某裝車站區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

劉 昊，趙 冬，張 濤

（1. 中國 石油天然氣股份有 限公司 西南 管道蘭成渝輸油分 公司，四川 廣元 628015；2. 中國石油天然氣股份有限公司 西南管道蘭成渝輸油分公司，四川 彭州 611900；3. 中國石化江漢石油工程設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430040）

某裝車站區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

劉 昊1，趙 冬2，張 濤3

（1. 中國 石油天然氣股份有 限公司 西南 管道蘭成渝輸油分 公司，四川 廣元 628015；2. 中國石油天然氣股份有限公司 西南管道蘭成渝輸油分公司，四川 彭州 611900；3. 中國石化江漢石油工程設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430040）

陰極保護(hù)技術(shù)已在我國長輸埋地管道得到了廣泛應(yīng)用，但對(duì)于站場內(nèi)儲(chǔ)罐的防腐卻一直沒有引起足夠重視，儲(chǔ)罐下底板長期遭受土壤腐蝕，腐蝕狀況嚴(yán)重，一旦泄漏將造成嚴(yán)重的后果。由于站場內(nèi)管線密集，所以對(duì)站場進(jìn)行區(qū)域陰極保護(hù)容易遇到屏蔽與干擾問題。針對(duì)某裝車站內(nèi)的陰極保護(hù)情況，并對(duì)其系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)造成儲(chǔ)罐外底板電化學(xué)腐蝕的因素包括土壤腐蝕和細(xì)菌腐蝕。通過分析得出，儲(chǔ)罐測試電位不在保護(hù)范圍之內(nèi)的原因?yàn)镮R 降過大造成測量電位與實(shí)際電位值相差過大。

陰極保護(hù)；儲(chǔ)罐；站場；腐蝕

某裝車站內(nèi)有3座凝析油罐，2座消防水罐。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，儲(chǔ)罐外底板受到土壤介質(zhì)的腐蝕作用，一旦發(fā)生腐蝕泄漏，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境破壞，甚至引起火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重后果。所以對(duì)儲(chǔ)罐外加電流進(jìn)行陰極保護(hù)能有效的控制儲(chǔ)罐外底板的腐蝕，延長儲(chǔ)罐的壽命。保護(hù)電位是判斷儲(chǔ)罐陰極保護(hù)狀態(tài)的一個(gè)重要的參數(shù)，根據(jù)SY/T0088-2006《鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，在施加陰極保護(hù)的情況下，罐/地電位要達(dá)到-1 200～-850 mV（相對(duì)飽和銅/硫酸銅參比電極）[1]。所以對(duì)站內(nèi) 5 座儲(chǔ)罐底板電位進(jìn)行調(diào)查，把保護(hù)電位作為儲(chǔ)罐底板是否達(dá)到保護(hù)要求的依據(jù)。

1 站內(nèi)儲(chǔ)罐外底板腐蝕原因

一般原油儲(chǔ)罐的外底板是儲(chǔ)罐腐蝕最嚴(yán)重的部位。儲(chǔ)罐外底板腐蝕的機(jī)理一般分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類，其中電化學(xué)腐蝕是最主要的腐蝕類型[2]。對(duì)于該站，造成儲(chǔ)罐外底板腐蝕的因素也有很多種，其中土壤腐蝕、細(xì)菌腐蝕為最主要的兩個(gè)因素。在收發(fā)油過程中，儲(chǔ)罐經(jīng)歷滿載和空載地交替，儲(chǔ)罐底部承受著交變載荷，造成儲(chǔ)罐外底板和與其接觸的地層瀝青砂面出現(xiàn)微小縫隙，容易造成地下水、雨水、空氣進(jìn)入到縫隙之中，與儲(chǔ)罐的外底板接觸，對(duì)于含氧濃度不同的縫隙處，構(gòu)成了氧濃度差電池，加速了儲(chǔ)罐外底板的腐蝕，造成嚴(yán)重的局部腐蝕[3]。土壤是一種復(fù)雜的多相非均勻體系，對(duì)該站儲(chǔ)罐周圍的3個(gè)土壤樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測。對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)土壤中氯離子濃度達(dá)到 400～600 mg/L，氯離子容易吸附在罐底板腐蝕缺陷部位，與金屬形成氯化物，造成罐底板處點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕處與點(diǎn)蝕外部形成微電池，進(jìn)一步加速腐蝕速度，使腐蝕更加嚴(yán)重。土壤中含有水分，土壤偏堿性，硫酸根離子含量達(dá)到 300～400 mg/L，適合硫酸鹽還原菌生存，這種微生物可以在無氧或極少氧情況下，將硫酸鹽還原成硫化氫，生成硫化亞鐵，由于該氧化還原反應(yīng)消耗了金屬腐蝕反應(yīng)生成的氫原子，所以加速了儲(chǔ)罐外底板的腐蝕[4]。

2 儲(chǔ)罐陰極保護(hù)技術(shù)

20 世紀(jì) 70 年代，勝利油田首次采用區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)對(duì)儲(chǔ)罐和埋地管網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，90 年代之后，國內(nèi)越來越多的站場開始使用區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)。目前，對(duì)于儲(chǔ)罐外底板的陰極保護(hù)主要采用的是外加強(qiáng)制電流的方法。如圖1所示，被保護(hù)的儲(chǔ)罐底板與恒電位儀的負(fù)極相連作為陰極，外加電流使陰極極化，從而減輕儲(chǔ)罐外底板的腐蝕。整個(gè)儲(chǔ)罐陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由恒電位儀、輔助陽極和長效參比電極構(gòu)成。儲(chǔ)罐陰極保護(hù)中，輔助陽極主要布置形式分為深井陽極、淺埋陽極和柔性陽極這三種類型。參比電極一般埋設(shè)在儲(chǔ)罐底板下墊沙層內(nèi)或埋設(shè)于距離儲(chǔ)罐底板較近的邊緣土壤內(nèi)。

圖 1 外加強(qiáng)制電流儲(chǔ)罐陰極保護(hù)Fig.1 Plus forced current tank cathodic protection

3 輔助陽極地床及參比電極

3.1 輔助陽極地床

站內(nèi)建有2個(gè)陰保間，4套強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，安裝深井陽極地床2口和2組罐底網(wǎng)狀陽極。2#、3#大罐由 2 套老系統(tǒng)保護(hù)，采用罐底網(wǎng)狀陽極；1#大罐跟消防水罐為新增 2 套系統(tǒng)保護(hù)，采用深井陽極，其中 2 個(gè)消防水罐共用 1 套系統(tǒng)保護(hù)，1#大罐單獨(dú)由 1 套系統(tǒng)保護(hù)。1#陽極井保護(hù)消防水罐，2#陽極井保護(hù) 1#凝析油罐。1#與 2#陽極井，鉆建井深為 45 m，孔徑為 450 mm，安裝陽極體 10 支，每組之間采用電焊焊接，焊接牢固。每組連接VV/1Kv-1×10 mm2的電纜引線 47 m，每組陽極體引線穿過電纜保護(hù)套管連接到防爆接線箱內(nèi)。安裝Φ50 PVC 排氣管 47 m，排氣管之間連接牢固。填充焦炭，再填充Φ16-3 mm 礫石 2 方。安裝電纜防爆接線箱，連接陽極主電纜至陰保間。從井口至井口以下 20 m 處套管外壁做加強(qiáng)級(jí)瀝青玻璃布防腐，井口以上部分刷紅丹防銹漆兩遍。根據(jù)GBT21246-2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法》，對(duì) 1#與 2#深井陽極地床測試接地電阻[5]。測得數(shù)據(jù)見表 1，可以看出深井陽極的接地電阻不大于 2 Ω。

表 1 陽極井接地電阻Table 1 Well grounded anode resistance

3.2 長效參比電極

近參比法是通過參比電極緊鄰被測金屬構(gòu)筑物表面，采用忽略土壤 IR 降來修正被測電位的一種方法。在測試樁內(nèi)安裝有長效參比電極的地點(diǎn)，應(yīng)直接用測試樁內(nèi)的長效參比電極進(jìn)行電位測量，這是消除土壤 IR 降得最好方式。通過開挖 1#參比井與 2#參比井，查看長效參比電極的整個(gè)埋設(shè)狀況，將標(biāo)準(zhǔn)參比電極在地表與坑底測量數(shù)值與埋地長效參比電極測試數(shù)值進(jìn)行對(duì)比。

（1）1#參比井

測試坑規(guī)格：3 m×1.2 m×1.5 m；

特征描述：測試坑位于 1#凝析油罐的南側(cè)，埋地長效參比電極被膨潤土填料袋包裹；

長效參比電極測試電位：埋地長效參比電極測得儲(chǔ)罐電位為-1 004 mV。便攜式標(biāo)準(zhǔn)參比電極在地表測得電位為-863 mV；標(biāo)準(zhǔn)參比電極插入坑深 0.5 m 處，測得電位為-1 004 mV；插入坑深 1 m 處，測得電位為-1 012 mV；插入坑底與長效參比相同位置處，測得電位為-1 013 mV。

（2）2#參比井

測試坑規(guī)格：2.4 m×1.2 m×1 m；

特征描述：測試坑位于 2#消防水罐的北側(cè)，埋地長效參比電極被膨潤土填料袋包裹；

長效參比電極測試電位：埋地長效參比電極測得儲(chǔ)罐電位為-941 mV。便攜式標(biāo)準(zhǔn)參比電極在地表測得電位為-943 mV；標(biāo)準(zhǔn)參比電極插入坑深 0.5 m 處，測得電位為-947 mV；插入坑底與長效參比相同位置處，測得電位為-941 mV。

4 陰極保護(hù)效果

罐/地電位是陰極保護(hù)技術(shù)中一個(gè)重要參數(shù)，儲(chǔ)罐底板的腐蝕態(tài)勢、保護(hù)狀況，都可根據(jù)測得的罐/地電位進(jìn)行分析、判斷，是直接、明確、唯一進(jìn)行儲(chǔ)罐保護(hù)情況分析、判斷的依據(jù)。對(duì)保護(hù)區(qū)域內(nèi)所屬的陰極保護(hù)測試樁進(jìn)行罐/地電位測試。

站內(nèi)有測試樁 12 個(gè)，均為鋼制，測試樁測試電纜的一端與被監(jiān)測的儲(chǔ)油罐連接，另一端從測試樁底板的傳線孔穿出并連接到接線板上。1#-6#測試樁用來測試 1#凝析油罐和消防水罐的電位大小。在通電狀況下對(duì)6個(gè)測試樁進(jìn)行保護(hù)電位測試，由測試樁保護(hù)電位測試數(shù)據(jù)可得出，測試樁保護(hù)電位均在保護(hù)范圍之內(nèi)，測試樁測得管地電位都處于-1200～-850 mV 之間，達(dá)到保護(hù)狀態(tài)，保護(hù)效果良好。大部分標(biāo)準(zhǔn)參比電極測量結(jié)果與長效參比測量結(jié)果相差不大，相對(duì)誤差一般小于 8%。根據(jù) GBT 21246-2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法》的要求，在完全斷電 24h 后，對(duì)未施加陰極保護(hù)電流的管道自然電位進(jìn)行測量[5]，所測得 1#-6#測試樁處的自然電位保持在-700～-500 mV 之間。

因 2#與 3#罐沒有安裝測試樁，所以只能在儲(chǔ)罐底板邊緣直接測試，發(fā)現(xiàn)電位大小未達(dá)到保護(hù)要求，總結(jié)可能發(fā)生失效的原因，分為以下幾點(diǎn)：

1）儲(chǔ)罐陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方案不合理；

2）施工質(zhì)量不合格；

3）絕緣法蘭失效；

4）恒電位儀連接的長效參比電極反饋給恒電位儀的電位大小有誤差；

5）發(fā)生了屏蔽或陰極保護(hù)系統(tǒng)之間相互干擾。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)恒電位儀測試數(shù)據(jù)輸出電位正常，絕緣法蘭絕緣性能良好，2#與 3#儲(chǔ)罐采用的是罐底網(wǎng)狀柔性陽極，設(shè)計(jì)方案合理。站場管道全部地面架空敷設(shè)，不存在站內(nèi)管線屏蔽問題。經(jīng)分析后得出，IR降過大造成所測數(shù)據(jù)誤差較大，實(shí)測 2#與 3#罐壁底板下的鋼筋混凝土環(huán)梁基礎(chǔ)高1.736 m，儲(chǔ)罐外壁被防腐保溫層覆蓋，測試保護(hù)電位時(shí)，造成IR降過大，導(dǎo)致測量誤差較大。

1#、2#消防水罐周圍還有 5 個(gè)絕緣法蘭測試樁，按照 GBT 21246-2007 的要求，先通電情況下對(duì)絕緣法蘭兩側(cè)的電位進(jìn)行測試，斷電 24 h 之后，再對(duì)絕緣法蘭外側(cè)的電位進(jìn)行測試。發(fā)現(xiàn)絕緣法蘭通電時(shí)內(nèi)側(cè)電位均達(dá)到保護(hù)要求時(shí)，通電外側(cè)電位與斷電外側(cè)電位大小基本相等，說明 7#-12#絕緣法蘭絕緣性能良好。

5 結(jié)束語

（1）儲(chǔ)罐外底板的腐蝕主要是由于土壤中含氯離子、硫酸根離子濃度較高，造成土壤腐蝕和細(xì)菌腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重；

（2）針對(duì)站場儲(chǔ)罐底板腐蝕情況嚴(yán)重，土壤腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，采用深井陽極對(duì)儲(chǔ)罐外底板進(jìn)行陰極保護(hù)，能使儲(chǔ)罐外底板得到有效的保護(hù)；

（3）從 12 個(gè)測試樁的電位測試結(jié)果來看，測試樁測得管地電位都處于-1 200～-850 mV 之間，1#凝析油罐與消防水罐均能達(dá)到保護(hù)要求，通過電位法測試6個(gè)絕緣法蘭的絕緣性能，發(fā)現(xiàn)絕緣法蘭的絕緣性能良好；

（4）分析 2#與 3#罐的測試電位過高的原因，是由于罐底板下的鋼筋混凝土環(huán)梁基礎(chǔ)高過高，造成IR 降過大，從而造成測量誤差過大；

（5）為保持站場區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的連續(xù)、有效、安全運(yùn)行，消除管道的外腐蝕威脅，應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)與管理，制定詳細(xì)的巡檢措施。

［1］ SY/T0088-2006.鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].1996.

［2］ 孫永泰.原油儲(chǔ)罐底板腐蝕穿孔的原因分析[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2008，25（5）：63-64.

［3］ 韓文禮.儲(chǔ)油罐腐蝕及其防護(hù)措施[J].石油工程建設(shè)，2010，36（5）：41-47.

［4］ 王俊士.原油貯罐的腐蝕分析與防護(hù)[J].全面腐蝕控制，2009，23（7）：42-45.

［5］ GBT21246-2007.埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法[S].2007.

Application Analysis of the Cathodic Protection Technology in a Loading Station

LIU Hao1，ZHAO Dong2，ZHANG Tao3
（1. PetroChina Southwest Pipeline Company Lanzhou-Chengdu-Chongqing Oil Transmission Branch, Sichuan Guangyuan 628015，China；2. PetroChina Southwest Pipeline Company Lanzhou-Chengdu-Chongqing Oil Transmission Branch, Sichuan Pengzhou 611900，China；3. Sinopec Jianghan Petroleum Engineering Design Co., Ltd., Hubei Wuhan 430040，China）

The cathodic protection technology has been widely applied in our long-distance buried pipelines, but anti-corrosion of tanks in stations has not attracted enough attention, bottom plates of the tanks have suffered soil erosion for a long time, corrosion situation is very serious, once the leak will cause serious consequences. As the stations have intensive pipelines, regional cathodic protection for the station is easy to be shielded and obstructed. In this paper, aiming at a cathodic protection installed in the station, a detailed survey of its system parameters was carried out. It’s found that factors of tank bottom electrochemical corrosion included soil corrosion and bacterial corrosion. The analysis results show that the reason to cause that the tank test potential is not within the scope of protection is too big difference between the measuring potential and the actual potential caused by too big IR drop.

Cathodic protection; Storage tank; Station; Corrosion

TE 832

： A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1364-03

2014-04-23

劉昊（1987-），男，四川成都人，助理工程師，2009 年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)，研究方向：從事長輸管道工作。E-mail：waoenqi@126.com。