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，耐腐蝕強的優點，成功地解決一些網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，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，隨著經濟的發展社會的進步，人們越來越多的開始重視能源、環境和經濟的回報，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，儲罐的質量也隨著內部液體的高度受到影響，時間長了儲罐底板會發生變形。兩方面的因素如果同時產生，那么儲罐的使用壽命就會大大縮短，甚至出現危險。因此，儲罐的陰極保護現在越來越受到重視。

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構作為陰極，通過陽極向陰極不間斷地提供電子，首先使結構極化，進而在結構表面富集電子，使其不易產生離子，因而大大地減緩了結構的腐蝕速度。目前，有兩種辦法可以實現這一目的，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壁，防止儲罐內存在積水時對罐底內壁造成腐蝕。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構，如：儲罐罐底外壁、長輸埋地管道等。

3　柔性陽極與網狀陽極的性能比較

目前國內儲罐將網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的一種新型材料，由于成本較高，在國內未能廣泛應用。

3.1網狀陽極

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

但由于網狀陽極截面較小，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。網狀陽極工作時的腐蝕產物是氧氣，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。這種結構可以使現場松散的活性碳容易處理，從而簡化了現場的安裝程序，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，聚丙烯等物質內，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，正是本層發生陽極反應。過去原Raychem公司主要業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，通過它內部炭層與外界導電。

耐酸層：發生陽極反應，電解土壤中的氯化鈉，將產生大量的氯氣，氯氣溶于水會產生酸性物質，對柔性陽極產生腐蝕，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，電纜另一側接到罐外防爆箱內，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防爆箱內，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：

與傳統的網狀陽極相比，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）解決復雜管網的屏蔽問題；（4）適應國內一次施工，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，長度可任意現場剪裁，施工快捷，可靠性高；（7）材料經專門處理，同時擁有五層主要結構，層層保護，使用壽命長；（8）電流利用率高，節約能源。

兩種輔助陽極的性能比較

項目規格尺寸載流量腐蝕產物擊穿電壓罐底接頭碳素填料安裝施工量網狀陽極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　結語

柔性陽極性能超群安裝簡單，應用前景廣闊，它對傳統的陰極保護方法提出了挑戰，可以成功地解決一些用傳統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，性能更加優異、使用更加安全、安裝更加便捷的柔性陽極全面替代傳統的網狀陽極必將成為趨勢。

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