储罐底板阴极保护电位分布不均匀性分析

第23卷第4期 油　气　储　运 防腐保温

储罐底板阴极保护电位分布

不均匀性分析

梁　宏3

(中国石油管道公司乌鲁木齐输气处)

刘书梅

(吐哈油公司吐鲁番采油厂)

肖容鸽

(石油大学(山东))

梁　宏　刘书梅等:储罐底板阴极保护电位分布不均匀性分析,油气储运,2004,23(4)39～42。 摘　要　大直径储罐底板的阴极保护电位存在较大差异,可造成罐中心的欠保护,提高罐边缘电位可能造成罐中心的过保护。利用电场的叠加理论,计算了储罐底板电位不均匀性的最大值,并推导了相应的计算公式,指出阴极电场是影响储罐底板电位不均匀性的主要因素,建议采用双阳极和四阳极的布置方法对储罐进行保护。

主题词　储罐 底板 保护电位 分布 不均匀 分析

一、前　言

钢质储罐通过防腐覆盖层配合阴极保护来控制储罐腐蚀,通常当罐中心的保护电位介于-0.85～-0.12V时,认为储罐完全得到了保护。储罐电位的测试一般是在罐边缘放置参比电极,但是在罐边缘测取的数据与罐中心电位存在差异,尤其是大直径储罐罐底的电位分布是不均匀的,其不均匀程度与罐直径、土壤电阻率、罐底板的电流密度以及阳极的形状、大小、分布情况有关。因此根据罐边缘保护电位来判定储罐的保护效果是不恰当的〔1〕。

目前国内外一般采用在储罐一侧或四周按一定的角度(90°或120°)安装深井阳极,该方法具有接地电阻小、使用寿命长、地表电位分布均匀、有利于克服屏蔽效应的优点。由于阳极电场的分布,过多的电流流向了罐底边缘,造成了罐中心和罐边缘的电位差,可能会引起罐中心的欠保护〔2〕。因此,研究阳极电场对储罐底板电位分布不均匀性的影响对于确定阳极布置、保护储罐具有重要的意义。

通常采用提高罐边缘的电位值来实现对罐中心的保护,由于罐边缘和罐中心的电位差是未知的,可能会造成罐边缘的过保护。一部分储罐通过在罐底板埋置长效参比电极,这样可以监测保护电位分布。补加长效参比电极会给罐区生产、施工、管理带来很多不便。采用斜井阳极的方法,在储罐周边倾斜钻孔,将阳极置于罐底,可以改善电流流向罐中心的分布。

12,　雷永生等:石油胶体溶液结构及应用研究,化学世界增刊, 1996,113～114。

13,　卫一龙等:石油胶体分散体系理论及其在工业中的应用,抚顺石油学院学报,2000,20(4)31～35。

14,　耿殿雨:磁防蜡防垢机制分析-再谈磁致胶体效应,磁能应用技术,1990(3)6～8。

15,　Sheu E Y etal.Preprints Div Fuel Chem ACS,1992,37(3). 16,　郑　忠　李宁编:分子力与胶体的稳定和聚沉,高等教育出版社(北京),1995。17,　方俊鑫等:电介质物理学,科学出版社(北京),1989。18,　陈昭威:磁场处理油的机理的探讨(续),磁能应用技术, 1990(2)5～6。

19,　朱传征等:磁场对氯仿分子极化率、偶极矩影响的研究,华东师范大学学报(自然科学版),1996(2)106～108。

(收稿日期:2003204204)

编辑:张彦敏

　3838202,新疆鄯善火车站镇鄯乌首站,电话:(0995)8379206。

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二、研究方法

储罐底板电位分布不均匀性表现在罐底边缘电

位差δ1和罐底边缘与罐中心电位差δ2两个方面。文献[3]指出罐底板电位是由三个电场叠加产生,保护电位<为:

<=U m -(U a +U c )(1)式中　U m ———罐底金属设备电位,V ;

U a ———罐底介质阳极电位,V ; U c ———罐底介质阴极电位,V 。

其中U m 可忽略不计,罐底边缘与中心的最大阴极电位差为:

max (ΔU c )=

i s ρr

6(2+k )

(6+k )(2)式中　i s ———罐底平均电流密度,A/m 2;

ρ———土壤电阻率,Ω・m ; r ———储罐半径,m ; k ———经验常数,取30。

阴极电场以罐中心平均对称分布,对罐底边缘电位差无贡献,式(2)中各参数取某一数值后,罐底边缘与中心的最大阴极电位差max (ΔU c )为定值。埋地立式棒阳极的电场中任意P 点的电位为:

U a (x )=I ρ2πl ln

h +l +x 2+(h +l )

2

t +x 2+h 2

(3)

式中　l ———棒阳极的长度,m ;

h ———阳极顶部距地面深度,m ;

I ———阳极输出电流,A ;

x ———P 点到阳极中心的水平距离,m 。

对于不同的阳极电场,任意一点的阳极电位是多个阳极电场在该点产生的电位的叠加。因此δ可表示为阳极电位差和阴极电位差之和。δ1=max (

ΔU a )by -min (ΔU a )by +max (ΔU c )(4)δ2=max (

ΔU a )by -min (ΔU a )zx +max (ΔU c )(5)

为讨论方便,定义δ=λ+max (ΔU c ),λ对应阳极电位差,研究λ也就是研究δ。

λ1=max (

ΔU a )by -min (ΔU a )by (6)λ2=max (

ΔU a )by

-min (ΔU a )

z x

(7)

三、阴极电位差的计算

为了研究方便,在计算中,以50000m 3立式

储罐为例,r =30m ,深井阳极距油罐近端边缘距

离a =40m ,I ρ=144V ・m ,i s =5mA/m 2,ρ=1

200Ω・cm ,k =30,根据式(2),计算得出max (ΔU c )=0.3375V ,对于各种深井阳极布置情形均为定值,对罐底边缘电位差无贡献。

四、阳极电位分布的计算

1、　单阳极

单阳极如图1所示,由对称性可知,阳极电位不均匀性最大值在特殊点A 、B 两点取得,其中分别取h 为10m 、20m 和30m ,l 为16m 和26m ,利用式(3)、式(6)和式(7),得λ1=0.29585

V ,λ2=0.20459V ,且h 越小,l 越短,λ1和λ2越大。

图1　单阳极示意图

2、　双阳极

双阳极如图2所示,利用对称性,研究弧AC 即可得到罐底边缘的电位分布,PO

1=x ,利用几何关系,得:

PO 2=

4r 2+2a 2-x 2+4ar

图2　双阳极示意图

利用式(2),作U a (O 1P )和U a (O 2P )的函数曲线,然后将两者叠加,即可得到罐底边缘的阳极电位U a (x )分布(见图3)。

与单阳极类似,电位不均匀性最大值在特殊点A 、B 两点取得,λ1=0.1616V ,λ2=0.11332V ,其中h =10m ,l =16m ,且h 越小,l 越短,

λ1和λ2越大。

・04・油　气　储　运 2004年