网状阳极在储罐底板阴极保护中的应用

网状阳极在储罐底板阴极保护中的应用

 

冯洪臣

 

一、   
前言

 

   
网状阳极(CorrStop GridTM)是混合金属氧化物带状阳极(CorrStop-Tape
II)
与钛金属连接片( CorrStop-Stds Bar) 交叉焊接组成的外加电流阴极保护辅助阳极。将该阳极网予埋在储罐基础中,为储罐底板提供保护电流。该技术是瑞晨防腐公司1994年从国外引进并于1996年首次在国内应用的。与其他方式的阴极保护相比,该系统具有如下优点:

Ø 
电流分布非常均匀,输出可调,保证储罐充分保护。

Ø 
产生的杂散电流很少,不会对其他结构造成腐蚀干扰

Ø 
不需要回填料,安装简单,由于大量工作已经在工厂内完成,质量容易保证。储罐与管道之间不需要绝缘。

Ø 
不易受今后工程施工的损坏,使用寿命长

该网状阳极可放置在罐底板与防渗膜或混凝土基础之间, 距离罐底板的距离最小可以达到15厘米. 无须填料,仍能保证电流的均匀分布.

   沿海的一些储罐是座落在混凝土基础上的。对于这种建造方式,其他形式的阴极保护方式都难以对罐底施加保护,只有网状混合物阳极系统可以提供均匀的保护。处于环保方面的考虑,国外修建的储罐要在储罐基础内放置一层防渗膜,以防止渗漏的液体污染地下水。在这种情况下,如果将阳极布置在储罐周围,保护电流将无法穿过防渗膜而到达储罐底板。    其他几种可以选用的阴极保护方法有:

 

1. 牺牲阳极系统

   采用牺牲阳极系统对储罐实行保护,安装简单,不会产生腐蚀干扰,但是,除非储罐与管道以及其他系统绝缘良好,否则,储罐不会得到充分保护。其他系统包括管网,仪器连接线,电缆套管,混凝土钢筋以及罐群接地系统。对如此多的部分采取绝缘,不仅花费大,而且以后的维护费用高,因此,该系统经常是无效的。

   牺牲阳极系统的驱动电压一般低于0.7V, 它限制了阴极保护系统的电流输出。一旦储罐与上述任何部分短路,不但使储罐达到保护困难,而且会使牺牲阳极系统很快耗尽,保护寿命短。

 

2.深井阳极系统

   该系统主要应用于已经建成的储罐,尤其适用于空间狭小地区,其缺点是阴极保护电流不均匀,有些区域保护不到。容易产生腐蚀干扰。阳极处于非常恶劣的工作条件下,容易过早损坏。

3.柔性阳极系统

   该阳极由包敷在电缆外部的导电橡胶制成,橡胶外面包裹一层炭粉回填料,该系统可以铺设在储罐底板下面,电流分布均匀,不易产生腐蚀干扰,但具有如下缺点:

Ø  该系统的运输,安装费用比网状阳极系统高,每盘阳极很重。增加了搬运难度和费用。

Ø  填料带容易破坏,导致填料漏失,需要以后填充。

Ø  由于导电橡胶在电流的作用下,随着时间的推移容易老化开裂,导致铜芯电缆的迅速腐蚀,致使系统过早失效。该系统的不能过度弯曲。

Ø  现场需要很多电缆连接,质量难以保证。

因此,采用网状阳极阴极保护方式是目前最为可靠的方式,采用该方式,储罐底板外侧无需用防腐层,这将节约大量资金。如果只采用防腐层而不加阴极保护,由于焊缝处的涂层必然会破坏,形成大阴极,小阳极,必然加快储罐腐蚀穿孔速度。因此,对储罐施加阴极保护,是即经济又合理的防腐措施。

二、 网状阳极阴极保护系统的组成

该系统将包括:

  • 恒电位仪
  • 混合金属氧化物网
  • 阳极带

    混合金属氧化物阳极

  • 参比电极
  • /阴极电缆

1.恒电位仪(Corr-T/R xxx)将交流电转换成直流电,由参比电极控制其电流输出,阴极电缆连接在储罐上,阳极电缆连接混合金属氧化物阳极网,系统工作时,电流从阳极网释放到沙层中并流入储罐底板,通过电缆返回到恒电位仪阴极。当储罐底板的电流达到一定密度后,底板将停止腐蚀。恒电位仪最好安装在防爆堤外的房间内。

2.阳极网( CorrStop GridTM)处于罐底板下面的回填沙中。阳极带间距为1–5m。该阳极网不需要填料,但应铺设在回填沙层中。阳极网距罐底板一般为150–300mm,由于距离储罐底板很近,不会产生杂散电流。

 

2.1阳极材料:混合金属氧化物阳极带(CorrStop-Tape
II)
是由混合金属氧化物涂敷在钛金属表面上制成,具体规格如下:

Ø  成分:          CP TA Gr1

Ø  宽度:         6.4mm

Ø  厚度:         0.64mm

Ø  重量:         17.8kg/1000m

Ø  电阻:          0.138ohm/m

Ø  阳极效率:     65A.Yr/m2

2.2钛连接片:钛连接片(CorrStop-Stds
Bar)
与阳极带垂直交叉并焊接在一起,规格如下:

Ø  成分:          CP TA Gr1

Ø  宽度:         12.5mm

Ø  厚度:         0.90mm

Ø  重量:         59.6kg/1000m

Ø  电阻:          0.049ohm/m

Ø   

3.阳极电缆:

   电缆是高分子聚氯乙烯铜芯电缆,其长度使该电缆能够连接到接线箱,截面积一般为10mm2。电缆端部连接专用接头(CorrStop-feed cnnt),在与电缆连接处用胶密封,并用收缩套包裹。钛片与阳极网上的钛金属连接片焊接。根据储罐直径选择阳极电缆根数,一是保证该系统的可靠性,二是使电流分布更加均匀。

4.参比电极:

   采用预包装的长效铜/硫酸铜参比电极(Corr-CSE 802),误差 ±5%. 装在有填料的布袋中, 并带有6mm2 截面积的电缆. 安装前在水中浸泡15–20分钟.一般采用3个参比电极,分别埋设在储罐底板中心处以及边缘处。

5. 接线箱:

   采用带有相应电缆接头的防爆接线箱,用于电缆的连接。

 

三、
网状阳极阴极保护系统的设计

 

1.设计依据:

1BS7361                    《阴极保护—-陆上海上设计规范. 第一部分》

2NACE 
RP-0169.            
《埋地或水中金属管网外腐蚀控制》

3API RP 651.               《地上油罐的阴极保护》

4SY/T0088-95          《钢制储罐罐底外壁阴极保护技术标准》

5CorrStop Grid T0026-04 《网状阳极系统技术标准》

 

2.设计参数:

  • 设计寿命:           50
  • 电流密度:           10mA/m2
  • 填沙电阻率:         40,000
    ohm.cm
  • 电气绝缘:           不必须(采用绝缘法兰将减小电流散失)
  • 阳极效率:          65A.Yr/m2
  • 阳极埋深:           距储罐底板150–300mm
  • 防雷接地:           改用镀锌钢管或钢板接地将减小电流泄漏。

1. 设计计算:

   设计中,需要计算阳极接地电阻和阳极以及钛连接片用量,阳极的长度可以根据勾股定理逐根计算。接地电阻可以按如下CorrStop GridTM经验公式计算:

 

        r: 土壤电阻率      ohm.m. 

        L: 阳极长度            m.     

        r: 等量半径         2.2

        D: 阳极埋深            m. 

        Q:电阻系数    ( CorrStop Tape II 阳极带: 1.5)

 

四、网状阳极阴极保护系统的安装

 

1. 安装以前,要检查以下项目

1.1.罐基础标高,混凝土圈梁是否预留了电缆导管,直径 50mm, 处于安装恒电位仪的一侧,高度与阳极网位置平齐。

1.2.现场焊接用的电源,小沙袋是否准备好.

2. 网状阳极系统的安装

2.1.在钛片与钛片间,钛片与MMO阳极间进行试焊,记录焊接设定值,

2.2.在混凝土圈梁上标出钛片位置,铺设钛片.钛片两端距离圈梁 20 毫米,用小沙袋压住.

2.3.在圈梁上标记出MMO阳极的位置,铺设中间的阳极,用沙袋压住, 与钛片焊接.

2.4.按设计间距逐根铺设阳极,并与钛片焊接.

2.5.每根阳极两端距离罐周边 20 毫米.

2.6.该工作由两人完成,工作时避免脚蹋阳极.

3.注意事项

3.1阳极网安装完毕后,回填罐基础,最小厚度 150 毫米,最好不要采用机械设备,以免损坏阳极网。

3.2将参比电极予浸泡后放在设计位置,用干净的沙回埋。

3.3连接供电电缆,安装接线箱,参比电极导线以及阳极电缆通过混凝土圈梁  预留孔接入接线箱。

2. 4检验网状阳极系统的连通性。

五、网状阳极系统的应用实例

 

    该种方式已经在国外应用了多年,自1996年瑞晨公司首次在广东惠洲大亚湾地区的12座储罐上得到应用以来,已经有近100座储罐采用了该技术,正在建设中的国家战略石油储备库镇海基地采用的是网状阳极阴极保护技术、将要建设的舟山基地、大连基地也将采用这种阴极保护技术。以下是一组实测的数据,供参考:

 

表 : 阴极保护电位测量数据

储罐编号

直径 m

电压V

电流A

电流密度mA/m2

中心电位V(CSE)

1

28

3.2

5.9

9.5

-1.02

2

14

2.99

1.8

11.7

-1.03

3

14

1.7

3.1

20.2

-1.06

4

26

3.36

5.4

10.2

-1.08

5

12

2.99

1.0

8.8

-1.03

6

12

3.66

1.0

8.8

-0.99

7

29

3.43

7.1

10.7

-0.98

8

30

5.00

1.5

2.10

-1.40

9

30

8.2

2.0

2.80

-1.40

10

30

8.0

1.2

2.10

-1.40

11

81

8.0

9.0

1.80

-1.50

#8、91011为新建罐,罐底板带涂层。

六、结论

 

    实测结果表明,储罐阴极保护所需要的电流相差比较大,这主要是由储罐的具体涂层、接地、环境情况所决定的。根据我们的经验,我们认为,设计电流密度选用10mA/m2 能够满足工程需要。

 

综上所述,我们认为,采用网状阳极阴极保护系统是一种可靠的阴极保护方式,它具有其他系统不可代替的优点。相信随着时间的推移,人们对储罐腐蚀危害认识的加深以及环保意识的增强,对储罐施加阴极保护将成为一种常规的做法。欢迎登陆 www.CorrStop.Com 以获得更多有关网状阳极的知识。

 

1996年12

 

 

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