淺談新型材料柔性陽極在大型儲罐陰極保護中的應用

安峰　宋誠　劉港（山東日照港油品碼頭有限公司，山東　日照　276808）

淺談新型材料柔性陽極在大型儲罐陰極保護中的應用

安峰宋誠劉港（山東日照港油品碼頭有限公司，山東日照276808）

儲罐的腐蝕控制是一項必不可少的技術，陰極保護是罐底外壁防蝕的最佳手段。隨著科學技術的發(fā)展及人們對腐蝕認識的不斷加深，一種新型輔助陽極材料誕生——柔性陽極，其具有性價比高，安裝簡易，抗干擾能力強，耐腐蝕強的優(yōu)點，成功地解決一些網(wǎng)狀陽極在儲罐罐底外壁陰極保護中做不到的問題。本文從陰極保護的基本原理出發(fā)，對外加電流陰極保護的兩種輔助陽極材料進行對比，同時結(jié)合AFLX～1500型柔性陽極，淺談柔性陽極在儲罐陰極保護中的應用。

陰極保護；儲罐底板；網(wǎng)狀陽極；柔性陽極

1　儲罐陰極保護的意義

在石油運輸中儲罐是非常重要的設施，隨著經(jīng)濟的發(fā)展社會的進步，人們越來越多的開始重視能源、環(huán)境和經(jīng)濟的回報，因此儲罐的陰極保護也開始越來越多的被人們所重視。對儲罐底板進行陰極保護是非常有必要的，儲罐底板一般都會鋪設在瀝青砂上，隨著時間的增長，瀝青砂會逐漸老化，基礎墊層也會出現(xiàn)裂痕，這樣地下的水分就會通過裂縫接觸到儲罐底板；另一方面，儲罐的質(zhì)量也隨著內(nèi)部液體的高度受到影響，時間長了儲罐底板會發(fā)生變形。兩方面的因素如果同時產(chǎn)生，那么儲罐的使用壽命就會大大縮短，甚至出現(xiàn)危險。因此，儲罐的陰極保護現(xiàn)在越來越受到重視。

2　陰極保護的基本原理

陰極保護就是利用腐蝕電池的原理，將需要被保護的金屬結(jié)構作為陰極，通過陽極向陰極不間斷地提供電子，首先使結(jié)構極化，進而在結(jié)構表面富集電子，使其不易產(chǎn)生離子，因而大大地減緩了結(jié)構的腐蝕速度。目前，有兩種辦法可以實現(xiàn)這一目的，即犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。

2.1犧牲陽極陰極保護

陰極保護就是利用電位比被保護金屬結(jié)構低的金屬或合金作為陽極，構成一個腐蝕電池。在陰極（罐底內(nèi)壁）得到保護的同時，陽極不斷地被消耗。該方式主要用于保護儲罐罐底內(nèi)壁，防止儲罐內(nèi)存在積水時對罐底內(nèi)壁造成腐蝕。但此方法的犧牲陽極壽命太短，消耗過大，一般壽命也就5年，容易在犧牲陽極上形成致密的氧化膜，無法起到保護作用。

2.2外加電流陰極保護

是強制將需保護的金屬設為陰極，將輔助陽極（網(wǎng)狀陽極、柔性陽極等）設為陽極，構成一個腐蝕電池。通過一個外加電路向陰極源源不斷輸入電子，從而使陰極（罐底外壁）不易失電子變成離子。該方式主要用于保護處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構，如：儲罐罐底外壁、長輸埋地管道等。

3　柔性陽極與網(wǎng)狀陽極的性能比較

目前國內(nèi)儲罐將網(wǎng)狀陽極作為輔助陽極使用的較多，柔性陽極是近幾年來研發(fā)的一種新型材料，由于成本較高，在國內(nèi)未能廣泛應用。

3.1網(wǎng)狀陽極

由混合金屬氧化物（MMO）帶狀陽極和導電鈦帶組成，縱橫交叉網(wǎng)格式結(jié)構，埋設在沙層中，距罐底板300mm左右，因是網(wǎng)格形，所以人們常稱為網(wǎng)狀陽極。因性價比較高故國內(nèi)已大量使用。

但由于網(wǎng)狀陽極截面較小，接地電阻較大，導致電耗較高。而且距罐底只有300mm，所以當陽極間隔大時電場分布不易均勻。網(wǎng)狀陽極工作時的腐蝕產(chǎn)物是氧氣，由于某種原因氧的去極化作用，罐底外壁長期達到～0.85V～～1.25V的保護準則就顯困難。同時，鈦帶陽極具有一個8V的擊穿電壓，當超過這一數(shù)值時會導致氧化層破壞，陽極加速腐蝕，縮短了壽命。

3.2柔性陽極（導電聚合物型）

是在銅芯上包覆導電聚合物而構成的連續(xù)性陽極，銅芯起導電的作用，而導電聚合物則參與電化學反應。柔性陽極起關鍵作用的是導電聚合物為輔材的中心銅導體，這種結(jié)構不但可以防止銅芯受化學腐蝕，并可以保證電流長距離傳輸。同時，又有小量的陰極保護電流連續(xù)不斷的滴流、擴散于導電聚合物輔層中，使全長的輔層都有電流滲透。導電聚合物的外層為高性能的活性碳，最外層用耐酸層以及編織層包扎。這種結(jié)構可以使現(xiàn)場松散的活性碳容易處理，從而簡化了現(xiàn)場的安裝程序，使用壽命長達40年以上。

3.2.1導電聚合物型柔性陽極由內(nèi)到外共六層（以AFLX～1500為例）：

銅芯：單芯，絞狀，導電，增加整個柔性陽極的柔韌性。

柔性陽極機構圖

導電聚合物：將石墨或其他導電材料添加到聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯等物質(zhì)內(nèi)，廠家可將聚合物和銅芯如同制作電纜一樣，直接一同擠壓制作，可導電，正是本層發(fā)生陽極反應。過去原Raychem公司主要業(yè)務就是制作電導熱帶，通入正負極導線后能變熱膨脹，電阻率增加，限制電流，這就是現(xiàn)在導電聚合物的原型。

活性炭層：焦炭，主要起到降低電阻，擴散電流的作用，同時也是可以被氧化，發(fā)生反應。

外層布：主要作用包裹活性炭，防止泄露，能夠透水透氣，通過它內(nèi)部炭層與外界導電。

耐酸層：發(fā)生陽極反應，電解土壤中的氯化鈉，將產(chǎn)生大量的氯氣，氯氣溶于水會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，對柔性陽極產(chǎn)生腐蝕，而此層具有抗酸性腐蝕的作用。

編織層：尼龍纖維制成的機械保護層，起到保護作用。

3.2.2柔性陽極的敷設

其敷設方式與電纜相似，同時其抗壓能力強，最小彎曲半徑可達500mm。在河沙層基礎上平行挖一條陽極溝，將柔性陽極敷設就位后，便可進行回填。柔性陽極置于罐底下方的瀝青砂層下，通常距罐底500～600mm，按計算用量蛇形布置，之后用專用接頭，將電纜與柔性陽極相連，連接點在罐底板外圍下，電纜另一側(cè)接到罐外防爆箱內(nèi)，罐底中部無接頭。

5萬立儲罐柔性陽極平面布置圖

5萬立儲罐柔性陽極鋪設

以5萬立儲罐為例，4根AFLX～1500型柔性陽極敷設在儲罐底板下方600mm處，4對電纜接頭接于罐周外側(cè)防爆箱內(nèi)，并連接到機柜間的外接電源正極上，而被保護體儲罐底板則連接到機柜間的外接電源負極上，這樣就形成一個回路，提供均勻、有效的保護。

3.3柔性陽極的特點：

與傳統(tǒng)的網(wǎng)狀陽極相比，新型柔性陽極具有如下幾個特點：（1）陰極保護電流長距離分布均勻；（2）對其它金屬構筑物干擾影響最小；（3）解決復雜管網(wǎng)的屏蔽問題；（4）適應國內(nèi)一次施工，一次完成的工作模式；（5）即使是裸的罐底，也能保證電流的均勻分布；（6）安裝簡單，長度可任意現(xiàn)場剪裁，施工快捷，可靠性高；（7）材料經(jīng)專門處理，同時擁有五層主要結(jié)構，層層保護，使用壽命長；（8）電流利用率高，節(jié)約能源。

兩種輔助陽極的性能比較

項目規(guī)格尺寸載流量腐蝕產(chǎn)物擊穿電壓罐底接頭碳素填料安裝施工量網(wǎng)狀陽極6.35mm×0.64mm 17mA/m O2 8V 約400個柔性陽極Φ35mm 35mA/m(40年壽命設計) CO CO2無大無無有小

4　結(jié)語

柔性陽極性能超群安裝簡單，應用前景廣闊，它對傳統(tǒng)的陰極保護方法提出了挑戰(zhàn)，可以成功地解決一些用傳統(tǒng)的陰極保護做不到的問題，如干擾問題、高電阻率問題、罐底電流分布問題等。目前柔性陽極已在大慶油田的管道上、江蘇儀征和日照油品碼頭等大型儲罐上得以應用。隨著新技術的不斷成熟，性能更加優(yōu)異、使用更加安全、安裝更加便捷的柔性陽極全面替代傳統(tǒng)的網(wǎng)狀陽極必將成為趨勢。

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