一、設(shè)計說明

在油氣儲運(yùn)系統(tǒng)中，儲存是一個重要環(huán)節(jié)，目前大多采用鋼質(zhì)儲罐。鋼質(zhì)儲罐在運(yùn)行中，經(jīng)常遭受內(nèi)、外環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，這種腐蝕嚴(yán)重影響了儲罐的壽命和安全運(yùn)行，造成產(chǎn)品損失、污染環(huán)境、難以維修等后果。所以，以較經(jīng)濟(jì)的措施徹底解決和減輕儲罐的腐蝕成為當(dāng)務(wù)之急。在儲罐的內(nèi)壁，油品所造成的腐蝕情況并不嚴(yán)重。但是，儲罐的內(nèi)底在運(yùn)行過程中一般積存0.5米左右深的底水，這些底水的成分相當(dāng)復(fù)雜，其中鹽、氧、硫化氫、氯離子含量普遍偏高，電化學(xué)腐蝕性相當(dāng)強(qiáng)，而且底水溫度高（試驗(yàn)表明：溫度每升高10℃，腐蝕速率增加10%）、PH值偏低，存在硫酸鹽還原菌等，造成這一環(huán)境具有強(qiáng)烈的腐蝕性。據(jù)前蘇聯(lián)有關(guān)技術(shù)資料報導(dǎo)，儲罐內(nèi)底積水部位通常遭受均勻腐蝕和潰瘍腐蝕，均勻腐蝕速率為0.04~1.1mm/a，潰瘍腐蝕速率超過均勻腐蝕的2~5倍，高者可達(dá)3.8mm/a。

鋼質(zhì)儲罐過去通常是通過防腐覆蓋層來控制腐蝕的，然而防腐覆蓋層的防腐年限相對較短，同時在工程實(shí)際中，由于各種因素的影響，防腐覆蓋層難以達(dá)到完整無損，常在覆蓋層漏敷或損傷處發(fā)生腐蝕，尤其在儲罐底板腐蝕極為嚴(yán)重。所以當(dāng)前防護(hù)措施采用防腐覆蓋層聯(lián)合陰極保護(hù)的形式。陰極保護(hù)是根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，通過陰極極化的方法抑制腐蝕電池的產(chǎn)生，從而達(dá)到防腐的目的。

二、設(shè)計部分

 2.1陰極保護(hù)方法的選擇

陰極保護(hù)的方法分為外加電流法和犧牲陽極法，而原油儲罐罐底內(nèi)壁從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性方面考慮，應(yīng)實(shí)施犧牲陽極法進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)檫@種方法對原油儲罐安全可靠、無需專人管理，且保護(hù)效果好。犧牲陽極保護(hù)是采用一種比被保護(hù)金屬電位更負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電性連接在一起，在電解質(zhì)中，犧牲陽極因較活潑而優(yōu)先溶解，釋放出電流供被保護(hù)金屬陰極極化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。犧牲陽極材料通常采用電極電位較負(fù)的金屬為基體，主要有鋅基、鋁基、鎂基合金三種。鋅合金陽極在高溫沉積水中易發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)，鎂合金陽極由于活性較強(qiáng)，電位較負(fù)，在油罐內(nèi)使用容易產(chǎn)生危險和副作用。目前油罐內(nèi)沉積水部位的犧牲陽極材料通常采用鋁合金犧牲陽極。

2.2設(shè)計依據(jù)

1》GB50393-2008 鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范

2》SY/T0019-97   鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕控制設(shè)計規(guī)范

3》GB/T4948-2002 鋁-鋅-銦系合金犧牲陽極

4》GB/T16166-1996 濱海電廠冷卻水系統(tǒng)犧牲陽極陰極保護(hù)

以上標(biāo)準(zhǔn)之間有不一致時，按較嚴(yán)格者執(zhí)行。

2.3設(shè)計參數(shù)及指標(biāo)

2.3.1業(yè)主提供儲罐尺寸；

2.3.2有效保護(hù)期：15年；

2.3.3保護(hù)范圍：儲罐底板沉積水部位及側(cè)板1m以下部分；

2.3.4保護(hù)電位：-0.85V~-1.11V之間（相對于Cu/CuSO₄參比電極）；

2.3.5保護(hù)效果：保護(hù)期內(nèi)儲罐不因腐蝕而產(chǎn)生穿孔，保障儲罐安全運(yùn)行。

2.4計算過程

2.4.1面積及保護(hù)電流計算

10萬立方儲罐保護(hù)面積：

S側(cè)=π Dh       S底=1/4π D2     D：80米

S總=S側(cè)+S底=251.2+5024=5275.2×1.15=6066.48 m²

根據(jù)GB50393-2008條文說明4.2.3中所述，在進(jìn)行儲罐內(nèi)保護(hù)面積計算時，儲罐內(nèi)的附屬鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)該在考慮范圍，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面積往往不易精確計算，故在計算保護(hù)面積時，可將儲罐內(nèi)壁板沉積水高度的面積和儲罐底板內(nèi)表面積的面積的和乘以1.1~1.2的系數(shù)。

保護(hù)電流：

I=IaS總=20mA/m²×6066.48m²=121.33A

根據(jù)GB50393-2008所述，有防腐涂層的鋼表面保護(hù)電流密度范圍應(yīng)為10mA/m²~30mA/m²。此處取中間數(shù)值：20mA/m²

5萬立方儲罐保護(hù)面積

S側(cè)=π Dh       S底=1/4π D2        D:60米

S總=S側(cè)+S底=188.4+2826=3014.4×1.15=3466.56 m²

保護(hù)電流：

I=IaS總=20mA/m²×3466.56 m²=69.33A

2.4.2陽極接地電阻計算

     R=(In – 1)=0.42

式中：R—陽極接水電阻 Ω

        —介質(zhì)電阻率75Ω·cm

        —陽極長度75cm

—陽極截面當(dāng)量半徑 cm 按照公式=C/2 

式中：C—陽極截面周長 cm

陽極選用規(guī)格：750*（135+115）*130mm，毛重35kg，凈重32kg。

2.4.3單塊犧牲陽極輸出電流

             It=/R=0.71

   式中： It—單支陽極發(fā)生的電流量  A

         —陽極驅(qū)動電位 V；鋁合金陽極取 

R—陽極接水電阻Ω

2.4.4犧牲陽極壽命計算

         t=·=15

式中：t—陽極使用壽命  a

G—每塊陽極重量  kg

Q—陽極實(shí)際電容量 A·h/kg鋁合金陽極取2400 A·h/kg，

1/k—陽極利用系數(shù)，取值0.85

—每塊陽極平均發(fā)生電流量A，按公式 =0.7*If

式中: If—每塊陽極發(fā)生的電流 A

2.4.5犧牲陽極數(shù)量計算                     

  10萬立方： N=I/ If=171

   5萬立方： N=I/ If=98

式中：N—陽極數(shù)量 塊

I—保護(hù)電流 A

If—每塊陽極發(fā)生電流量 A

根據(jù)GB50393-2008中4.2.8部分規(guī)定，在沉積水出口部位的陽極消耗很快，需要適當(dāng)增加陽極塊的數(shù)量，此處增加數(shù)量為2塊，計算得出，單個10萬立方儲罐用量為：173塊，單個5萬立方儲罐用量為：100塊。

三、材料表

四、犧牲陽極的安裝

犧牲陽極一律采用焊接法進(jìn)行安裝，即按照下表要求，將犧牲陽極牢固地焊裝在指定的位置，不得有虛焊和明顯錯位，確保良好電性聯(lián)接和均勻保護(hù)。另外犧牲陽極外露工作表面嚴(yán)禁涂刷各類油漆。陽極在底板均勻分布，以同心圓放射狀均勻焊接在原油儲罐內(nèi)部底板上，如下表所示。相鄰徑向分布陽極位置應(yīng)適當(dāng)錯開，在沉積水排出口附近設(shè)置陽極2塊，陽極鐵芯與罐底鋼板焊接。

10萬立方儲罐

5萬立方儲罐