐底板内壁阴极保护方案介绍
阴极保护是根据电化学腐蚀的原理，通过阴极极化的方法抑制腐蚀电池的产生，从而达到防腐的目的。但单独采用阴极保护时，其所需保护电流密度很大，在高温含去极化剂的水中达几百mA/m2，其经济性能较差。罐底采用涂层与阴极保护联合保护。这样既可大大降低阴极保护的费用，又可通过阴极保护弥补由于覆盖层受损或老化所形成的腐蚀缺陷，大大延长油罐的安全使用寿命[2]。阴极保护的方法分为外加电流法和牺牲阳极法。考虑到安全及管理等诸多因素，原油储罐罐底内壁应实施牺牲阳极阴极保护，因为这种方法对原油罐安全可靠、无需专人管理，且保护效果好[3]。
2.1涂层选择
罐内底板涂层采用不导静电的涂料（建议采用环氧树脂类或聚氨脂类涂料），涂层厚度不小于120μm。涂装前，储罐内壁需进行干法喷砂处理，除锈等级达到Sa2.5级。
2.2阴极保护计算
①保护面积
罐底部浸水高度在500mm，左右，故对罐底以上1m的罐壁范围考虑进行同样的保护，有：S=πr2 +πDh=π×302 +π×60×1=3014.4 m2≈3015m2
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②油罐内污水电导率
根据该石化提供的不同油田原油(大庆油、马希拉油、伊朗油)油罐内污水电导率为7000-30000μS/cm，电阻率ρ为142.8-33.3Ω·cm。设计时ρ取80Ω·cm
③牺牲阳极选型及发生电流
选用高活性Al-Zn-In 系牺牲阳极，阳极规格为420×(160+180) ×170mm （以下简称B 型），单块阳极重量36Kg。
三通截止阀表1 B 型阳极在原油污水中的电化学性能
项 目 开路电位(V) 工作电位(V) 理论电容量A·h/kg
电流效率（半高温）
电化学性能
-1.18~ -1.10
-1.12~ -1.05
2980
≥80%
阳极发生电流If =R E
生产H
Δ E Δ=0.30V
R=L πρ
2( ln r L 4 -1 ) r=C/2π
式中: E Δ—阳极的驱动电位，取0.30V R—阳极的接水电阻,Ω ρ—介质的电阻率 L—阳极长度,cm r—阳极当量半径,cm ④所需阳极块数
所需阳极块数N=I/Im =214.2≈215(块)
Im—平均发生电流，Im=0.8If 其中0.8为阳极电流效率 ⑤阳极使用寿命
阳极使用寿命：Y=Q·m·1000·K/(8760·Im ) Q—阳极实际电容量，油罐中取1950 mAh/kg m—阳极净质量 K—阳极利用率取0.85
计算得 Y≈15年，满足设计要求[4]
。 ⑥牺牲阳极选取
经计算得需用420mm×(160mm+180mm) ×170mm 阳极（简称B 型）215块。考虑安装均匀分布，共需阳极216块 阳极共重7776kg。
2.3 保护效果
安装方式采用均匀布置。安装完毕通水，对罐底板内壁进行保护电位测量，参比电极采用便携饱和Cu/CuSO4参比电极，保护电位均处于-0.90～-1.05V 之间，达到保护要求。
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3 原油储罐底板外壁阴极保护方案介绍
3.1 原始数据
表2油罐基本情况
油罐规格 直径60000mm 保护范围 罐底板下表面 油罐基础类型 有砂垫层的钢筋混凝土基础
油罐操作温度 常温 环境最低温度 -28.2℃ 设计寿命 25年 油罐罐底下表面涂层
有涂层
沙层电阻率 准确数据待施工现场测定200Ω•m
供电电压/频率
380V/50Hz
3.2设计参数
a.原油储罐底板下表面的保护电位为在-0.85与-1.10之间(相对于Cu/饱和CuSO4参比电极)；
b.地床类型：网状阳极系统；
c.保护电流密度：Id=10mA/m 2
（新防腐涂层）
； d.阳极材料：钛基混合金属氧化物阳极带，规格：W=6.35mm，T=0.635mm，额定输出电流为17mA/m，消耗率为5.8×10-6kg/(A•a)，电阻率为0.138Ω/m；钛连接片尺寸规格：宽12.7mm，厚0.9mm，电阻率0.049Ω/m。
e.阳极埋深：距储罐底板300mm。 3.3 具体设计计算[5]
a.保护电流：
储罐底板面积： A=πD2/4=2826m2 保护电流： I=A×Id=28.26A 单台储罐计算阳极长度: L=I/i=1662m b.回路电阻：
小功率电磁炉阳极接地电阻计算公式为：
493
.
0)22(22
=−×=rD L Ln L Q R N πρ
式中： RN: 阳极接地电阻，单位Ω；ρ：土壤电阻率，单位Ω.m； L：阳极长度，单位m；r：阳极当量半径，单位m； D: 阳极网埋深，单位m；Q: 电阻系数，取1.5。 储罐接地电阻计算公式为[6]
：
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3
103.5−×=⋅Δ=
S Id V
R C Ω
式中：
:C R 储罐接地电阻，单位Ω；
V Δ：极化电位偏移量，此处取150，单位mV；
Id: 设计保护电流密度，单位mA/m2； S：被保护体面积，单位m2。 回路总电阻：
Ω≈++=500.0C W N R R R R
式中：RW 表示电缆电阻，予以忽略。 c.工作电压
恒电位仪容量选择：VREC=1.2×I×R=16.95V
式中：I 表示总保护电流，单位A；R 表示回路总电阻，单位Ω。 3.4 设计结果 a.辅助阳极系统
机器人移动底盘
阳极布置间距1.8m，平行设置，单台储罐实际需要阳极长度为：L=1570m；钛金属连接片间距8m，单台储罐需要长度为362m。
b.电流控制系统：40A，输出电压为50V （考虑到随涂层老化，需求保护电流上升的影响）；电流源采用恒电位，确保在回路电阻变化的情况下，阴极保护系统正常运行。
c.监测系统：为检测保护效果，在罐中心、二分之一半径处和罐底边缘板处设置3只铜/硫酸铜-高纯锌双长效参比电极，用于检测罐底板保护电位和提供参比信号。
3.5 保护效果
阳极安装方式为将阳极直接焊在罐底板外壁上，阳极铁芯与罐底板间焊接要求焊缝长度不小于10cm，并保证焊件的牢固度。焊口出需涂防腐涂层，且不低于罐底涂层防腐要求。阳极分布按照均匀分布原则。
极化稳定后，采用极化探头[7]
变电箱进行瞬时断电电位测量，结果如表3所示。
调研结果表明：参比电极R6波动范围很大，判断可能是由于高纯锌参比成分达不到设计要所致；参比电极
R1、R3、R5说明该处达到保护电位要求。 注：R1，R2，R3，R4，R5，R6为参比电极
图1 辅助阳极及参比电极安装布置图
表3 50000m3油罐阴极保护效果
位置 罐中心 R/2处 罐边缘
参比
R1
(Cu/CuSO4)
R2
(高纯锌)
R3
(Cu/CuSO4)
R4
(高纯锌)
R5
(Cu/CuSO4)
R6
(高纯锌)
未通电时电位值(mV) -650 473 -635 439 -667 -
高杨氏
极化24小时，输出电压1.83V,
输出电流0.35A时电位值(mV)
-0.898 196 -0.920 151 -0.929 -
4 结论
（1）该50000m3油罐的罐底板内外壁在分别采用了牺牲阳极和外加电流保护法，投入运行后，电位均处于-0.90～-1.05V之间，达到保护要求，罐底板得到了有效地阴极保护。
（2）罐底板外壁保护电位的测量采用双参比电极，并采用瞬时断电的方法测量，有效消除了单参比的缺陷和通电测电位引入的IR降误差，测量结果准确。
参考文献
[1]韩磊，刘小辉等.原油储罐底板的检测技术及阴极保护.石油化工腐蚀与防护,2009，26:138～142.
[2]贝克曼，施文克，普林兹. 阴极保护手册[M]. 北京：化学工业出版社，1988.183～190.
[3]李金桂. 腐蚀控制设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，2005.216～294.
[4]《滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护》 GB/T 16166—1996.
[5]《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》.GB 50393-2008.
[6]钟富荣，断电电位和涂层面电阻率测试方法.油气储运,2002,21(5):36～38,46.
[7]罗鹏，等.瞬时断电法和探头法消除IR降的现场应用及分析.防腐保温技术,2009,9(17-3):38～41,46.
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