焦作市兴诚轻合金有限公司

一、设计说明

在油气储运系统中，储存是一个重要环节，目前大多采用钢质储罐。钢质储罐在运行中，经常遭受内、外环境介质的腐蚀，这种腐蚀严重影响了储罐的寿命和安全运行，造成产品损失、污染环境、难以维修等后果。所以，以较经济的措施彻底解决和减轻储罐的腐蚀成为当务之急。在储罐的内壁，油品所造成的腐蚀情况并不严重。但是，储罐的内底在运行过程中一般积存0.5米左右深的底水，这些底水的成分相当复杂，其中盐、氧、硫化氢、氯离子含量普遍偏高，电化学腐蚀性相当强，而且底水温度高（试验表明：温度每升高10℃，腐蚀速率增加10%）、PH值偏低，存在硫酸盐还原菌等，造成这一环境具有强烈的腐蚀性。据前苏联有关技术资料报导，储罐内底积水部位通常遭受均匀腐蚀和溃疡腐蚀，均匀腐蚀速率为0.04~1.1mm/a，溃疡腐蚀速率超过均匀腐蚀的2~5倍，高者可达3.8mm/a。

钢质储罐过去通常是通过防腐覆盖层来控制腐蚀的，然而防腐覆盖层的防腐年限相对较短，同时在工程实际中，由于各种因素的影响，防腐覆盖层难以达到完整无损，常在覆盖层漏敷或损伤处发生腐蚀，尤其在储罐底板腐蚀极为严重。所以当前防护措施采用防腐覆盖层联合阴极保护的形式。阴极保护是根据电化学腐蚀原理，通过阴极极化的方法抑制腐蚀电池的产生，从而达到防腐的目的。

二、设计部分

 2.1阴极保护方法的选择

阴极保护的方法分为外加电流法和牺牲阳极法，而原油储罐罐底内壁从技术及经济性方面考虑，应实施牺牲阳极法进行保护，因为这种方法对原油储罐安全可靠、无需专人管理，且保护效果好。牺牲阳极保护是采用一种比被保护金属电位更负的金属或合金与被保护的金属电性连接在一起，在电解质中，牺牲阳极因较活泼而优先溶解，释放出电流供被保护金属阴极极化，实现保护。牺牲阳极材料通常采用电极电位较负的金属为基体，主要有锌基、铝基、镁基合金三种。锌合金阳极在高温沉积水中易发生极性逆转，镁合金阳极由于活性较强，电位较负，在油罐内使用容易产生危险和副作用。目前油罐内沉积水部位的牺牲阳极材料通常采用铝合金牺牲阳极。

2.2设计依据

1》GB50393-2008 钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范

2》SY/T0019-97   钢质管道及储罐腐蚀控制设计规范

3》GB/T4948-2002 铝-锌-铟系合金牺牲阳极

4》GB/T16166-1996 滨海电厂冷却水系统牺牲阳极阴极保护

以上标准之间有不一致时，按较严格者执行。

2.3设计参数及指标

2.3.1业主提供储罐尺寸；

2.3.2有效保护期：15年；

2.3.3保护范围：储罐底板沉积水部位及侧板1m以下部分；

2.3.4保护电位：-0.85V~-1.11V之间（相对于Cu/CuSO₄参比电极）；

2.3.5保护效果：保护期内储罐不因腐蚀而产生穿孔，保障储罐安全运行。

2.4计算过程

2.4.1面积及保护电流计算

10万立方储罐保护面积：

S侧=π Dh       S底=1/4π D2     D：80米

S总=S侧+S底=251.2+5024=5275.2×1.15=6066.48 m²

根据GB50393-2008条文说明4.2.3中所述，在进行储罐内保护面积计算时，储罐内的附属钢结构应该在考虑范围，但由于其结构复杂，表面积往往不易精确计算，故在计算保护面积时，可将储罐内壁板沉积水高度的面积和储罐底板内表面积的面积的和乘以1.1~1.2的系数。

保护电流：

I=IaS总=20mA/m²×6066.48m²=121.33A

根据GB50393-2008所述，有防腐涂层的钢表面保护电流密度范围应为10mA/m²~30mA/m²。此处取中间数值：20mA/m²

5万立方储罐保护面积

S侧=π Dh       S底=1/4π D2        D:60米

S总=S侧+S底=188.4+2826=3014.4×1.15=3466.56 m²

保护电流：

I=IaS总=20mA/m²×3466.56 m²=69.33A

2.4.2阳极接地电阻计算

     R=(In – 1)=0.42

式中：R—阳极接水电阻 Ω

        —介质电阻率75Ω·cm

        —阳极长度75cm

—阳极截面当量半径 cm 按照公式=C/2 

式中：C—阳极截面周长 cm

阳极选用规格：750*（135+115）*130mm，毛重35kg，净重32kg。

2.4.3单块牺牲阳极输出电流

             It=/R=0.71

   式中： It—单支阳极发生的电流量  A

         —阳极驱动电位 V；铝合金阳极取 

R—阳极接水电阻Ω

2.4.4牺牲阳极寿命计算

         t=·=15

式中：t—阳极使用寿命  a

G—每块阳极重量  kg

Q—阳极实际电容量 A·h/kg铝合金阳极取2400 A·h/kg，

1/k—阳极利用系数，取值0.85

—每块阳极平均发生电流量A，按公式 =0.7*If

式中: If—每块阳极发生的电流 A

2.4.5牺牲阳极数量计算                     

  10万立方： N=I/ If=171

   5万立方： N=I/ If=98

式中：N—阳极数量 块

I—保护电流 A

If—每块阳极发生电流量 A

根据GB50393-2008中4.2.8部分规定，在沉积水出口部位的阳极消耗很快，需要适当增加阳极块的数量，此处增加数量为2块，计算得出，单个10万立方储罐用量为：173块，单个5万立方储罐用量为：100块。

三、材料表

四、牺牲阳极的安装

牺牲阳极一律采用焊接法进行安装，即按照下表要求，将牺牲阳极牢固地焊装在指定的位置，不得有虚焊和明显错位，确保良好电性联接和均匀保护。另外牺牲阳极外露工作表面严禁涂刷各类油漆。阳极在底板均匀分布，以同心圆放射状均匀焊接在原油储罐内部底板上，如下表所示。相邻径向分布阳极位置应适当错开，在沉积水排出口附近设置阳极2块，阳极铁芯与罐底钢板焊接。

10万立方储罐

5万立方储罐