大型油罐底板外侧设置外加电流型阴极保护系统的必要性

中国高新技术企业 大型油罐底板外侧设置外加电流型阴极保护系统的必要性 文/徐峰 【摘要】 本文对大型油罐外侧腐蚀原因进行了分析,并对沿海地区油罐腐蚀情况作了一定的介绍,对比了 牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护的优缺点,从而得出外加电流型阴极保护是未来油罐底板外侧阴极 保护的首选方法。 【关键词】 大型油罐 底板外侧 外加电流 阴极保护 随着石油化工行业的迅速发展,大型储油罐的建设方兴未艾, 据“全国油罐防腐蚀会议”资料介绍,我国石化系统各种类型储油罐 有 10000多座[1]。油罐的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 寿命一般为 30年,但由于其储存的油 品往往含有少量的水,水中溶解大量有机酸、无机盐及硫化物等杂 质,使油罐遭到腐蚀而缩短使用寿命,严重者一年左右就报废了。在 油气储运系统中,目前大多数采用钢制储罐储存原油。钢制储罐在 运行中,必然受到内外环境介质的腐蚀而影响使用寿命。如何以经 济的措施解决或减轻储罐的腐蚀,在油罐设计尤为重要[2]。阴极保护 就是防止或抑制被保护金属构筑物发生电化学腐蚀的技术。该方法 是对被保护的金属施加一定的阴极电流,使被保护金属的电位负于 某一电位值,使其上的阳极反应得到抑制,从而使金属的腐蚀得到控 制。阴极保护技术有:牺牲阳极法、强制电流保护法。合理实施阴极 保护可以抑制被保护金属的电化学腐蚀,延长其使用寿命,保证安 全运行。阴极保护的投资一般占总投资的 2%～4%,但可延长设备使 用寿命一倍以上,巨大的经济和社会效益不言而喻。阴极保护在发 达国家已被列入法律条文,成为埋地钢质管道和储罐必上项目[3]。本 文对大型油罐地板外侧腐蚀原因作了分析,并对牺牲阳极和外加电 流阴极保护方法作了一定的比较,提出了外加电流阴极保护系统在 大型油罐底板外侧保护中的重要性。 1、油罐腐蚀情况及腐蚀分析 1.1油罐腐蚀的类型 根据其作用原理的不同,储油罐的腐蚀主要有以下几方面 1!2。 1.1.1化学腐蚀 指油罐本体与所储存的介质或油罐外壁与周 围环境发生化学作用而引起的破坏,腐蚀过程中没有电流产生,一 般腐蚀较轻。 1.1.2电化学腐蚀 在腐蚀过程中有电流产生,是油罐最主要、 最严重的一种腐蚀,主要发生在罐底和罐壁。油品中含有水、氯化 物、硫化物及无机盐、有机酸等是造成电化学腐蚀的主要原因。 1.1.3细菌腐蚀 硫酸盐还原菌在没有氧的条件下,可在金属 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的水膜里,利用溶液中的硫酸盐进行繁殖,硫酸盐在细菌的作 用下被还原成硫化物。反应所需要的氢,或者来自油品中所含的有 机物,或者来自金属腐蚀过程中在阴极生成的氢,因而,加快了腐蚀 反应的阴极过程。 1.2罐腐蚀情况 通过对大部分储油罐的腐蚀调查,腐蚀情况分为几个方面。 1.2.1罐底储存重质油储罐的罐底腐蚀情况严重,大部分为溃 疡状的坑点腐蚀,直至穿孔。主要发生在焊缝区、凹陷及变形处。 1.2.2罐壁罐壁板的绝大部分与油品接触,这一部分腐蚀较 轻,一般为均匀腐蚀,但在油水交界处腐蚀较严重,最严重的发生在 油气交接处,罐顶气相部位腐蚀相对较轻。锦西石化总厂和沧州炼 油厂等都曾出现轻质油油气交接处穿孔现象。 1.3油罐腐蚀分析 1.3.1罐底腐蚀主要是由于油品中所含的少量水分,在油品储 存过程中沉降于罐底所造成的,这些水中含有盐、酸、硫化物、溶解 氧、氢等离子,反应结果使罐底板产生斑点、蚀坑、甚至穿孔。另外, 罐底的无氧条件很适合硫酸盐还原菌的生长,可引起严重的针状或 丝状的细菌腐蚀。罐底水溶液中氢原子不断被硫酸盐还原菌代谢反 应所消耗的结果,造成罐底板表面电化学腐蚀过程中的阴极反应不 断进行下去。这就促进了罐底板表面的阳极反应,从而加速了罐底 板的腐蚀。储油罐内壁的腐蚀罐壁油气交接处和油水交接处的腐蚀 主要是由于氧的浓差电池引起的。氧浓度高的部位为阴极,氧浓度 低的部位为阳极。 1.3.2储油罐底部外侧腐蚀主要有罐底与基础接触面的腐蚀,腐 蚀主要有氧浓差电池腐蚀、杂散电流腐蚀、土壤腐蚀等。 (1)油罐底板外侧直接和沥青砂接触,罐底和沥青砂接触程度不 同,造成罐底各部位氧气的浓度不同,从而产生氧浓差电池,含氧较 大区的金属电极电位低,构成电极的阳极而罐底产生腐蚀。 (2)油罐周围存在杂散电流,杂散电流从罐底流出的地方,成为 腐蚀电池的阳极区而造成罐底的腐蚀。 (3)土壤中的硫酸盐还原菌也会通过沥青砂抵达油罐底部而腐 蚀罐底。这种腐蚀受土壤电阻率、PH值、含盐量、微生物、含氧量等 多种因素的影响。一般土壤电阻率越低,含盐量越大上述腐蚀越严重。 (4)油罐底板外侧经常有盐水存在,盐水中的氯离子渗透能力比 较强,造成油罐底板的严重腐蚀。 1.4海边地区腐蚀的特殊性 沿海地区空气潮湿含盐雾,雨水丰富,地下水中盐份含量高,土 壤电阻率低,客观上罐底板外侧容易构成电化学腐蚀环境。即使建 罐位置位于基岩上,虽然对罐底板外侧的腐蚀有所改善,但并不能 最终改变罐底板外侧电化学腐蚀环境。主要表面在如下方面 (1)海边空气流通量大,油罐底板外侧和外界呼吸量也较大,从 而导致罐底外侧和沥青砂之间的各部位的氧气浓度差异加大。另外 随着运行时间的加长,罐底板外侧和沥青砂之间的空隙程度逐年加 大,为氧浓差电池的形成和加深提供了客观条件。 (2)由于海边地区空气潮湿含盐雾,雨水丰富,地下水中盐份含 量高,储罐基础回填层电阻率呈逐年下降趋势,因此土壤对罐底板 外侧的腐蚀随运行时间延长而加强。 (3)油罐罐底板外侧的涂层随运行时间延长而逐步失效,由于结 构的原因罐底外侧无法进行重新防腐,罐底板外侧防腐能力随运行 时间延长而逐步下降。 (4)油罐罐底外侧和沥青砂之间的盐水含量随运行时间延长而 逐步增加,促进了电化学腐蚀环境的形成和加剧。 2阴极保护技术 2.1外加电流法和牺牲阳极法 阴极保护技术就是消除电化学腐蚀中的阳极区,从而阻止金属 的腐蚀,主要用于对储罐底板腐蚀的防护,阴极保护有外加电流法 (辅助阳极)和牺牲阳极法两种[4]。牺牲阳极法安装简单,不会产生腐 蚀干扰,安装后,除定期测量电位和保护电流外不需保养,对于底板 面积较小,储罐基础施工质量有保证,周围土壤的电阻率较低时,可 选用牺牲阳极保护。但储罐与管道以及其他系统绝缘性要好,否则 (下转 69页) 科技论坛 65- - 中国高新技术企业 (上接 65页) 储罐难以得到充分保护。其他系统包括管网、仪表连接线、混凝土钢 筋以及储罐接地系统等。对这些系统进行绝缘,花费大且维护费用 高。牺牲阳极系统的驱动电压一般低于 0.7V,限制了阴极保护系统 的电流输出。一旦储罐与上述任何系统发生短路,不但使储罐保护 困难,而且牺牲阳极系统会很快耗尽,缩短保护寿命。外加电流法是 在被保护金属与辅助阳极间外加直流电源,它比牺牲阳极可提供更 大的保护电流,保护范围大,电流、电压可根据需要任意调节,通常 的阳极埋设方式有罐周立式直埋、罐底水平式、罐旁深井式、罐底斜 角式等。当保护对象是一个罐区时,可以将罐区作为一个联合体共 同保护。辅助阳极材料只要求有良好的导电性和抗腐蚀性,不消耗 辅助阳极。缺点是需要外加电源和经常维护管理。目前国内储罐的 阴极保护基本上是采用这种方法,保护周期在 30年以上。 油罐罐底外侧的腐蚀主要表现为局部穿孔和破环,这种腐蚀事先难 以预测,突发性强并具有随机性。据国内有关报导:按九个油田调查 统计,截至 1986年底,共有油、气、水各类容器 1.15万座。1985年前 腐蚀报废 565座,更新 366座;1986年穿孔 1615次,平均穿孔率为 0.14次 /座年。其中外腐蚀穿孔 681次。七十年代,日美资料介绍油 罐底板外侧腐蚀为溃疡状,局部腐蚀为特征。平均腐蚀速率<0.1毫 米 /年,局部位置最大腐蚀速率约 0.5毫米 /年。实践表明,在建油 罐,一般七年后开始出现罐底穿孔。 工业发达国家特别关注罐底外壁的阴极保护,1988年美国成 立了专业的贮罐防护公司,备有牺牲阳极法和外加电流法两种阴极 保护系统,并提供设计、施工、检测;维修等服务。由于预先涂刷在钢 板上的涂层会受到搭焊时的局部烧伤和老化等,又无法进行经常性 的维护。因此,仅靠涂层是无法得到有效的防护作用。这样阴极保护 自然成了涂层保护的补充。英国储油罐防护规范规定:在侵蚀性环 境中的油罐阴极保护是油罐底部涂层保护的补充;美国规范规定: 新罐应从一开始设计就要考虑涂层和阴极保护,带涂层的油罐应加 阴极保护。 2.2关于储罐附件的绝缘 储罐罐底板外侧使用外加电流型阴极保护系统的,当阴极保护 系统正常工作时,系统与罐底板与形成一个距离 600㎜的回路(柔性 阳极的埋深为距离罐底板 600㎜),从而起到保护作用。 而储罐的其他附件,如进出油管线、消防系统等与大地接触的部 位与阴极保护系统的距离远大于 600㎜,同样的电阻率,电流不会流 向距离较远的地方,所以这些设施不会与阴极保护系统形成回路。 为确保安全,建议在管道的前两个管架上与管线接触的部位做 绝缘处理(如果是混泥土管架,没有钢筋裸露,可以不处理)。 3结束语 控制腐蚀常见的方法:钝化、涂层、添加缓蚀剂、金属镀层和阴 极保护等。原油罐罐底的防护通常采用涂层+牺牲阳极保护。这种方 法阳极材料寿命一般小于 15年,对于罐底内表面的阳极可以定期更 换,延长使用寿命,而罐底外表面则无法做到,且存在不易控制的不 足。随着外加电流保护技术的日趋成熟,罐底外表面牺牲阳极保护 技术正有逐步被外加电流保护取代之势。例如茂名石化公司新建的 125000m3油罐底板外表面采用涂层+外加电流阴极保护,设计寿命 可达40年[5]。随着对罐底板外侧腐蚀认识及环保安全意识的加深,我国近 几年来建造的大型储罐均设置了罐底板外侧的阴极保护系统。 参考文献 [1]吴明亮.阴极保护在外浮顶原油储罐设计中的应用[J].石油化工腐 蚀与防护,2003,20(5):35-36. [2]刘东利.炼油厂储油罐的腐蚀与防护[J].炼油与化工,2003,14(2): 33-37. [3]戈军.地下储罐阴极保护技术的应用[J].石油化工设计,2005,22 (2):58-60. [4]胡士信.阴极保护工程手册[M].北京:化学工业出版社,1999.55. [5]王晨,顾望平.1.25×104m3储油罐底板阴极保护方案比较[J].石油 化工设备技术,2003,24(3). (作者单位系辽宁辽河石油工程建设监理有限公司) 网负荷中的峰谷差可以使电力部门在保持供电服务水平的前提下, 能够得到比新建电厂更大的经济效益,如减少新装机需求和短缺性 燃料需求,提高现有的和 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的机组利用率等等。 减少高峰负荷意味着发、供电设施容量和调峰电站容量的减 少。根据发、供电设施建设的统计数据: 火电:9200元/kW左右,30万 kW调峰电厂投资约 27.6亿元; 抽水蓄能电站:17000元/kW左右,30万kW调峰电厂投资约51亿; 蓄冰:小于 2000元/kW,转移 30万 kW高峰负荷投资不到 6亿元 比较上述各种调峰方法,显然蓄冰方法的单位 kW资金投入量 要少得多,且见效快,其优势非常明显。根据上述对比分析,采用蓄 冰空调若转移 30万 kW 的高峰负荷,则相当于建一座 30万 kW 的 调峰电厂,经济效益非常可观。 根据线损计算公式知,在相同供电方式下,变压器的电量、线 损与电力负荷的平方正比。高峰负荷时,若对空调负荷的用电不采 取措施,会使供电企业的线损、变压器电量损耗随高峰负荷的平方 而增加,运行经济性降低。通过采用蓄能空调,空调在高峰负荷时间 不用电或少用电,减少了高峰负荷,可以大大减少供电企业的线损、变损。 3、结论 电蓄能技术的推广应用,有利于提高电网负荷率以及电能使用 率,有利于降低用户的运行成本,是多方受益的好措施。通过研究分 析可知,保定市 2004年最高网供负荷已达 195.6万 kW,平均峰谷 差为 60万 kW,这不利于发电寿命和电网的安全经济运行,由以上 可知推广电蓄能技术,可充分利用深夜低谷电能 减少峰时用电负荷 起到很好的削峰填谷效果,推广应用电蓄能技术可以实现用户、电 力企业的双赢。 参考文献 [1]曾鸣著.电力需求侧管理[M].北京:中国电力出版社,2001, [2]朱成章.中国电力系统的节能[J].电力需求侧管理,2004,6(2) [3]郭戈.电力需求侧管理(DSM)在邯郸地区调荷节电中的应用研究 [D].华北电力大学技术经济及管理,2002 [4]黄震震.冰蓄冷空调与常规电制冷空调系统对比分析[J].电力需求 侧管理,2004,6(1) (作者单位系华北电力大学经济管理系) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 科技论坛 69- -