某裝車站區域陰極保護技術應用分析

劉 昊，趙 冬，張 濤

（1. 中國 石油天然氣股份有 限公司 西南 管道蘭成渝輸油分 公司，四川 廣元 628015；2. 中國石油天然氣股份有限公司 西南管道蘭成渝輸油分公司，四川 彭州 611900；3. 中國石化江漢石油工程設計有限公司，湖北 武漢 430040）

某裝車站區域陰極保護技術應用分析

劉 昊1，趙 冬2，張 濤3

（1. 中國 石油天然氣股份有 限公司 西南 管道蘭成渝輸油分 公司，四川 廣元 628015；2. 中國石油天然氣股份有限公司 西南管道蘭成渝輸油分公司，四川 彭州 611900；3. 中國石化江漢石油工程設計有限公司，湖北 武漢 430040）

陰極保護技術已在我國長輸埋地管道得到了廣泛應用，但對于站場內儲罐的防腐卻一直沒有引起足夠重視，儲罐下底板長期遭受土壤腐蝕，腐蝕狀況嚴重，一旦泄漏將造成嚴重的后果。由于站場內管線密集，所以對站場進行區域陰極保護容易遇到屏蔽與干擾問題。針對某裝車站內的陰極保護情況，并對其系統參數進行詳細調查，發現造成儲罐外底板電化學腐蝕的因素包括土壤腐蝕和細菌腐蝕。通過分析得出，儲罐測試電位不在保護范圍之內的原因為IR 降過大造成測量電位與實際電位值相差過大。

陰極保護；儲罐；站場；腐蝕

某裝車站內有3座凝析油罐，2座消防水罐。在生產運行過程中，儲罐外底板受到土壤介質的腐蝕作用，一旦發生腐蝕泄漏，將會帶來巨大的經濟損失和環境破壞，甚至引起火災、爆炸等嚴重后果。所以對儲罐外加電流進行陰極保護能有效的控制儲罐外底板的腐蝕，延長儲罐的壽命。保護電位是判斷儲罐陰極保護狀態的一個重要的參數，根據SY/T0088-2006《鋼質儲罐罐底外壁陰極保護技術標準》，在施加陰極保護的情況下，罐/地電位要達到-1 200～-850 mV（相對飽和銅/硫酸銅參比電極）[1]。所以對站內 5 座儲罐底板電位進行調查，把保護電位作為儲罐底板是否達到保護要求的依據。

1 站內儲罐外底板腐蝕原因

一般原油儲罐的外底板是儲罐腐蝕最嚴重的部位。儲罐外底板腐蝕的機理一般分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩類，其中電化學腐蝕是最主要的腐蝕類型[2]。對于該站，造成儲罐外底板腐蝕的因素也有很多種，其中土壤腐蝕、細菌腐蝕為最主要的兩個因素。在收發油過程中，儲罐經歷滿載和空載地交替，儲罐底部承受著交變載荷，造成儲罐外底板和與其接觸的地層瀝青砂面出現微小縫隙，容易造成地下水、雨水、空氣進入到縫隙之中，與儲罐的外底板接觸，對于含氧濃度不同的縫隙處，構成了氧濃度差電池，加速了儲罐外底板的腐蝕，造成嚴重的局部腐蝕[3]。土壤是一種復雜的多相非均勻體系，對該站儲罐周圍的3個土壤樣品進行實驗室內檢測。對測試結果進行統計分析，發現土壤中氯離子濃度達到 400～600 mg/L，氯離子容易吸附在罐底板腐蝕缺陷部位，與金屬形成氯化物，造成罐底板處點蝕。點蝕處與點蝕外部形成微電池，進一步加速腐蝕速度，使腐蝕更加嚴重。土壤中含有水分，土壤偏堿性，硫酸根離子含量達到 300～400 mg/L，適合硫酸鹽還原菌生存，這種微生物可以在無氧或極少氧情況下，將硫酸鹽還原成硫化氫，生成硫化亞鐵，由于該氧化還原反應消耗了金屬腐蝕反應生成的氫原子，所以加速了儲罐外底板的腐蝕[4]。

2 儲罐陰極保護技術

20 世紀 70 年代，勝利油田首次采用區域陰極保護技術對儲罐和埋地管網進行保護，90 年代之后，國內越來越多的站場開始使用區域陰極保護技術。目前，對于儲罐外底板的陰極保護主要采用的是外加強制電流的方法。如圖1所示，被保護的儲罐底板與恒電位儀的負極相連作為陰極，外加電流使陰極極化，從而減輕儲罐外底板的腐蝕。整個儲罐陰極保護系統主要由恒電位儀、輔助陽極和長效參比電極構成。儲罐陰極保護中，輔助陽極主要布置形式分為深井陽極、淺埋陽極和柔性陽極這三種類型。參比電極一般埋設在儲罐底板下墊沙層內或埋設于距離儲罐底板較近的邊緣土壤內。

圖 1 外加強制電流儲罐陰極保護Fig.1 Plus forced current tank cathodic protection

3 輔助陽極地床及參比電極

3.1 輔助陽極地床

站內建有2個陰保間，4套強制電流陰極保護系統，安裝深井陽極地床2口和2組罐底網狀陽極。2#、3#大罐由 2 套老系統保護，采用罐底網狀陽極；1#大罐跟消防水罐為新增 2 套系統保護，采用深井陽極，其中 2 個消防水罐共用 1 套系統保護，1#大罐單獨由 1 套系統保護。1#陽極井保護消防水罐，2#陽極井保護 1#凝析油罐。1#與 2#陽極井，鉆建井深為 45 m，孔徑為 450 mm，安裝陽極體 10 支，每組之間采用電焊焊接，焊接牢固。每組連接VV/1Kv-1×10 mm2的電纜引線 47 m，每組陽極體引線穿過電纜保護套管連接到防爆接線箱內。安裝Φ50 PVC 排氣管 47 m，排氣管之間連接牢固。填充焦炭，再填充Φ16-3 mm 礫石 2 方。安裝電纜防爆接線箱，連接陽極主電纜至陰保間。從井口至井口以下 20 m 處套管外壁做加強級瀝青玻璃布防腐，井口以上部分刷紅丹防銹漆兩遍。根據GBT21246-2007《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》，對 1#與 2#深井陽極地床測試接地電阻[5]。測得數據見表 1，可以看出深井陽極的接地電阻不大于 2 Ω。

表 1 陽極井接地電阻Table 1 Well grounded anode resistance

3.2 長效參比電極

近參比法是通過參比電極緊鄰被測金屬構筑物表面，采用忽略土壤 IR 降來修正被測電位的一種方法。在測試樁內安裝有長效參比電極的地點，應直接用測試樁內的長效參比電極進行電位測量，這是消除土壤 IR 降得最好方式。通過開挖 1#參比井與 2#參比井，查看長效參比電極的整個埋設狀況，將標準參比電極在地表與坑底測量數值與埋地長效參比電極測試數值進行對比。

（1）1#參比井

測試坑規格：3 m×1.2 m×1.5 m；

特征描述：測試坑位于 1#凝析油罐的南側，埋地長效參比電極被膨潤土填料袋包裹；

長效參比電極測試電位：埋地長效參比電極測得儲罐電位為-1 004 mV。便攜式標準參比電極在地表測得電位為-863 mV；標準參比電極插入坑深 0.5 m 處，測得電位為-1 004 mV；插入坑深 1 m 處，測得電位為-1 012 mV；插入坑底與長效參比相同位置處，測得電位為-1 013 mV。

（2）2#參比井

測試坑規格：2.4 m×1.2 m×1 m；

特征描述：測試坑位于 2#消防水罐的北側，埋地長效參比電極被膨潤土填料袋包裹；

長效參比電極測試電位：埋地長效參比電極測得儲罐電位為-941 mV。便攜式標準參比電極在地表測得電位為-943 mV；標準參比電極插入坑深 0.5 m 處，測得電位為-947 mV；插入坑底與長效參比相同位置處，測得電位為-941 mV。

4 陰極保護效果

罐/地電位是陰極保護技術中一個重要參數，儲罐底板的腐蝕態勢、保護狀況，都可根據測得的罐/地電位進行分析、判斷，是直接、明確、唯一進行儲罐保護情況分析、判斷的依據。對保護區域內所屬的陰極保護測試樁進行罐/地電位測試。

站內有測試樁 12 個，均為鋼制，測試樁測試電纜的一端與被監測的儲油罐連接，另一端從測試樁底板的傳線孔穿出并連接到接線板上。1#-6#測試樁用來測試 1#凝析油罐和消防水罐的電位大小。在通電狀況下對6個測試樁進行保護電位測試，由測試樁保護電位測試數據可得出，測試樁保護電位均在保護范圍之內，測試樁測得管地電位都處于-1200～-850 mV 之間，達到保護狀態，保護效果良好。大部分標準參比電極測量結果與長效參比測量結果相差不大，相對誤差一般小于 8%。根據 GBT 21246-2007《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》的要求，在完全斷電 24h 后，對未施加陰極保護電流的管道自然電位進行測量[5]，所測得 1#-6#測試樁處的自然電位保持在-700～-500 mV 之間。

因 2#與 3#罐沒有安裝測試樁，所以只能在儲罐底板邊緣直接測試，發現電位大小未達到保護要求，總結可能發生失效的原因，分為以下幾點：

1）儲罐陰極保護設計方案不合理；

2）施工質量不合格；

3）絕緣法蘭失效；

4）恒電位儀連接的長效參比電極反饋給恒電位儀的電位大小有誤差；

5）發生了屏蔽或陰極保護系統之間相互干擾。

經現場調查和分析，發現恒電位儀測試數據輸出電位正常，絕緣法蘭絕緣性能良好，2#與 3#儲罐采用的是罐底網狀柔性陽極，設計方案合理。站場管道全部地面架空敷設，不存在站內管線屏蔽問題。經分析后得出，IR降過大造成所測數據誤差較大，實測 2#與 3#罐壁底板下的鋼筋混凝土環梁基礎高1.736 m，儲罐外壁被防腐保溫層覆蓋，測試保護電位時，造成IR降過大，導致測量誤差較大。

1#、2#消防水罐周圍還有 5 個絕緣法蘭測試樁，按照 GBT 21246-2007 的要求，先通電情況下對絕緣法蘭兩側的電位進行測試，斷電 24 h 之后，再對絕緣法蘭外側的電位進行測試。發現絕緣法蘭通電時內側電位均達到保護要求時，通電外側電位與斷電外側電位大小基本相等，說明 7#-12#絕緣法蘭絕緣性能良好。

5 結束語

（1）儲罐外底板的腐蝕主要是由于土壤中含氯離子、硫酸根離子濃度較高，造成土壤腐蝕和細菌腐蝕現象嚴重；

（2）針對站場儲罐底板腐蝕情況嚴重，土壤腐蝕性強等特點，采用深井陽極對儲罐外底板進行陰極保護，能使儲罐外底板得到有效的保護；

（3）從 12 個測試樁的電位測試結果來看，測試樁測得管地電位都處于-1 200～-850 mV 之間，1#凝析油罐與消防水罐均能達到保護要求，通過電位法測試6個絕緣法蘭的絕緣性能，發現絕緣法蘭的絕緣性能良好；

（4）分析 2#與 3#罐的測試電位過高的原因，是由于罐底板下的鋼筋混凝土環梁基礎高過高，造成IR 降過大，從而造成測量誤差過大；

（5）為保持站場區域陰極保護系統的連續、有效、安全運行，消除管道的外腐蝕威脅，應加強維護與管理，制定詳細的巡檢措施。

［1］ SY/T0088-2006.鋼質儲罐罐底外壁陰極保護技術標準[S].1996.

［2］ 孫永泰.原油儲罐底板腐蝕穿孔的原因分析[J].石油化工腐蝕與防護，2008，25（5）：63-64.

［3］ 韓文禮.儲油罐腐蝕及其防護措施[J].石油工程建設，2010，36（5）：41-47.

［4］ 王俊士.原油貯罐的腐蝕分析與防護[J].全面腐蝕控制，2009，23（7）：42-45.

［5］ GBT21246-2007.埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法[S].2007.

Application Analysis of the Cathodic Protection Technology in a Loading Station

LIU Hao1，ZHAO Dong2，ZHANG Tao3
（1. PetroChina Southwest Pipeline Company Lanzhou-Chengdu-Chongqing Oil Transmission Branch, Sichuan Guangyuan 628015，China；2. PetroChina Southwest Pipeline Company Lanzhou-Chengdu-Chongqing Oil Transmission Branch, Sichuan Pengzhou 611900，China；3. Sinopec Jianghan Petroleum Engineering Design Co., Ltd., Hubei Wuhan 430040，China）

The cathodic protection technology has been widely applied in our long-distance buried pipelines, but anti-corrosion of tanks in stations has not attracted enough attention, bottom plates of the tanks have suffered soil erosion for a long time, corrosion situation is very serious, once the leak will cause serious consequences. As the stations have intensive pipelines, regional cathodic protection for the station is easy to be shielded and obstructed. In this paper, aiming at a cathodic protection installed in the station, a detailed survey of its system parameters was carried out. It’s found that factors of tank bottom electrochemical corrosion included soil corrosion and bacterial corrosion. The analysis results show that the reason to cause that the tank test potential is not within the scope of protection is too big difference between the measuring potential and the actual potential caused by too big IR drop.

Cathodic protection; Storage tank; Station; Corrosion

TE 832

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1364-03

2014-04-23

劉昊（1987-），男，四川成都人，助理工程師，2009 年畢業于遼寧工程技術大學地理信息系統專業，研究方向：從事長輸管道工作。E-mail：waoenqi@126.com。