污油污水罐內壁強制電流陰極保護的應用

趙常英，賈光猛，秦海燕，朱家祥

中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北任丘062552

污油污水罐內壁強制電流陰極保護的應用

趙常英，賈光猛，秦海燕，朱家祥

中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北任丘062552

目前國內污油污水罐普遍采用犧牲陽極保護，但存在陽極消耗快，輸出電流不可調，需定期開罐更換陽極等問題，這不僅增加了維護投資，而且延誤了正常生產。為解決上述問題，采用強制電流進行陰極保護是最有效的方法之一。結合華北油田鄚一站的1 000 m3污油污水罐，介紹了罐內壁采用強制電流進行陰極保護的方法，通過在罐內懸掛金屬氧化物陽極和安裝長效鋅參比電極，不僅使陽極輸出電流可調，延長了陰極保護系統的使用壽命，而且實現了可在罐外對罐內不同點的保護電位進行監測。工程實踐證明，華北油田鄚一站1 000 m3污油污水罐采用強制電流進行陰極保護，其防腐效果良好，目前已正常運行1年多了，各項參數均控制在合理的范圍內。

污油污水罐；強制電流陰極保護；氧化物陽極；鋅參比電極

多年來，污油污水罐內壁一直采用犧牲陽極進行陰極保護。在SY/T 6536-2012《鋼質水罐內壁陰極保護技術規范》[1]中，對犧牲陽極的應用給予了諸多規定，但目前國內關于在罐內采用強制電流陰極保護技術則一直處于空白狀態，標準[1]中只是等同采用了NACE 0388-2007《鋼質儲水罐浸水內表面外加電流陰極保護推薦作法》[2]的規定：“當儲罐內所需保護電流過大且有適合電源時，可采用強制電流陰極保護”。

油田污油污水罐內的腐蝕介質腐蝕性強，消耗陰極保護電流大，犧牲陽極消耗快，壽命短，已難以滿足油田儲罐正常運行的防腐保護要求，因此無論從生產運行還是填補國內標準空白而言，開展罐內強制電流陰極保護技術研究都是十分必要的。

1 項目背景

華北油田含油污水一般具有以下特點：含油量高，含有多種離子如Ca2+、Ba2+、Mg2+等，含有多種氣體如H2S、O2等，含有多種懸浮體和細菌[3]，因此污水罐內壁腐蝕非常嚴重。

如果污水罐內只采用涂層防腐，其防腐效果遠遠不能滿足實際需要。例如華北油田有的新建罐僅投產2年，內部中心筒就發生了穿孔。如果針對罐內介質腐蝕性強的特點，采用犧牲陽極進行保護，則犧牲陽極將消耗極快，這勢必造成需頻繁清罐以更換陽極。例如華北油田一座300 m3污油污水罐，內壁安裝了鋁合金犧牲陽極，設計預期壽命5年，而實際僅運行1.5年后有的陽極就已消耗完。另外，采用犧牲陽極進行保護的污油污水罐，由于罐內普遍不安裝參比電極，在測試時只能通過罐頂下放便攜式參比電極來獲得某些局部點的保護電位（只能監測到開孔處下垂線所指的罐底保護電位），測試過程繁瑣，且不能測得各特殊點的電位。因此罐內采用犧牲陽極進行保護，已不能解決儲罐在運行期間長期的防腐要求。

強制電流陰極保護可延長儲罐的使用壽命，但由于目前國內在儲罐內采用該技術尚不成熟，因此CPE華北分公司與中國石油集團工程技術研究院聯合對該技術進行了立項研究。該項目依托華北油田鄚一站的1 000 m3儲罐，開展了罐內強制電流陰極保護技術的研究。

2 強制電流陰極保護

鄚一站1 000 m3儲罐的儲存介質為采出污水，溫度45℃。采用在罐內懸吊金屬氧化物陽極，并在特殊點安裝長效鋅參比電極（鋅參比電極適用溫度不超過50℃）的方式對該罐實施強制電流陰極保護，陽極及參比電極連接電纜從罐頂開孔引出至罐旁的接線箱。該陰極保護系統不僅陽極輸出電流可調，而且由于陽極消耗少，陰極保護系統壽命大大得以延長。在各不同點安裝長效鋅參比電極，可方便在罐外監測參比電極附近罐壁的自然電位及保護電位。

強制電流陰極保護系統由恒電位儀、輔助陽極、參比電極、連接電纜等組成，見圖1。

供電設備采用恒電位儀（恒電位0～-3 V），該設備也可恒電流工作。根據罐內構件的保護電流密度及面積，選取恒電位儀的輸出電流及輸出電壓。因該工程污水的腐蝕性較強，綜合考慮防腐層的完好狀況，電流密度取20 mA/m2。

圖1 強制電流陰極保護系統示意

一般情況下，輔助陽極較多采用高硅鑄鐵陽極或管狀金屬氧化物陽極，高硅鑄鐵陽極最小規格為φ50 mm×1 500 mm，在污水中的最大電流密度為50 A/m2；管狀金屬氧化物陽極規格為φ25 mm× 700 mm，在污水中的最大電流密度為500 A/m2。為了均勻分布罐內的陰極保護電流，陽極需懸掛安裝，同時要求陽極具有質量輕，壽命長的特點。高硅鑄鐵陽極質量大，輸出電流小，若要達到20年的使用壽命，相對于管狀金屬氧化物陽極而言其用量較大。

綜合考慮上述要求，輔助陽極選用壽命長、質量輕、輸出電流大的φ25 mm×700 mm的管狀貴金屬氧化物陽極（MMO），并懸掛安裝于罐內。每組陽極串下安裝混凝土配重塊，用于保證陽極串位置不發生移動。在罐內中心筒外對稱位置共布置了4組陽極串。為了有效保護儲罐中心筒，在中心筒內也布置了一組陽極串，陽極串位于中心筒的中心部位。

罐內布置6支鋅參比電極，其中1支為控制參比電極。參比電極通過支架固定，參比電極連線通過保護管引出罐外。控制參比電極安裝在罐底板距中心1 m處，其他參比電極設置在罐底板邊緣、底板中心、距罐壁2 m和4 m處及中心筒內。

罐內陽極串采用JHS0.6/1 kV1×16 mm2的防水橡塑電纜；參比電極電纜采用JHS0.6/1 kV 1× 10 mm2的防水橡塑電纜。

3 實施效果

實施效果見表1、表2。

表1 恒電位儀初設參數

表2 鋅參比電極電位值/V

從表1可見，罐內壁初始極化時輸出電流較大，隨著時間的延長，電流量下降；根據歐姆定律計算，陽極接水電阻值很小，在0.5～1 Ω之間，因此在水中電阻可以忽略不計。由于恒電位儀的預設值是按Cu/CuSO4參比電極來設置的，因此對鋅參比電極不適用，只能采用恒電流保護方式。由表2數據看出，各監測點的保護電位均滿足規范要求，保護電位相對Cu/CuSO4參比電極為-0.85～-1.2 V，相對鋅參比電極在0.25～-0.05 V。5#參比電極的值輕微過負，但數值仍在0.25～-0.05 V范圍內，由于5#參比電極位于中心桶內，中心桶內層表面面積小，一支氧化物陽極的輸出電流較大。

目前該強制電流陰極保護系統已運行1年多，各項控制參數均在正常值范圍內，運行狀況良好。

4 結論

（1）污油污水罐介質腐蝕性強，內壁采用強制電流陰極保護，各監測點的保護電位均能滿足規范要求。

（2）管狀貴金屬氧化物陽極（MMO）具有體積小、重量輕、安裝方便、輸出電流大、性價比高的優點，適用于作為罐內陰極保護的輔助陽極。

（3）輔助陽極可采用懸掛式，可避免距離被保護罐內表面過近，產生偏流。

（4）當儲罐內介質溫度不超過50℃時，選用高效穩定的鋅參比電極較好，罐內不同點的保護電位均可在罐外進行監測。

（5）輔助陽極在罐內均勻分布，保證了保護電流的均勻，在中心筒內單獨布置的陽極串，確保了中心筒內壁的保護電位滿足規范要求。

[1]SY/T6536-2012，鋼質水罐內壁陰極保護技術規范[S].

[2]NACE 0388-2007，鋼質儲水罐浸水內表面外加電流陰極保護推薦作法[S].

[3]王一婷，周俊.華北油田污水處理現狀及展望[J].石油石化節能，2011（9）：34-36.

Application of Impressed Current Cathodic Protection for Oilfield Produced Water Tank

ZHAO Changying，JIAGuangmeng，QIN Haiyan，ZHU Jiaxiang
North China Company of CNPC Engineering Design Co.，Ltd.，Renqiu 062552，China

Sacrificialanodes are widely used for oilfield produced water tanks，but there are some problems such as fast consumption of sacrificial anode，unadjustable current output and required regular replacement of the sacrificialanode.Thus，not only the maintenance investment increases，but also the normal production is affected. Impressed current cathodic protection is the most effective method to solve the problems.This paper introduces the application effect of the impressed current cathodic protection in the 1 000 m3oilfield produced water tank at Mao-1 station of HuabeiOilfield.Hanging anodes and installing long-term zinc reference electrodes in the tank not only enable current output to be adjustable and prolong service life of the cathodic protection system，but also realize to monitor protection potentials at different points inside the tank from outside of the tank.The effect of the cathodic protection system has normally worked for more than one year with perfect anticorrosion effect，allparameters has been within reasonable ranges.

oilfield produced water tank；impressed current cathodic protection；MMO；zinc reference electrode

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.019

趙常英（1968-），女，河北唐山人，高級工程師，1989年畢業于西南石油學院，現從事防腐設計工作。

2015-06-23