1 儲罐的腐蝕
加油站、儲氣站等易燃易爆油、氣的儲罐一般都設在地下小容積的儲罐,并使用細沙回填,并采取防雷靜電接地。早期填埋在沙池中的儲罐防腐設計是不用陰極保護的,地下儲罐直接受到細沙中水和空氣的腐蝕,土壤電阻率通常被作為衡量介質腐蝕性強弱的一種重要依據(jù)。一般將電阻率大于50Ω·m劃分為弱腐蝕介質質,但實際介質條件往往是不均勻的。各種影響因素相互關聯(lián),比如儲罐的鋼體在干燥的沙介質中不具備產生電化學腐蝕的條件。因為干沙的電阻率極大,但在潮濕滲水的狀態(tài)下,沙的電阻率急劇下降,局部腐蝕的電池的陰、陽極區(qū)通過介質中的水及其雜質鹽類的傳導使腐蝕得以持續(xù)進行。鋼體在沙介質中的腐蝕電位與沙的含水量有著密切的關系,腐蝕電位隨著沙中水含量的增加負移,腐蝕傾向變化從不腐蝕到強腐蝕。隨著國家對安全事故的越來越重視,陰極保護作為簡單的安全保障措施也越來越受人們的重視,埋地儲罐陰極保護才得到逐步地推廣。
由于地下儲罐體積比較小,結構簡單,需要保護的部分包括儲罐罐體和、罐體相連的少量埋地管道以及儲罐的靜電接地系統(tǒng)。單個地下儲罐大多采用犧牲陽極陰極保護,如果大量的地下儲罐集中在一起,也可以采用強制電流陰極保護。目前應用陰極保護比較多的是液化氣加氣站、天然氣加氣站、加油站的地下儲罐。
2 儲罐的防腐措施
2.1 外涂層
儲罐填埋前應按SHJ22-90《石油化工設備與管道涂料防腐設計與施工規(guī)范》進行防腐處理,涂料為環(huán)氧煤瀝青,纏繞材料為玻璃布,每層涂料厚度必須大于等于0.2mm,每層玻璃布纏繞厚度為1.5mm。每涂一層涂料,纏一層玻璃布,直至防腐層總厚度大于5.5mm為止。
2.2 鎂合金犧牲陽極陰極保護
根據(jù)小范圍區(qū)域特點和介質高電阻率,選用鎂合金犧牲陽極,它具有較負的工作電位和較大的驅動電壓。為使陽極輸出電流分布均勻,減小陽極溶解電阻,陽極四周有10mm厚的填料,其組分為工業(yè)硫酸鈉、石膏和澎潤土,按比例攪拌均勻,與陽極一起裝入?200×1100mm的棉布袋,即為陽極包。陽極電纜采用VV-1×10mm2多股銅芯電纜,端頭先與100mm×100mm鋼板銅焊,再將鋼板焊接到儲罐底部的支撐板上,所有接頭裸露處均用環(huán)氧煤焦油涂封。14 支8kg陽極均勻布置在儲罐四周距罐底部高度約0.6m的位置。
儲罐上、下部各安裝一支埋地長效硫酸銅參比電極,為使參比電極工作穩(wěn)定、延長使用期限,與陽極相同的填料放入?yún)⒈入姌O周圍,制成?200mm×300mm的參比電極包。
3 罐體表面電流密度分布的主要影響因素
犧牲陽極的輸出電流為:I=ΔE/R。式中: ΔE為犧牲陽極的工作電位與被保護體的電位之間的差,即驅動電壓。 R為系統(tǒng)回路的總電阻。主要為犧牲陽極與被保護體之間介質的電阻,R的大小決定了到達被保護體金屬表面的電流密度,而R又與介質的電阻率ρ、截面積A和陽極到達被保護體某一位置之間的距離L存在如下關系:R=ΡL/A
對填沙地下儲罐,隨著沙介質含水量從上往下逐漸增加,ρ逐漸減小,且上部區(qū)域沙體離地表距離較近,受氣候影響產生的干、濕波動引起ρ隨之變化。而下部區(qū)域沙體一直處在潮濕狀態(tài),ρ較穩(wěn)定。另外宏觀上罐體表面的上部區(qū)域與陽極床的距離(L)大于罐體下部與陽極床的距離。因而到達儲罐表面上部區(qū)域的電流密度小于下部區(qū)域,而受地表氣候變化的影響,上部區(qū)域電流密度的變化大于下部區(qū)域,所以罐體表面所處位置與陽極的間距、周圍的變化而引起電阻率ρ改變是影響儲罐表面電流密度分布的主要因素。
4 保護電位檢測
由于罐體的下部區(qū)域沙介質一直處在潮濕的狀態(tài), ρ較小, 且罐體表面與陽極床的距離較近, 因而下部表面區(qū)域的電流密度較大, 電位穩(wěn)定在最佳保護狀態(tài)。進入夏季以后, 地表溫度升高, 受其影響上部沙體含水量日趨減小, 秋冬季節(jié)氣候干燥, 雨量偏少ρ逐漸增大, 表面電流密度減小,保護電位緩緩正移。春天雨季到來后,上部沙體隨著濕度增大、ρ減小, 電流密度增大, 電位又逐漸負移。
5 結束語
地下埋沙儲罐罐體表面保護電位分布的均勻程變化影響。陽極布置應考慮現(xiàn)場條件、季節(jié)、地下水位等因素,均勻分布在罐體四周,高度選擇在既能常年保持潮濕以使陽極能正常工作,且又盡量能使罐體表面電流分布均勻的位置。
電位測量是檢測陰極保護效果的一個重要手段,長效參比電極有一定的使用期限,在現(xiàn)場生產中難以校正或更換, 因此在土建設計時應考慮在垂直槽底的罐壁切線位置所對的蓋板上預制一個小洞,以便插入鉆有許多小孔的聚乙烯管,使參比電極能夠沿管內測到罐體表面任一高度位置的電位。
通往陰極保護區(qū)域外的管道應采用絕緣法蘭,使地下儲罐與罐外工藝管線系統(tǒng)嚴格分開。儲罐的防雷接地體實際上與犧牲陽極電連接,因此區(qū)域犧牲陽極陰極保護儲罐的接地宜采用鋅合金,不能采用銅或者裸鋼。