原油储罐管底板外壁网状阳极外加电流阴极保护工程

文章发布时间:2015-3-14 14:54:38 文章作者cnshichuang 浏览次数:

    石化厂、原油转运码头、油库通常设有大型的地上储罐用来储存原油或成品油,储罐的容积从几千立方米到十二点五万立方米。绝大多数储罐的基础是以砂层和沥青砂为主要构造,罐底板坐落在沥青砂面上。储罐底板存在着氧浓差电池腐蚀、接地极引起的电偶腐蚀、混凝土和钢筋引起的pH差电池腐蚀、杂散电流腐蚀等多种腐蚀的可能性。油罐的设计寿命一般为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。

    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。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。地上储罐需要阴极保护的部分包括储罐底板的内外壁、与底板相连的接地极、与原油沉积水接触的部分罐内壁以及未与储罐绝缘断开的埋地管线部分。储罐的直径大小决定着阴极保护方法的选择。石化大型储罐底板外壁一般采用外加电流法保护,内壁采用牺牲阳极法保护,项目施工工期一般较短,保护效果显著。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储油罐底板外壁阴极保护中的重要性。

1、油罐腐蚀情况及腐蚀分析

    11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:

    1.1.1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油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。

    13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。主要表现在如下方面:

    (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。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,牺牲阳极保护一般适用于土壤电阻率较低,储罐直径较小的环境,且周围地下金属构筑物布局复杂的环境。但储罐与管道以及其他系统绝缘性要好,否则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-1.7V。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。外加电流保护一般适用于土壤电阻率较高,储罐直径较大的环境。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l.l5万座。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014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。将在防腐层缺陷等处的暴露金属表面上进行集中的阴极保护是最佳的、经济的保护形式。这种联合保护的优点在于:

    (1)降低阴极保护的电流密度,缩短阴极极化的时间;

    (2)改善电流的分布,扩大保护范围;

    (3)延长防腐层的使用寿命。

231设计方案

    柔性阳极是近些年来开发出的一种新型辅助解决罐底电流分布问题。同时解决阴、阳极干扰问题。柔性阳极具有阴极保护电流长距离分布均匀;对邻近其它金属构筑物干扰影响小;能解决复杂管网的屏蔽问题;即使管道防腐层破坏严重或裸的罐底,也能保证电流的均匀分布等。

    采用带状金属氧化物阳极,罐底阳极网包括阳极带、钛导电片、长效参比电极和馈电缆。阳极带和钛导电片间距视罐的规模而定,例如50000m储罐阳极带间距为2。1m,钛导电片间距为8m。阳极埋深一般为0.3m,每根阳极、钛片两端距离罐周边150200mm

232电缆连接

电缆与一钛棒焊接,钛棒再与钛导电片连接,焊接处用热收缩套密封。

233电缆与储罐连接

采用铝热焊、锡焊或螺栓连接,焊接处裸露的罐壁或导线采用与管道覆盖层相适应的材料防腐绝缘。

    2.2关于储罐附件的绝缘

    储罐罐底板外侧使用外加电流阴极保护系统的,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600mm的回路(柔性阳极或网状阳极的埋深为距离罐底板600mm)。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600mm,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石化厂区埋地设备区域性阴极保护
      储罐与同区域的管线也可作为一个整体来考虑,进行局部范围的区域性阴极保护。管线与储罐之间不需要单独电绝缘,同时也可以消除金属构筑物之间的相互干扰。小范围的区域性阴极保护的投资比单个阴极保护工程投资的总和要小的多。
    因为整个石化厂区的金属构筑物十分复杂,阴极保护设计需要考虑的因素太多,阴极保护手段和阳极的选址很难满足众多因素的需要,所以只能把石化厂区先分成若干个小区域,每个区域中的金属构筑物综合考虑以达到阴极保护效果。小区域阴极保护做好以后,再从整个石化厂区的角度进行考虑,调整阴极保护设施的位置,以消除小区域间的相互影响,最终实现整个厂区的区域性阴极保护

    4石化厂区旧储罐阴极保护

    对于石化厂区的旧罐的阴极保护,可根据情况一般采用深井阳极法、浅埋阳极法进行技术改造。我所最新开发的斜井穿越法等一系列新技术在中石化湛江东兴罐区改造获得良好效果,正在积极申请推广在石化系统旧罐改造的应用。

    5 石油储罐海水试压临时保护    

在石油储罐建设过程中,水压试验是一个重要步骤,通常在储罐主体安装制作完毕,储罐防腐之前进行。由于淡水资源紧张,淡水试压成本太高,并造成大量淡水资源浪费,所以,目前建设在海岸边的储罐多采用海水进行水压试验。由于海水的腐蚀性比淡水强很多,所以在海水试压期间,必须考虑对储罐本体采取防腐蚀措施。采用临时牺牲阳极法可以保障储罐在海水试压期间只发生轻微腐蚀甚至不腐蚀,大大降低试压的成本。

    6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l5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。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。


留言列表