杨聪巧，严子韬，赖玉林，李文冰

（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州 730070）

大型储罐阴极保护方式选择研究

杨聪巧，严子韬，赖玉林，李文冰

（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州 730070）

主要阐述了大型储罐外底板阴极保护的重要性，详细介绍了储罐外底板各种阴极保护系统的优缺点、各种阴极保护系统的选择依据，为储罐阴极保护方式的选择具有重要的参考价值。重点介绍了强制电流网状阳极阴极保护系统的优点。最后以网状阳极实际工程设计为例，详细介绍了网状阳极系统的组成、布置及施工安装，为网状阳极系统设计具有一定的借鉴作用。通过工程实践，网状阳极系统在大型储罐外底板阴极保护中具有良好的经济效益及广泛的使用前景。

阴极保护；储罐外底板；强制电流；网状阳极；工程实践

石油化工行业的储存设备以钢制储罐为主，而储罐底板是储罐的主要构成部分之一。钢制储罐在运行中，由于其储存的介质中含有水、硫、磷等杂质及其周围环境的影响，使储罐受到严重的腐蚀，大大缩短了其使用寿命，严重的一年左右就有可能报废，必须更换罐底。面对这个问题，如何以最经济的措施减轻或解决储罐的腐蚀问题，在大型储罐的设计中，显得尤为重要。而目前常用的阴极保护技术有：强制电流和牺牲阳极两种保护方式。在实际的工程设计中，究竟选用那种方式，是困扰设计人员的主要问题。针对此问题，本文在对各种阴极保护方式优缺点进行比较的基础上，结合工程设计实例，最终提出了网状阳极外加电流阴极保护系统在大型储罐阴极保护中的广泛应用，为大型储罐网状阳极阴极保护设计提供了重要的依据。

1　阴极保护的必要性及意义

随着石油化工行业的迅猛发展，目前，大型储罐已经成为其主要的储存设备。但由于其储存的介质中含有少量的水、酸、硫等杂质，它们都会加剧罐底板的腐蚀。当腐蚀达到一定程度时，就会出现罐底板穿孔而导致大量物品泄漏，污染环境，甚至有时会引起爆炸［1］，对人类的生存环境造成很大的危威胁。

一般情况下，储罐的设计寿命为30年，但如果腐蚀严重，一年左右就报废了［2］，在国内，沿海地区某码头，50000m3的储罐仅仅使用了两年，由于腐蚀而不得不更换罐底［3］。从经济的角度考虑，阴极保护的投资一般占总投资的2%～4%，但可使储罐的使用寿命大大延长，最长可得到40年。具有巨大的经济效益。在国外，阴极保护已被列入法律条文，成为埋地钢制管道和储罐的必建项目［3］，并且在API651 及SYT-0088-2006都做了规定：对新建的储罐的罐底外壁除经详细的调查确认不需做阴极保护外，在设计中应采用阴极保护进行控制，并使储罐在使用期间得到持续的保护。对已建储罐，经调查研究，分析确认腐蚀会影响到储罐的安全或经济运行时，应采取阴极保护措施。由此可见，储罐底板采用阴极保护是非常必要的。然而，如何以经济的措施减轻、解决储罐的腐蚀，采用怎样的阴极保护方式，在储罐的设计中尤为重要。

2　目前常采用的阴极保护方式、原理及其优缺点

2.1阴极保护方式分类

目前储罐的阴极保护方式主要有两大类：强制电流和牺牲阳极系统。其中，强制电流阴极保护系统是采用外部的直流电源直接向被保护金属通以阴极电流，使其阴极极化，达到保护目的［4］。它主要由辅助阳极、参比电极、直流电源和相关的电缆组成。强制电流阴极保护系统又分为：深井阳极、柔性阳极和网状阳极［5］。牺牲阳极阴极保护系统利用一种比被保护金属电位更负的金属或合金与被保护金属进行电连接构成。在电解液中，牺牲阳极因较活泼而优先溶解，释放出电流供被保护金属阴极极化，实现保护［4］。

2.1强制电流阴极保护

强制电流阴极保护优点：（1）可调的大的驱动电位；（2）保护大型结构时能实现高的电流输出；（3）输出电流可调；（4）适合几乎所有电阻率的土壤。缺点：（1）对外围结构有可能存在干扰问题；（2）需要外加电源；（3）对于小型结构，维护、操作、投资费用高；（4）需要专业的维护管理。

2.1.1网状阳极阴极保护

网状阳极阴极保护系统是由混合金属氧化物阳极带和钛导电片按设计间距垂直敷设的一种阴极保护系统。适合于保护电流大的储罐底板，并且可根据需要任意调节电流、电压。对于储罐底板面积较大的罐体，网状阳极系统的优势更为突出，它对底板中心部位保护起决定作用［5］。

网状阳极系统优点：（1）比其他阴极保护系统电流分布更均匀；（2）基本上不产生杂散电流，对邻近结构不会产生腐蚀干扰；（3）接地电阻小，阳极寿命长；（4）施工安装简单，不需要回填料，敷设时间短；（5）对于大型储罐来说，工程造价更低；（6）受后道工序施工损坏的可能性小；（7）阳极网能承受沥青砂和砂垫层施工操作，施工质量高；（8）管道与储罐之间不需要绝缘处理［6］。正因为网状阳极系统具有上述诸多优点，使得其在大型储罐的阴极保护中得到了广泛应用。

2.1.2深井阳极阴极保护

深井阳极保护系统是针对已建储罐一种有效的阴极保护方法，已被广泛应用在储罐底板阴极保护系统中。阳极材料可采用高硅铸铁或混合金属氧化物，但该系统施工较为复杂，对现场环境、地质结构、周围金属结构要求较高，要适合深井施工要求。从其保护效果及投资费用来说，保护电流不均匀，有的区域得不到保护，并且易产生腐蚀干扰，一次性投资较高，调试也较为复杂［5］。

2.1.3柔性阳极阴极保护

柔性阳极保护系统是强制电流阴极保护中一种辅助阳极，该阳极由包敷在电缆外部导电橡胶制成。橡胶外部包裹一层碳粉，铺设在储罐外底板下，直接埋设在沙中。优点：离散同心弧与罐底分布对称，电流分配均匀、电效率高、能耗小，腐蚀干扰少。缺点：填料带较容易破坏，导致填料漏失。并且在电流作用下，导电橡胶随着时间的推移，容易老化开裂，使铜芯电缆迅速腐蚀，导致系统过早失效［5］。

2.2牺牲阳极阴极保护

牺牲阳极阴极保护系统优点：（1）不需要提供额外的电源；（2）安装比较简单；（3）投资低（相对于小型储罐罐）；（4）维护费用较低；（5）干扰少；（6）不需要频繁检测。缺点：（1）输出电位有限；（2）输出电流低；（3）使用环境条件受限制（低电阻率土壤，储罐直径一般小于等于18m）；（4）使用年限相对较短，需要定期维护或者更换。

3　强制电流网状阳极阴极保护系统的设计实例

3.1网状阳极系统的应用实例

图1、图2为伊拉克2万m3油罐的强制电流网状阳极阴极保护安装图：

图1　网状阳极安装图

图2　阳极接头安装图

3.2系统的组成

本系统由混合金属氧化物阳极带、钛金属导电片、参比电极、阳极电缆接头、阳极电缆、阴极电缆、恒电位仪，防爆测试桩及防爆接线箱等组成。

3.3网状阳极系统的安装

距罐底板400mm处的砂垫层内，从罐中心处开始敷设网状阳极。网状阳极由阳极带与钛金属导电片垂直布置成网状结构，导电片位于阳极带下面，在接触处焊接在一起。施工时，先按设计间距逐根敷设导电片及阳极带，阳极带周围铺设焦炭粉。每米阳极带敷设3kg焦炭粉，每根阳极带和导电片两端距圈梁150～200mm并用小沙袋压住，用专用焊机焊接阳极带和导电片的交叉点，每个交叉点焊接至少2个点。

阳极电缆与钛导电片间用阳极电缆接头连接，每个接头至少焊接5点。罐底设计了四个阳极电缆接头，四个阳极接头在罐底均匀分布，以保证系统的可靠性及电流分布均匀，并测量和记录阳极电缆间的导电性。

长效铜/饱和硫酸铜参比电极安装前在硫酸铜溶液中浸泡24h，安装在砂垫层中，位于网状阳极上方50mm处。在罐底板中心沿半径均匀埋设6支参比电极，用于测量罐底板的保护电位。

将所有电缆从圈梁预留的导线孔引出，采取保护措施埋地至防爆接线箱、防爆测试桩。阳极网安装完并逐项检查无误后，进行基础回填。回填时先人工在阳极带上铺撒一层细砂土，然后再从外向里进行回填，防止机械辗压阳极网。破坏阳极表面的混合金属氧化膜，损坏电缆及参比电极。

4　结论

实践证明，大型储罐底板采用强制电流网状阳极阴极保护系统是一种可靠、成熟的阴极保护方式。本系统具有其他阴极保护系统不可替代的优点，对大型储罐外底板腐蚀具有显著的保护效果。并且施工工艺简单，受后道工序的影响小，使用寿命长，适用范围广，适合任何电阻率土壤。并且采用此阴极保护系统后，储罐与管道再不需做绝缘处理等优点。具有良好的经济效益和社会效益。

［1］ 赵海全.大型储罐底板设置阴极保护系统的探讨［J］.中国科技期刊数据库，2015，22（7）：291-292.

［2］ 徐峰.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［J］.科技论坛，2015，19（2）：65-66.

［3］ 杜富国，苏俊华.储罐外底板阴极保护系统的几个问题的探讨［J］.石油化工腐蚀与防护，2006，23（1）：41-43.

［4］ 胡士信，孟宪级，徐快.阴极保护工程手册［M］.北京：化学工业出版社，1999.

［5］ 李攀晖.储罐底板网状阳极的设计与安装［J］.广州化工，2012，40（1）：106-108.

［6］ 过梦飞.混合金属氧化物网状阳极的设计和安装［J］.油气储运，2001，20（6）：20-22.

［7］ 李金梅.网状阳极在10万m3外浮丁油罐罐底阴极保护中的应用［J］.腐蚀与防护，2007，28（7）：379-380.

［8］ 过梦飞.混合金属氧化物MMO网状阳极的设计和安装［J］.腐蚀与防护，2000，21（11）：495-498.

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