陰極保護防儲罐腐蝕研究

邱思宇

（中國石油大慶石化公司，黑龍江大慶 163714）

0 引言

大慶石化公司石化乙烯裝置多個地面儲罐已使用多年，近幾年不斷有儲罐發生腐蝕泄漏問題。腐蝕部位主要在罐底外壁及罐壁外側距罐底1 m 范圍內。地面儲罐普遍采用涂漆防腐，經多年使用，涂層普遍存在裂紋、脫落等問題。涂層脫落后，罐體裸露面在潮濕環境下極易形成局部腐蝕電池，使罐體受到腐蝕。

早期投用的地面儲罐除了涂防腐漆外，沒有結合其他防腐技術，因此防腐效果不理想，易出現儲罐腐蝕問題。隨著防腐技術的發展，儲罐的腐蝕控制技術日趨成熟，新建儲罐除進行涂層外，同時還結合陰極保護技術對儲罐進行防腐，陰極保護技術是控制鋼制儲罐罐底板外壁腐蝕行之有效的方法。

1 陰極保護貯罐腐蝕原理

在化工裝置中有許多儲罐存在腐蝕問題，解決腐蝕問題的方法有很多，而陰極保護法是最有效的防腐方法之一，它能使裸露儲罐獲得集中的電流保護，有效彌補涂層缺陷引起的腐蝕。

根據電化學腐蝕理論：浸在同一電解質中的兩種金屬在與外部電源相連時，就組成了電解池，與電源負極相連的金屬為陰極，電極發生的是還原反應。與電源正極相連的金屬為陽極，電極發生的是氧化反應。由于兩個電極之間有電位差存在，于是就有電流通過電解質流通，使陽極金屬不斷失去電子而發生腐蝕，陰極金屬（儲罐）不斷得到電子而得到保護。流通電流越大，陽極金屬腐蝕速度越快；流通電流越小，陽極金屬腐蝕速度越慢。

2 儲罐罐底外壁的陰極保護規定

對于儲罐罐底外壁的陰極保護國內外有如下規定[1]：

（1）正常情況下，貯罐底對地最小保護電位相對于飽和硫酸銅參比電極應達到-0.85 V；當土壤中硫酸根含量超過0.5%時，保護電位應達到或低于-0.95 V。

（2）罐底板和土壤相接觸的參比電極之間測得陰極極化電位差不小于100 mV。

3 犧牲陽極的陰極保護法

對于底面積較小的、防護涂層良好的儲罐，周圍土壤電阻率低于200 Ω·m 時，可選用犧牲陽極的陰極保護法。

對于新建儲罐，將棒狀陽極均勻水平安裝于罐底部。對于建好的貯罐，可將陽極均勻等分安裝于貯罐四周，使得保護電流均勻流通。棒狀陽極多采用垂直埋設，材料多選用比鐵活潑的金屬鎂或鋅[2]。通常陽極布置的方式有以下4 種：

（1）儲罐周圍垂直或水平布置陽極。

（2）儲罐罐底下面水平布置陽極。

（3）在儲罐旁邊設置深井陽極。

（4）用傾斜式鉆孔技術把陽極布置在罐底下部深7.6～10.7 m 處。

上述4 種陽極布置方式各有優缺點，選用哪種布置方式要根據儲罐的具體情況及現場實際情況進行確定。這4 種布置方式中，第4 種傾斜式鉆孔深埋陽極可使直徑較大的儲罐整個罐底電流均勻分布，并提高中心部位的保護水平，保護效果最佳。當相鄰幾個儲罐均需陰極保護時，可將幾個儲罐連為一體，共同實施陰極保護。

4 儲罐罐底外壁保護電位的測量

儲罐罐底外壁的陰極保護系統投入運行后，需對底板外壁保護效果進行測量，以評價是否達到陰極保護指標[3]：-0.85 V 以下（相對于飽和硫酸銅電極）。對于新建儲罐可預埋參比電極，安裝方式有兩種：

（1）將永久性參比電極沿著半徑方向設置在底板下面，將其電纜引線引至罐周圍的測試箱接線板上，可方便地測出罐底的電位分布。

（2）將一根帶孔的聚氯乙烯（PVC）管或纖維增強塑料（FRP）管預埋在儲罐底板下，使參比電極在管內移動，也可測出罐底電位分布，特別是罐底板中心部位的電位。

對于已有的儲罐，罐底電位分布的測量可采用定向鉆法從罐底周邊向中心鉆孔，將帶孔的PVC 管或FRP 管安裝在鉆孔內，安裝完畢后，將參比電極從周邊逐步移到罐底中心處，即可測量罐周至罐底中心之間的電位分布，獲得罐底中心保護水平的準確數據。當由于某些原因不能按上述方法進行實際測量時,可以根據經驗以測量儲罐周邊的保護電位來判斷。根據國外資料報道，一個直徑36.6 m 的儲罐底板在陰極保護時，中心處的電位比罐周邊的電位正300 mV 左右，這樣對于直徑≤36.6 m的儲罐，可由測出的罐周邊電位推算出罐中心的電位。國內有關規范[4]規定了在罐周測量電位要求為-1.1～-1.2 V。

5 陰極保護注意事項

（1）罐體與外界電絕緣：實現儲罐罐底外壁陰極保護應將被保護的儲罐和相連設備之間進行電絕緣，以防電流流失，使儲罐保護失效。

（2）電的連續性：當要防腐的儲罐與有關管道相連時，應同時進行陰極保護，并保證具有良好的電連續性。罐與罐體之間應焊接跨接導線或鋼條，以有利于電流均勻分布。

（3）接地極問題：通常為了避雷和消除靜電，儲罐要安接地裝置，傳統上采用銅材或鍍鋅鋼等材料制作，由于接地材料與儲罐的材質不一致，在一定條件下會形成電偶腐蝕電池，儲罐因是碳鋼制作，此時電位偏負，成為陽極，則被腐蝕。將儲罐罐底外壁進行陰極保護時，雖可減輕這種腐蝕，但消耗電流太大，造成浪費，所以必須改造傳統的接地極。建議采用鋅或鎂材料的接地極。

6 儲罐陰極保護應用實例

某新建罐容積為3000 m3，儲罐儲存介質為汽油，儲罐直徑16 250 mm，罐高14 320 mm，罐底陰極保護面積207.3 m3。

（1）陰極保護具體工作：陽極材料為鎂合金，單只重量14.5 kg，共42 只。陽極沿罐周均勻分布，平均分成6 組，每組7 只。鎂陽極埋設方式為水平式并垂直于罐壁，埋設深度2.2 m、陽極間距1.5 m、陽極電纜埋設深度1.8 m。

（2）陰極保護測量：測量內容主要包括電化學參數測量和鎂陽極的開路電位、接地電阻等內容。儲罐電化學參數測量結果見表1，鎂陽極安裝測量記錄見表2。

表1 儲罐電化學參數測量結果

表2 鎂陽極安裝測量記錄

（3）陰極保護的運行維護：①系統投入運行3～6 個月后進行初始檢測，以驗證系統是否達到或滿足陰極保護判據，而后可1～2 月檢測一次；②罐安裝了4 個測試樁，可在測試樁處進行罐底板外壁保護電位的測量；③按照規范要求[5]，罐底板外壁各處的最小保護電位應達到-0.85 V 或罐周的保護電位達到-1.10～-1.15 V；④陰極保護系統投用正常后，要進行定期巡檢，在陽極和參比電極安裝處長期處于干燥狀態時應適當用水濕潤一下；⑤由于測試樁位于廠區戶外，大氣污染較嚴重，應定期檢查維護測試樁。主要檢查接線板的接線柱和接線片固定是否牢固、是否腐蝕生銹，如果有銹蝕產物，應用砂紙將其打磨除去，否則將影響電位測量。

7 結語

工業發達國家十分關注儲罐罐底外壁的陰極保護技術，因為這項技術是解決儲罐罐底外壁腐蝕最經濟有效的措施。

陰極保護技術成熟、安全可靠、施工簡單、檢測方便、施工費用少，配合防腐涂層的保護，可以完全控制腐蝕的蔓延，是鋼質儲罐防腐蝕最經濟的手段之一，能為企業創造更大的經濟效益和社會效益。