油库的区域阴极保护技术

油库区域阴极保护技术

1.引言

油库区是集储运、加热、加压、外输等多种功能为一体，油库内的储罐、工艺管网的腐蚀与防护是油库完整性的重要组成部分，关系到整个油库的安全运行。由于油库区本身金属设施的复杂性，用区域阴极保护来代替常规的阴极保护技术。区域阴极保护就是将某区域内预保护的对象作为一个整体进行保护，依靠辅助阳极的合理布局、保护电流的自由分配以及与相邻设备的电绝缘措施，使区域内的储罐、工艺管网、生产设备及附属设施得到保护。

在国外，区域阴极保护技术起步较早[1]，诸如大型油库和输油泵站等区域阴极保护已走上强制实施的法制轨道，并且实现了阴极保护系统和主体工程同时设计、同时施工、同时投产，取得了良好的效果。设计时一般采用深井阳极地床技术，以达到保护电流均匀、减少屏蔽和干扰等目的。在我国，区域阴极保护技术尚处于探索阶段，国内诸多油田、输油气泵站、油库罐区和油气集输联合站、工矿企业等成功应用了区域阴极保护技术。如鲁宁线泗县站采用了深井阳极强制电流技术为主、牺牲阳极为辅的阴极保护技术；东营首站采用分散式浅埋阳极技术用于油库区的区域阴极保护等[2,3]。国内外工程实践证明，采用区域阴极保护技术比常规的涂层加牺牲阳极防腐更加有效和实用。

本文采用深井阳极技术对油库区内储罐、避雷接地体及地下管网进行区域阴极保护，并对阴极保护效果进行评价，同时对区域阴极保护常见故障进行分析。

2.阴极保护系统设计

对油库进行阴极保护设计, 首先要对油库区金属结构的布局、功能、防腐状况、接地面积、绝缘状况、土壤环境等基本参数调查取值, 了解阳极安装位置的具体情况, 再通过详细准确的计算、经济合理的布置, 达到防腐保护的目的。2.1保护方式

经过对油库的腐蚀调查，对其腐蚀状况有了详尽的了解。油库投产多年、罐底板腐蚀严重、接地面积大、土壤腐蚀性高，需要较大的保护电流。因为油库可提供方便的电源供电，决定采用外加电流阴极保护技术。

油库区内管网密集、纵横交错，再加上工业建筑基础、储罐基础、输配电网、接地网，构成了复杂的地下金属结构网络，选择使用深井阳极的辅助阳极，以解

决进行阴极保护时复杂的金属网络屏蔽问题。深井阳极地床不会对油库区产生新的不安全因素，有助于改善阴极保护电流的分布，降低阳极周围的电位梯度等优点。对于个别深井阳极保护不良的地方，添加牺牲阳极阴极保护。同时加入阴极保护在线监控专家系统，便于对油库区实施智能化控制。

2.2 阴极保护主要参数的确定

(1) 阴极保护电位

根据GB 50393-2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》规定，罐底板外表面与土壤接触时的壁板施加阴极保护措施时，罐/介质电位(铜/硫酸铜饱和溶液)应为-1100～-850mV [4]。

(2) 阴极保护电流密度

输油站油库区总容量为30万立方米，其中5万方储罐4座，2万方储罐5座，罐区地下埋设有避雷接地体及地下管网等。保护对象主要为储罐罐底板外侧、避雷接地体(角钢、扁钢)及地下管网。

经计算，油库区阴极保护面积约为22046m 2。按照不同保护对象的保护电流密度，储罐所需电流密度为6mA/ m 2，避雷接地体所需电流密度为40mA/ m 2，地下管线所需电流密度为5mA/ m 2，总保护电流约为142A 。

(3) 阳极地床

阳极地床选用预制含铬高硅铸铁阳极，单支阳极尺寸为Ф75⨯1500mm ，阳极重量为50Kg/支，预包装阳极尺寸为Ф273⨯2000mm ；阳极井为Ф300，深50米，每口深井安装10只高硅铸铁阳极，5口深井，共50支阳极，为防止发生气阻，设置通气管直达地面。

阳极组接地电阻可按下式计算：

2.ln 2d

v L R L ρπ= (1) g .

n V R R F ＝ (2) 其中：Rv ---深埋式阳极接地电阻(Ω)

L---阳极长度（含填料）(m)

d---阳极直径（含填料）(m) t---埋深（填料顶部距地表面）(m)

ρ--阳极区的土壤电阻率.m Ω（）

g R ----阳极组接地电阻(Ω)

n---阳极支数 F---电阻修正系数

经计算，深井阳极的接地电阻为0.854Ω。

(4) 电源设备

电源设备采用高频开关恒电位仪，该设备具有远传远控功能。恒电位仪功率按下式计算：

a r ()L C V I R R R V =+++ (3)

IV P η

= (4) 其中：V----电源设备的输出电压(V)

a R ----阳极地床接地电阻 (Ω)

C R ----阴极（管道）/土壤界面过渡电阻(Ω)

L R ---导线电阻()Ω L L u C L L R S ρ=

r V ---地床反电动势(V)，焦炭填充时取r V =2V

I----电源设备的输出电流(A)

P----电源功率(W)

η----电源设备效率，一般取0.7

经计算，选取恒电位仪型号为50A/50V 。

2.3 阴极保护在线监控专家系统

根据油库区的实际情况，采用消除IR 降电位测量探头对其地下管网的阴极保护电位进行测量。

为加强阴极保护系统的管理，保证系统运行正常，取得预期的保护效果，油库区阴极保护系统采用最新一代阴极保护电源—数控高频开关恒电位仪，同时结合阴极保护在线监控专家系统，实现对阴极保护系统的远程智能化监测、控制和故障分析，大大提升阴极保护系统的管理水平。

阴极保护在线监控专家系统使用SQL Server数据库，本方案中对数据库进行开放，PIS管理系统可以通过合法的用户名访问本系统的数据库，以达到数据共享的目的，从而可通过PIS管理系统实现监测数据的查询与分析。

2.4阴极保护系统运行管理

测定阳极接地电阻和极化回路电阻，调整阴极保护参数控制电源最大输出电压、调节输出电流，现场测量保护电位的分布情况和阳极周围电场大小，并根据测量结果确定阴极保护系统的工作参数。

外加电流阴极保护系统投入运行后，应有专人管理维护，加强对阴极保护系统设施的巡视管理及维护，利用阴极保护在线监控专家系统时时监测阴极保护系统运行情况，合理调节运行参数，保证设备的正常运行。

3.区域阴极保护常见故障分析

3.1被保护体绝缘不良，漏电故障

阴保站投入运行或牺牲阳极工作一段时间后，出现在规定电位下，输出电流增大，被保护体保护距离缩短的现象，或者牺牲阳极组输出电流增大，但保护电位不达标的现象。发生上述情况的主要原因是被保护体与未被保护体金属结构物“短路”。

造成被保护体漏电的原因主要有：施工不当，交叉管线间距不合规范；绝缘接头失效或漏电；套管穿越处，套管与主管的短路及被保护体与接地网短路等。具体故障原因查找，还需根据现场实际情况，选取适当的测量方法进行判断。3.2阴极保护屏蔽

阴极保护屏蔽是金属结构密集区阴极保护常见的问题。库区、场站通常安装有大量接地，接地材料多为裸钢，环绕站区呈网状排布，管道与接地系统、钢筋混凝土基础、电力系统、罐群及水管等金属接触，流向该区域的电流就会在土壤中产生电位梯度，导致屏蔽效应。在结构密集区的中央，屏蔽影响将达到最大。

由于屏蔽的存在，阴极保护系统必须经过仔细设计、分步实施。深井阳极、多组阳极分散布置、远阳极与近阳极相结合，可有效改善结构密集区内由于屏蔽而导致的保护不足，对于接地系统庞大的站区，可采用负电性金属作为接地材料以帮助消除屏蔽，促使保护电流均衡分布。

3.3对站外阴极保护系统的干扰