摘要：原油中含有活性硫化物及脂肪酸―环烷酸等具有腐蚀性的物质，而且在原油储罐底部有一沉积水层。这些物质都会引起罐底板、中央排水管、加热器的腐蚀。通常点蚀穿孔，影响作业安全和罐的利用率。采用牺牲阳极保护法联合重防腐涂层对底板等进行保护。
关键词：原油储罐  罐底板  牺牲阳极  参比电极    
1、引言
兰州石化公司现有罐区28个，储罐130具，储罐总容量97万立方米，其中现有原油库容58万立方米，轻质油库容49万立方米。其中有些储罐使用年限已超过25年，由于腐蚀问题造成的停产检修发生过多次，是油罐设计、改造、维修过程中比较棘手的问题。随着公司加工能力的逐年加大，解决油罐腐蚀问题已经迫在眉睫。在2008年开工建设的10万方原油储罐中，开始应用阳极保护法解决腐蚀问题。
2、分析
原油中含有活性硫化物及脂肪酸―环烷酸等具有腐蚀性的物质，而且在原油储罐的底部有一层原油沉积水。这些物质都会引起罐底板、罐内排水管、加热器的腐蚀。以前公司的原油储罐的防腐是对罐底板涂刷重防腐涂料。因为罐体施工中无法保证漆膜完整，涂装前表面处理也很难做到彻底干净（喷砂时的天气影响，喷砂后不能及时涂装），所以这种方法效果不是很理想。一般七年左右罐底板或加热器就会穿孔。每次穿孔后这些罐就要停产、清罐、换管、底板补漏，甚至更换整张底板。随之也就会有因罐容紧张而无法卸船的尴尬局面出现。而且因罐底板或加热器穿孔造成油品外漏都容易引起安全事故。下表是公司10万方原油储罐常储油品的腐蚀性表：
表1  10万方原油储罐中常储存油品的腐蚀性表^[1]

油品 名称	长庆：青海：牙哈=84:8:8	长庆：牙哈：青海=83:10:7	北疆：南疆：哈萨克斯坦：牙哈：青海=44:17:22:9:8	南北混+哈油	北疆：南疆：哈萨克斯坦：牙哈=49:18:24:9
含水量m%	0.25	0.15	0.25	0.25	0.20
含硫量m%	0.17	0.18	0.72	0.74	0.68
酸值 mgKOH/g	0.056	0.072	0.201	0.192	0.196

含硫量的高低，表示硫化氢和有机酸化物的多少。原油中硫含量大于2%时称为高硫原油，低于0.5%时称为低硫原油。硫化氢和含硫有机酸化物对金属有腐蚀作用，被称为活性硫化物。介质中硫含量越高腐蚀性越强。油品的酸性不同，表明油品中的脂肪酸―环烷酸含量不同，酸值越高油品的腐蚀性越强。由上表可以看出所储运的油品中酸值和含硫量变化较大，这在一定程度上加速了罐底板的腐蚀速度。根据石油部标准SYJ47-84《钢质管道及储罐防腐蚀工程设计规范》及SYJ47-91《原油处理容器内部阴极保护系统的设计安装运行与维护》的要求，储油罐均应采取内外防腐涂层加阴极保护的联合防腐蚀措施。储罐的阴极保护有牺牲阳极保护法和外加电流保护法。
3、解决方案
外加电流法一般适于介质电阻率比较高，保护电流比较大的器件。原油的沉积水电阻率一般在50~60Ω· cm。（不高）外加电流阴极保护法：（1）电流、电压可调，但调节不当会造成过保护加速被保护件的腐蚀速率。（2）电流分布均匀，对周围金属设施和用电设备会造成一定影响（即使是网状电极也不可能一点影响不产生）（3）一次投资较大，施工技术相对要求要高。（4）需要外部电源，维护管理工作量大。（5）绝缘防渗工作要做好，否则加速附近原件的腐蚀。（6）需要防雷击和静电。
牺牲阳极保护一般适于介质电阻率较低，保护电流不大的器件。特点：（1）施工简单，但保护电流分布不如外加电流法均匀。（2）对相连接的和附近的管件不会造成影响。（3）投产后基本不需要维护管理。（4）大的工程项目投资相对多一些，但不必考虑防爆、防渗等问题。
综上我们采用牺牲阳极保护法。
3.1 保护机理：
将被保护金属与电位更负的活泼金属相偶接，由于两者电极电位不同，可以构成原电池，如图1，所产生的电流便是起阴极保护作用的阴极电流。假设牺牲阳极（M）与被保护金属（N）的面积相等，那它们相偶接时可用极化曲线图来表示。在图2中I_A^M表示牺牲阳极电位与流经它表面阳极电流关系，I_a^M表示牺牲阳极电位与牺牲阳极溶解速度的关系；I_K^N表示被保护金属与流经它表面的阴极电流的关系，I_a^N表示被保护金属电位与被保护金属溶解速度的关系。如果短接后系统的总电阻为零，则偶接后的偶对电位为Ep，被保护金属N的腐蚀由接前的I_c^N降为零。但牺牲阳极M的腐蚀速度却由偶接前的I_c^M增至工作状态下的I_P^M。同理，如果偶接后电阻不为零，则保护电流不能到达最大值，需换电位更负的牺牲阳极。即与被保护金属的腐蚀电位之间差值增大，因而可克服较大的电阻并产生足够大的保护电流。这样，当系统存在较大电阻的情况下，被保护金属仍能得到完全保护。
 
3.2 保护指标：
1）、材料的使用寿命在10年以上，在有效保护期内，保护维持在-0.85V~-1.05V（相对于饱和Cu/CuSO₄参比电极）之间。
    2）、在有效保护期间内，被保护率≥90%
3.3 牺牲阳极的选择：
在内壁采用牺牲阳极保护时，要注意温度的影响。大罐设计温度65℃。在40~70℃的水介质环境中，镁阳极因腐蚀率太高不适用，锌阳极则还会发生极性逆转而加速钢的腐蚀。铝基阳极可有效避免以上情况，并且铝基阳极的综合性能最好、最经济。其理论电当量和有效电当量均最大，效率比镁基阳极高，比重虽高于镁基阳极，但比锌基阳极低的多。铝基阳极的消耗率是三种材料中最小的，而且铝基阳极熔炼时不象锌基阳极那样对人体有较大毒性。故选择符合GB4949-85[铝-锌-铟系合金牺牲阳极]标准的AC-2型^[2]，如图3所示。

                                  图3
3.4 阳极设计计算：
< >需的保护电流：I=i×S牺牲阳极发生电流：^[3]极数量的确定：阳极使用寿命计算：钢种
牌号
手工焊
埋弧焊
焊条牌号
符合国际型号
相当于AWS 型号
钢丝牌号
焊剂
牌号
符合国际型号
相当于AWS 型号
碳素钢
Q235Q20R
J422
J427
E4316
E4315
E6016
E6015
H08A
HJ431
HJ401
F6AZ-EL12 4、效果评定：
经过两年的运行及监测，阳极进入稳定工作状态后，用饱和Cu/CuSO₄参比电极和万用表对罐组中每个大罐取12个点测定保护电位^[4]，测定结果均小于-0.85V，保护效果良好，设计是成功的。
在正常工况下，预计保护年限能达到15年以上。可保证生产的安全高效，可节省数百万元的维修费用和大量的停产维修时间，具有推广价值。
 
参 考 文 献
[1]、《原油评价数据集》中国石化出版社  中国石油化工股份有限公司编著
[2]、《海船牺牲阳极阴极保护设计和安装》  国家标准局  1988.02.09
[3]、《腐蚀与防护手册》  化学工业出版社 1993.10   化学工业部化工机械研究院主编
[4]、《腐蚀工程学》 大连理工电化学工程教研室  1998.6