阴极保护防储罐腐蚀研究

邱思宇

（中国石油大庆石化公司，黑龙江大庆 163714）

0 引言

大庆石化公司石化乙烯装置多个地面储罐已使用多年，近几年不断有储罐发生腐蚀泄漏问题。腐蚀部位主要在罐底外壁及罐壁外侧距罐底1 m 范围内。地面储罐普遍采用涂漆防腐，经多年使用，涂层普遍存在裂纹、脱落等问题。涂层脱落后，罐体裸露面在潮湿环境下极易形成局部腐蚀电池，使罐体受到腐蚀。

早期投用的地面储罐除了涂防腐漆外，没有结合其他防腐技术，因此防腐效果不理想，易出现储罐腐蚀问题。随着防腐技术的发展，储罐的腐蚀控制技术日趋成熟，新建储罐除进行涂层外，同时还结合阴极保护技术对储罐进行防腐，阴极保护技术是控制钢制储罐罐底板外壁腐蚀行之有效的方法。

1 阴极保护贮罐腐蚀原理

在化工装置中有许多储罐存在腐蚀问题，解决腐蚀问题的方法有很多，而阴极保护法是最有效的防腐方法之一，它能使裸露储罐获得集中的电流保护，有效弥补涂层缺陷引起的腐蚀。

根据电化学腐蚀理论：浸在同一电解质中的两种金属在与外部电源相连时，就组成了电解池，与电源负极相连的金属为阴极，电极发生的是还原反应。与电源正极相连的金属为阳极，电极发生的是氧化反应。由于两个电极之间有电位差存在，于是就有电流通过电解质流通，使阳极金属不断失去电子而发生腐蚀，阴极金属（储罐）不断得到电子而得到保护。流通电流越大，阳极金属腐蚀速度越快；流通电流越小，阳极金属腐蚀速度越慢。

2 储罐罐底外壁的阴极保护规定

对于储罐罐底外壁的阴极保护国内外有如下规定[1]：

（1）正常情况下，贮罐底对地最小保护电位相对于饱和硫酸铜参比电极应达到-0.85 V；当土壤中硫酸根含量超过0.5%时，保护电位应达到或低于-0.95 V。

（2）罐底板和土壤相接触的参比电极之间测得阴极极化电位差不小于100 mV。

3 牺牲阳极的阴极保护法

对于底面积较小的、防护涂层良好的储罐，周围土壤电阻率低于200 Ω·m 时，可选用牺牲阳极的阴极保护法。

对于新建储罐，将棒状阳极均匀水平安装于罐底部。对于建好的贮罐，可将阳极均匀等分安装于贮罐四周，使得保护电流均匀流通。棒状阳极多采用垂直埋设，材料多选用比铁活泼的金属镁或锌[2]。通常阳极布置的方式有以下4 种：

（1）储罐周围垂直或水平布置阳极。

（2）储罐罐底下面水平布置阳极。

（3）在储罐旁边设置深井阳极。

（4）用倾斜式钻孔技术把阳极布置在罐底下部深7.6～10.7 m 处。

上述4 种阳极布置方式各有优缺点，选用哪种布置方式要根据储罐的具体情况及现场实际情况进行确定。这4 种布置方式中，第4 种倾斜式钻孔深埋阳极可使直径较大的储罐整个罐底电流均匀分布，并提高中心部位的保护水平，保护效果最佳。当相邻几个储罐均需阴极保护时，可将几个储罐连为一体，共同实施阴极保护。

4 储罐罐底外壁保护电位的测量

储罐罐底外壁的阴极保护系统投入运行后，需对底板外壁保护效果进行测量，以评价是否达到阴极保护指标[3]：-0.85 V 以下（相对于饱和硫酸铜电极）。对于新建储罐可预埋参比电极，安装方式有两种：

（1）将永久性参比电极沿着半径方向设置在底板下面，将其电缆引线引至罐周围的测试箱接线板上，可方便地测出罐底的电位分布。

（2）将一根带孔的聚氯乙烯（PVC）管或纤维增强塑料（FRP）管预埋在储罐底板下，使参比电极在管内移动，也可测出罐底电位分布，特别是罐底板中心部位的电位。

对于已有的储罐，罐底电位分布的测量可采用定向钻法从罐底周边向中心钻孔，将带孔的PVC 管或FRP 管安装在钻孔内，安装完毕后，将参比电极从周边逐步移到罐底中心处，即可测量罐周至罐底中心之间的电位分布，获得罐底中心保护水平的准确数据。当由于某些原因不能按上述方法进行实际测量时,可以根据经验以测量储罐周边的保护电位来判断。根据国外资料报道，一个直径36.6 m 的储罐底板在阴极保护时，中心处的电位比罐周边的电位正300 mV 左右，这样对于直径≤36.6 m的储罐，可由测出的罐周边电位推算出罐中心的电位。国内有关规范[4]规定了在罐周测量电位要求为-1.1～-1.2 V。

5 阴极保护注意事项

（1）罐体与外界电绝缘：实现储罐罐底外壁阴极保护应将被保护的储罐和相连设备之间进行电绝缘，以防电流流失，使储罐保护失效。

（2）电的连续性：当要防腐的储罐与有关管道相连时，应同时进行阴极保护，并保证具有良好的电连续性。罐与罐体之间应焊接跨接导线或钢条，以有利于电流均匀分布。

（3）接地极问题：通常为了避雷和消除静电，储罐要安接地装置，传统上采用铜材或镀锌钢等材料制作，由于接地材料与储罐的材质不一致，在一定条件下会形成电偶腐蚀电池，储罐因是碳钢制作，此时电位偏负，成为阳极，则被腐蚀。将储罐罐底外壁进行阴极保护时，虽可减轻这种腐蚀，但消耗电流太大，造成浪费，所以必须改造传统的接地极。建议采用锌或镁材料的接地极。

6 储罐阴极保护应用实例

某新建罐容积为3000 m3，储罐储存介质为汽油，储罐直径16 250 mm，罐高14 320 mm，罐底阴极保护面积207.3 m3。

（1）阴极保护具体工作：阳极材料为镁合金，单只重量14.5 kg，共42 只。阳极沿罐周均匀分布，平均分成6 组，每组7 只。镁阳极埋设方式为水平式并垂直于罐壁，埋设深度2.2 m、阳极间距1.5 m、阳极电缆埋设深度1.8 m。

（2）阴极保护测量：测量内容主要包括电化学参数测量和镁阳极的开路电位、接地电阻等内容。储罐电化学参数测量结果见表1，镁阳极安装测量记录见表2。

表1 储罐电化学参数测量结果

表2 镁阳极安装测量记录

（3）阴极保护的运行维护：①系统投入运行3～6 个月后进行初始检测，以验证系统是否达到或满足阴极保护判据，而后可1～2 月检测一次；②罐安装了4 个测试桩，可在测试桩处进行罐底板外壁保护电位的测量；③按照规范要求[5]，罐底板外壁各处的最小保护电位应达到-0.85 V 或罐周的保护电位达到-1.10～-1.15 V；④阴极保护系统投用正常后，要进行定期巡检，在阳极和参比电极安装处长期处于干燥状态时应适当用水湿润一下；⑤由于测试桩位于厂区户外，大气污染较严重，应定期检查维护测试桩。主要检查接线板的接线柱和接线片固定是否牢固、是否腐蚀生锈，如果有锈蚀产物，应用砂纸将其打磨除去，否则将影响电位测量。

7 结语

工业发达国家十分关注储罐罐底外壁的阴极保护技术，因为这项技术是解决储罐罐底外壁腐蚀最经济有效的措施。

阴极保护技术成熟、安全可靠、施工简单、检测方便、施工费用少，配合防腐涂层的保护，可以完全控制腐蚀的蔓延，是钢质储罐防腐蚀最经济的手段之一，能为企业创造更大的经济效益和社会效益。