[精品論文]區(qū)域性陰極保護(hù)的綜合技術(shù)論文

區(qū)域性陰極保護(hù)的綜合技術(shù)摘 要為解決罐底板陰極過(guò)程中的屏蔽和干擾問(wèn)題，本課題分為四步驟。首先，根據(jù)國(guó)內(nèi)普遍采用的罐底結(jié)構(gòu)，按1: 5比例，模擬五萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐，建立了一個(gè)直徑為12米的模擬罐底板，研究了各種罐底電位的測(cè)量方法，測(cè)量了不同陽(yáng)極位置下罐底電位分布情況，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了分析，并從理論上對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了證明。然后搜索相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)資料和數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。得出了排除屏蔽和干擾的方法。分析結(jié)果表明，在罐底存在瀝青層的情況下，罐底陰極保護(hù)電位的分布基本上是均勻的，陽(yáng)極的位置對(duì)陰極保護(hù)電位的分布影響較小。在罐底瀝青層下預(yù)埋帶有極化試片的測(cè)量探頭或采用罐底電位仿真測(cè)量探頭，能比較準(zhǔn)確測(cè)量到罐底陰極保護(hù)電位。在罐區(qū)實(shí)施區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)，在條件可能的情況下，宜采用深井陽(yáng)極技術(shù)。站區(qū)陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致其輸出增加或降低，必須采用適當(dāng)?shù)拇胧⒏蓴_減少。多組陽(yáng)極分散布置、遠(yuǎn)陽(yáng)極與近陽(yáng)極相結(jié)合，可有效改善結(jié)構(gòu)密集區(qū)內(nèi)由于屏蔽而導(dǎo)致的保護(hù)不足，對(duì)于接地系統(tǒng)龐大的站區(qū)，可采用負(fù)電性金屬作為接地材料以幫助消除屏蔽，促使保護(hù)電流均衡分布。關(guān)鍵詞：區(qū)域性陰極保護(hù)；儲(chǔ)罐底板保護(hù)；電位干擾屏蔽AbstractIn order to solve protection of the bottom of the tank, this research program is divided into four steps. Firstly, a tank bottom with diameter of 12m was built to simulate a 50000m3 tank. Various test methods were tried to measure the distribution of the potential of the tank bottom. The test result was analyzed and the conclusion was proved in theory. Secondly, the potential of the tank bottom was practically measured and the data was analyzed. Finally, in order to find the way to get rid of electrical shielding, and to reduce the disturbance to the outside catholic protection system, some practices were tested. The results show that where there are asphalt existed under the bottom, the distribution of the potential of the tank bottom is uniform, and the site of the anode has less effect on it. The catholic potential of the tank bottom can be more accurately measured by burying, test probe with coupons under the asphalt of the bottom or using emulated probe. Deep well anode is suitable for regional catholic protection system at tanks region if possible. The regional catholic protection system may disturb the outside pipeline catholic protection system. In order to reduce the disturbance, some methods must be adopted. Using, scattered anode I groups, combining, far anode with near anode can get rid of electrical shielding, effectively. Using mental with negative potential as earth-plates can get rid of electrical shielding, in the region with numerous and jumbled earth-plates. Key words: regional catholic protection protected; potential of tank bottom shielding; disturbance目 錄第1章 緒論11.1 概述11.2 站場(chǎng)區(qū)域性陰極保護(hù)的特點(diǎn)31.3 區(qū)域性陰極保護(hù)的主要內(nèi)容41.4 目前存在的問(wèn)題6第2章 鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)電位分布規(guī)律的研究92.1 綜述92.2 罐底電位分布及測(cè)量方法的研究92.3 罐底電位分布的理論分析:17第3章 林源庫(kù)區(qū)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)綜合技術(shù)研究203.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝203.3 結(jié)果分析23第4章 林源庫(kù)區(qū)五萬(wàn)立方米原油罐底的電位分布254.1測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝254.2測(cè)量結(jié)果及分析26第5章 管道輸油氣站區(qū)域陰極保護(hù)的干擾與屏蔽285.1概述285.2對(duì)站外保護(hù)系統(tǒng)的干擾285.3陰極保護(hù)屏蔽及其對(duì)策30結(jié) 論33參考文獻(xiàn)34致 謝3536第1章 緒論1.1 概述 在石油開采、處理、儲(chǔ)運(yùn)及煉制過(guò)程中，涉及各種各樣的金屬設(shè)施;如油氣管道、儲(chǔ)罐、處理器等，其中相當(dāng)大的一部分設(shè)施是采用地下或半地下方式建設(shè)的。由于這些地下或半地下金屬設(shè)施的外表面接觸土壤、內(nèi)表面又多直接與各種腐蝕性介質(zhì)相接觸，使這些設(shè)施不可避免地受到腐蝕威脅。由于腐蝕穿孔而導(dǎo)致的油品或危險(xiǎn)品的泄漏不僅是火災(zāi)、爆炸等事故的重大隱患，也給生產(chǎn)部門帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失，由此造成的環(huán)境污染也嚴(yán)重影響著企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。因此，采取各種手段抑制或減緩腐蝕的發(fā)生和發(fā)展一直是眾多腐蝕科學(xué)與工程技術(shù)人員的重要研究課題。 在我國(guó)，受金屬腐蝕影響最大的行業(yè)當(dāng)屬石油行業(yè)。石油行業(yè)的腐蝕主要包括各種埋地設(shè)施所受到的土壤腐蝕、暴露在大氣中的金屬設(shè)施的大氣腐蝕、反應(yīng)器在生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕等等。其中埋地設(shè)施所受到的土壤腐蝕具有相當(dāng)大的普遍性，幾乎所有石化企業(yè)都長(zhǎng)期受土壤腐蝕的困擾。隨著近年對(duì)安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，企業(yè)對(duì)腐蝕防護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)也在不斷提高，在防腐方面的研發(fā)投入已呈上升趨勢(shì)。 我國(guó)石油行業(yè)面臨的土壤腐蝕在野外埋地管線和生產(chǎn)站區(qū)內(nèi)部設(shè)施兩個(gè)方面比較突出，二者所面臨的腐蝕環(huán)境也具有比較大的差異。1.1.1 長(zhǎng)輸管線腐蝕控制 埋地管線按照其用途，大體上可以分為長(zhǎng)輸管線和集輸管線兩種。長(zhǎng)輸管線面臨的腐蝕危害主要是土壤腐蝕。長(zhǎng)輸管線距離長(zhǎng)、輸送介質(zhì)相對(duì)單一，但由于其用于遠(yuǎn)距離輸送，管線內(nèi)需要保持比較高的輸送壓力。對(duì)于油管線，由于其輸送壓力高，一旦發(fā)生腐蝕穿孔，可以在較短的時(shí)間內(nèi)造成大量的泄漏，經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境危害都是十分巨大的。對(duì)于天然氣或其它輸氣管線的腐蝕危害主要集中在安全方面，高壓氣管線發(fā)生腐蝕穿孔時(shí)往往易造成管線的縱向撕裂，泄漏的毒害或易燃?xì)怏w對(duì)臨近區(qū)域造成極大的威脅。相對(duì)于長(zhǎng)輸管線，集輸管線由于距離短、壓力底等特點(diǎn)，腐蝕造成的危害就相對(duì)小一些。隨著技術(shù)的進(jìn)步，由于采用了正確的防腐蝕方法，特別是近年來(lái)石油企業(yè)先后對(duì)管線的防護(hù)層進(jìn)行了大修或更換，埋地管線的腐蝕事故正在逐步下降。 目前，我國(guó)埋地長(zhǎng)輸管道普遍采用防腐涂層加陰極保護(hù)聯(lián)合進(jìn)行腐蝕控制，取得了非常好的保護(hù)效果。防腐涂層作為腐蝕控制的第一道防線，將被保護(hù)金屬與腐蝕環(huán)境隔離，同時(shí)也為附加陰極保護(hù)提供了必要的絕緣，以消耗較小的陰極保護(hù)電流來(lái)獲得理想的保護(hù)效果;附加陰極保護(hù)作為防蝕保護(hù)的第二道防線，為涂層缺陷處提供積極的保護(hù)。雖然涂層不可能完美無(wú)缺，但只要附加陰極保護(hù)能夠提供充分的保護(hù)，整個(gè)防蝕體系就是有效的。對(duì)沿海灘涂、沼澤等土壤含鹽、含水量高的強(qiáng)腐蝕環(huán)境下的埋地鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)而言，這種聯(lián)合保護(hù)方式尤為重要。在美國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，已有強(qiáng)制性的陰極保護(hù)法規(guī)出臺(tái)并付諸實(shí)施。在我國(guó)，所有新建管道及儲(chǔ)罐也已要求必須附加陰極保護(hù)設(shè)施。1.1.2 站場(chǎng)區(qū)域腐蝕控制 生產(chǎn)站區(qū)內(nèi)部埋地設(shè)施的腐蝕防護(hù)，比埋地管線復(fù)雜的多。與埋地管線的首要區(qū)別在于，生產(chǎn)站區(qū)在相對(duì)較小的區(qū)域內(nèi)集中了各種各樣的生產(chǎn)設(shè)施。油田聯(lián)合站、儲(chǔ)運(yùn)站、煉油廠等金屬設(shè)施眾多，除了縱橫交錯(cuò)的管網(wǎng)、大大小小功能各異的儲(chǔ)罐外，還有加熱爐、加壓泵、分離器、反應(yīng)器等設(shè)備，其所處環(huán)境的腐蝕性各異，各種設(shè)備的材料也不同，對(duì)安全性的要求又各不相同，這些因素使得站區(qū)內(nèi)的腐蝕現(xiàn)象異常復(fù)雜，腐蝕控制的實(shí)施也非常困難。以油田生產(chǎn)站區(qū)為例，站場(chǎng)區(qū)域內(nèi)腐蝕具有下面幾個(gè)特點(diǎn)。 設(shè)施數(shù)量和種類眾多，分布密集; 如中國(guó)石油股份有限公司的石樓泵站，由于它目前作為秦京和任京兩條輸油管線的末站，又作為一條外輸原油管線的首站，泵站內(nèi)包括鐵路裝車棧橋、數(shù)座5000方到20000方的原油和成品油罐、消防水管、燃油罐、變電間等地上設(shè)施;各種輸油管線和電纜在地下縱橫交錯(cuò)，這些地下管線和電纜有的是以管溝形式鋪設(shè)，有的是涂層防腐后敷設(shè)，甚至存在裸管直接鋪設(shè)的現(xiàn)象。 許多油氣輸送的站場(chǎng)中都存在類似的情況，特別是在一些老站中，這種情況更加明顯。這些生產(chǎn)設(shè)施在以往的建設(shè)和改造過(guò)程中，由于對(duì)防腐的認(rèn)識(shí)不足，沒有系統(tǒng)的防腐蝕規(guī)劃、建設(shè)和應(yīng)用，經(jīng)過(guò)多年的使用，腐蝕所帶來(lái)的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。 土質(zhì)情況復(fù)雜 輸油站區(qū)在建設(shè)過(guò)程中使站區(qū)內(nèi)的土壤發(fā)生了較大的改變，有的是原土夯實(shí)后進(jìn)行地上設(shè)施的建設(shè)，有的則用工程廢土回填夯實(shí)后使用，所以在輸油站區(qū)內(nèi)往往存在多種土壤狀況同時(shí)存在的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的存在導(dǎo)致整個(gè)站區(qū)的土壤腐蝕性存在較大的差異，給防腐蝕工作帶來(lái)一定的困難。 腐蝕危害性明顯 與腐蝕給野外長(zhǎng)輸管線所造成的危害相比，站場(chǎng)區(qū)內(nèi)的腐蝕危害性更大，造成的損失也更大。例如，遼陽(yáng)石化分公司是我國(guó)北方的最大的石油化纖基地，是國(guó)家特大型企業(yè)。遼陽(yáng)石化分公司廠區(qū)地下輸水管網(wǎng)總長(zhǎng)約59公里，日供水量為26.6萬(wàn)噸。該管網(wǎng)于1975年陸續(xù)建成投入使用，至今已有25年以上。泄漏點(diǎn)逐年增多，到90年泄漏點(diǎn)達(dá)到127處)，每年因搶修堵漏耗資近百萬(wàn)元，而且嚴(yán)重影響安全穩(wěn)定生產(chǎn)，成為遼陽(yáng)石化分公司安全生產(chǎn)的重大隱患。 站場(chǎng)金屬設(shè)施與土壤接觸部位多不便于涂層施工，而且防雷、防靜電要求也不允許這些金屬設(shè)施與地絕緣，因此腐蝕控制應(yīng)主要由陰極保護(hù)來(lái)進(jìn)行，即區(qū)域性陰極保護(hù)。 國(guó)外從二十世紀(jì)六十年代開始區(qū)域性陰極保護(hù)的研究和應(yīng)用，目前技術(shù)已比較成熟;國(guó)內(nèi)從二十世紀(jì)七十年代末、八十年代初開始在油田和部分輸油站嘗試區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)，到二十世紀(jì)九十年代中期已成為相對(duì)成熟的技術(shù)，開始推廣應(yīng)用。遼化、揚(yáng)子石化、九江石化、撫順石化公司、廣州石化等單位也先后對(duì)廠區(qū)的地下輸水管網(wǎng)實(shí)施了陰極保護(hù)，取得了較好的效果。例如，大慶石化公司化肥廠廠區(qū)內(nèi)的地下輸水管網(wǎng)是為煉油區(qū)和化工區(qū)生產(chǎn)裝置提供生產(chǎn)用水的，是公司生產(chǎn)系統(tǒng)的重要命脈。公司于1997年和1998年對(duì)化肥廠廠區(qū)的地下輸水管網(wǎng)實(shí)施了區(qū)域性陰極保護(hù)。運(yùn)行實(shí)踐表明，區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)對(duì)防止埋地鋼質(zhì)管線的腐蝕泄漏是十分有效的，陰極保護(hù)與管道本身的防腐層互相補(bǔ)充，其安全性和經(jīng)濟(jì)性達(dá)到完美組合，是地下輸水管網(wǎng)的最佳防腐方案。該廠的區(qū)域性陰極保護(hù)工程投資共計(jì)128萬(wàn)元，直接經(jīng)濟(jì)效益已近800萬(wàn)元。 除了對(duì)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的管線等提供保護(hù)外，區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)還有效抑制了儲(chǔ)罐底板的外腐蝕。國(guó)內(nèi)外曾發(fā)生多起因油罐底部腐蝕造成的漏油事故。對(duì)原油儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕情況初步調(diào)查的結(jié)果表明，罐底腐蝕情況嚴(yán)重，大多為潰瘍狀的坑點(diǎn)腐蝕;主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)、凹陷及變形處，罐頂腐蝕次之，為伴有孔蝕的不均勻全面腐蝕;而罐壁腐蝕較輕，為均勻點(diǎn)蝕，主要發(fā)生在油水界面，油與空氣界面處。相對(duì)而言，儲(chǔ)罐底部的外腐蝕更為嚴(yán)重。罐底外壁除按常規(guī)做外防腐涂層外，宜參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0088-1995鋼制儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用犧牲陽(yáng)極或強(qiáng)制電流陰極保護(hù)法，該陽(yáng)極可兼做儲(chǔ)罐的防雷、防靜電接地極。區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)可以把對(duì)儲(chǔ)罐的防腐與站場(chǎng)內(nèi)埋地管線等設(shè)施的防腐作為一個(gè)整體來(lái)考慮，避免了分立陰極保護(hù)系統(tǒng)的互相干擾，節(jié)約了投資，提高了經(jīng)濟(jì)效益。1.2 站場(chǎng)區(qū)域性陰極保護(hù)的特點(diǎn)1.2.1 功能眾多，接地系統(tǒng)龐大，保護(hù)電流消耗較高 輸油站往往集接收、儲(chǔ)存、加熱、加壓、外輸?shù)榷喾N功能于一體盡管站場(chǎng)陰極保護(hù)的對(duì)象主要為儲(chǔ)罐和埋地管網(wǎng)，但通過(guò)工藝、伴熱、防等管線與輸油泵、加熱爐、閥組等眾多的設(shè)施構(gòu)成了龐大的接地網(wǎng)，底進(jìn)行絕緣處理不僅費(fèi)用高昂、而且也不現(xiàn)實(shí)，難于實(shí)施;而過(guò)多的接地必然導(dǎo)致較高的電流消耗。1.2.2 地下金屬結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，干擾和屏蔽問(wèn)題突出 與站外長(zhǎng)輸管線相比，站場(chǎng)由于眾多設(shè)施彼此電性相連，形成縱橫交錯(cuò)的金屬結(jié)構(gòu)網(wǎng)。特別是建站較久的老站，經(jīng)過(guò)多次改造、擴(kuò)建，許多已廢棄管網(wǎng)、設(shè)備仍與在用設(shè)施存在電性連接，地下金屬結(jié)構(gòu)更為錯(cuò)綜復(fù)雜，干擾和屏蔽問(wèn)題也更為突出。1.2.3 安全要求較高 安全是工業(yè)生產(chǎn)的首要要求。區(qū)域性陰極保護(hù)即要使保護(hù)對(duì)象達(dá)到一定的保護(hù)程度，又不能使保護(hù)對(duì)象在功能和安全程度上有所降低。與站場(chǎng)正常生產(chǎn)有關(guān)的各種安全規(guī)定，在陰極保護(hù)設(shè)計(jì)和施工及運(yùn)行中都要遵守。例如，由于站場(chǎng)對(duì)安全性的較高要求，在區(qū)域性陰極保護(hù)中對(duì)大多數(shù)電器都有防爆要求，造成投資的增加。站場(chǎng)大型儲(chǔ)油罐的存在，對(duì)防范事故的安全措施要求較高，給站場(chǎng)陰極保護(hù)的實(shí)施增加了難度。1.2.4 陽(yáng)極床設(shè)計(jì)受到限制 與長(zhǎng)輸管線不同，在區(qū)域性陰極保護(hù)中采用淺埋陽(yáng)極不利于電流的均衡分布，而且容易產(chǎn)生干擾和屏蔽;而深井陽(yáng)極的應(yīng)用又受地下水文地質(zhì)條件的制約。因此陽(yáng)極床的設(shè)計(jì)在一定程度上受到限制，要達(dá)到理想的陽(yáng)極床設(shè)計(jì)是非常困難的。1.2.5 保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后期調(diào)試整改必不可少 由于區(qū)域性陰極保護(hù)具有保護(hù)對(duì)象錯(cuò)綜復(fù)雜及與之相連的接地設(shè)施眾多等特點(diǎn)，使得保護(hù)回路復(fù)雜多變，造成了一次設(shè)計(jì)的不確定性。要達(dá)到理想的保護(hù)和最大限度降低對(duì)非本保護(hù)系統(tǒng)的干擾，施工和調(diào)試階段的設(shè)計(jì)更改及調(diào)整是必不可少的。1.3 區(qū)域性陰極保護(hù)的主要內(nèi)容1.3.1 設(shè)計(jì)前期 由于區(qū)域性金屬結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，已建站場(chǎng)往往又經(jīng)過(guò)多次改造，因此設(shè)計(jì)之前的資料調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)必不可少，以便詳細(xì)了解保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)的布局、功能、接地面積、絕緣狀況及環(huán)境的腐蝕性等。在考慮采用深井陽(yáng)極或深埋陽(yáng)極的可能性時(shí)，必須掌握站場(chǎng)地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地層條件和水文資料，必要時(shí)可鉆試驗(yàn)孔進(jìn)行實(shí)際勘測(cè)。1.3.2 絕緣處理 已建設(shè)施的區(qū)域性陰極保護(hù)涉及到的絕緣處理項(xiàng)目主要有:儲(chǔ)罐避雷防靜電接地極的改造、埋地管線的防腐檢修、絕緣法蘭(管段)的安裝、架空或地溝管線與其支墩的絕緣等。除接地極改造和部分埋地管線的防腐層檢修外，大都不太容易進(jìn)行，特別是絕緣法蘭或管段的安裝。由于通過(guò)各種管網(wǎng)彼此電性相連的設(shè)施太多，徹底進(jìn)行絕緣處理往往需要花費(fèi)高昂的經(jīng)費(fèi)和較長(zhǎng)的時(shí)間，在一定程度上還會(huì)影響輸油生產(chǎn)的正常進(jìn)行，帶來(lái)一定的安全隱患。為此，設(shè)計(jì)時(shí)一般要求絕緣處理分兩部進(jìn)行:儲(chǔ)罐接地極改造隨陰極保護(hù)主體工程進(jìn)行，其它則在調(diào)試階段進(jìn)行。旨在力求通過(guò)調(diào)試與后期整改達(dá)到理想的保護(hù)效果，盡量避免安裝絕緣法蘭。以低限度的絕緣處理，達(dá)到區(qū)域性陰極保護(hù)的要求。1.3.3 陽(yáng)極床設(shè)計(jì)在區(qū)域性陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中，陽(yáng)極床的設(shè)計(jì)是保護(hù)效果理想與否的關(guān)鍵。深井陽(yáng)極的應(yīng)用對(duì)于均衡保護(hù)電流分布、避免屏蔽和最大限度地消除干擾無(wú)疑是最有效的，但是必須要有合適的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層條件;而淺埋陽(yáng)極床則要求有足夠的地面空間，且易于產(chǎn)生較大的屏蔽和干擾問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮站場(chǎng)現(xiàn)狀和保護(hù)需求，可采用多組、分散布置的深井陽(yáng)極或深埋陽(yáng)極，通過(guò)優(yōu)化保護(hù)回路、平衡各回路輸出、控制電流流向，達(dá)到滿意的結(jié)果。應(yīng)說(shuō)明的是，深井陽(yáng)極的應(yīng)用并非越深越好，除了地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層條件的限制外，無(wú)疑還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和施工難度。而且從技術(shù)上講，陽(yáng)極越深，其排流輻射的范圍越廣，有些本不希望構(gòu)成保護(hù)回路的設(shè)施就會(huì)成為保護(hù)電流大量漏失的通道，最終導(dǎo)致電流消耗居高不下。1.3.4 通電點(diǎn)(控制點(diǎn))設(shè)置 站外長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)因保護(hù)對(duì)象單一且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常只需一個(gè)陽(yáng)極地床即可達(dá)到完全保護(hù)，通電點(diǎn)一般設(shè)在陰保間附近、絕緣法蘭的外側(cè)。而區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)由于具有多個(gè)保護(hù)對(duì)象且結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，通常需要多組陽(yáng)極地床才能滿足保護(hù)要求，每個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)可以有多組陽(yáng)極地床，但控制點(diǎn)卻只能有一個(gè)。在多組陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)中，通電點(diǎn)電位往往不是系統(tǒng)的最負(fù)電位。調(diào)整通電點(diǎn)的位置對(duì)控制各陽(yáng)極床的輸出、平衡各回路保護(hù)電流分布起著重要的作用，確切地說(shuō)通電點(diǎn)就是控制點(diǎn)。根據(jù)筆者近年來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使用多組陽(yáng)極的陰極保護(hù)系統(tǒng)的通電點(diǎn)與各陽(yáng)極床近似等距時(shí)，系統(tǒng)平衡性較好。對(duì)于區(qū)域性陰極保護(hù)而言，由于其一次設(shè)計(jì)的不確定性，通電點(diǎn)的最佳位置通常在調(diào)試階段確定。1.3.5 對(duì)外部金屬構(gòu)件的電干擾腐蝕 輸油站場(chǎng)鄰近區(qū)域通常存在外部地下金屬結(jié)構(gòu)，特別是首末站和分輸站。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到站場(chǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)鄰近外部金屬結(jié)構(gòu)干擾的可能性，并通過(guò)陽(yáng)極床位置的適當(dāng)調(diào)整，盡量降低干擾程度。必要時(shí)對(duì)受干擾的外部金屬結(jié)構(gòu)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。1.3.6 對(duì)站外陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響 由于站外長(zhǎng)輸管線陰極保護(hù)系統(tǒng)的參比電極一般設(shè)在站內(nèi)，常位于站內(nèi)陰極保護(hù)區(qū)內(nèi);站場(chǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行后，大電流所形成的強(qiáng)電場(chǎng)可能會(huì)對(duì)站外陰極保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使站場(chǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽(yáng)極床盡可能地遠(yuǎn)離站外陰極保護(hù)系統(tǒng)的參比電極。必要時(shí)可將站外陰極保護(hù)系統(tǒng)的控制參比外移至非影響區(qū)，如果站外陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出不大且站內(nèi)系統(tǒng)有足夠裕量，也可考慮將站內(nèi)外陰極保護(hù)系統(tǒng)合二為一?？傊荒馨l(fā)生區(qū)域性陰極保護(hù)影響長(zhǎng)輸管線陰極保護(hù)的現(xiàn)象。必須將這種影響降至最低程度乃至消除，保證站外陰極保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，管線陰極保護(hù)電位特別是保護(hù)末端電位滿足規(guī)范要求。1.3.7 系統(tǒng)調(diào)試 由于區(qū)域性陰極保護(hù)具有多保護(hù)回路，易產(chǎn)生屏蔽和干擾問(wèn)題，要達(dá)到均衡的保護(hù)和最大限度的降低對(duì)非本保護(hù)系統(tǒng)的干擾，就需要在通電試運(yùn)行后經(jīng)過(guò)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試和被保護(hù)對(duì)象的整改，才能達(dá)到比較滿意的結(jié)果。 系統(tǒng)調(diào)試的目的是消除屏蔽和干擾、抑制過(guò)保護(hù);降低系統(tǒng)輸出和能耗。相當(dāng)部分工作量用于系統(tǒng)調(diào)試和后期整改，特別是設(shè)計(jì)采用兩套陰極保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)帶動(dòng)整個(gè)站場(chǎng)保護(hù)時(shí)。由于保護(hù)系統(tǒng)的劃分只是主保護(hù)回路意義上的，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的多重組合及控制點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)作預(yù)備性考慮，以便試運(yùn)行階段進(jìn)行充分的系統(tǒng)調(diào)試，結(jié)合部分后期整改工作，得到合理的系統(tǒng)配置。1.4 目前存在的問(wèn)題1.4.1 保護(hù)電流消耗偏高 輸油站場(chǎng)陰極保護(hù)的主要保護(hù)對(duì)象為儲(chǔ)罐和埋地管道的接地表面，直接消耗的保護(hù)電流是有限的;但由于與其電性連接的設(shè)備眾多且多為直接接地，導(dǎo)致總電流消耗高達(dá)數(shù)十乃至上百安培，特別是初始極化電流，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出站外長(zhǎng)輸管道幾安培到十幾安培的陰極保護(hù)電流消耗。1.4.2 儲(chǔ)罐底板中心實(shí)際保護(hù)效果的判定 陰極保護(hù)效果檢測(cè)的主要方法是保護(hù)電位的測(cè)量，然而對(duì)于已建大型儲(chǔ)罐來(lái)講，由于罐底中心安裝參比電極比較困難，中心部位實(shí)際保護(hù)電位無(wú)法檢測(cè)。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)已建大型儲(chǔ)罐底板中心部位保護(hù)效果的判定還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外采用罐基礎(chǔ)水平鉆孔或斜向鉆孔的方法在已建大型儲(chǔ)罐底板下面安裝參比電極導(dǎo)入測(cè)試孔;也有的在儲(chǔ)罐大修更換底板時(shí)安裝罐底參比電極。 對(duì)于儲(chǔ)罐保護(hù)而言，由于國(guó)內(nèi)罐基礎(chǔ)鉆孔尚無(wú)先例，安全和管理部門不會(huì)貿(mào)然同意在大型儲(chǔ)罐底板下安裝參比電極導(dǎo)入測(cè)試孔;又沒有更換底板的機(jī)會(huì)可供安裝罐底參比電極，因而其保護(hù)效果只能根據(jù)推測(cè)來(lái)判定。保護(hù)電位實(shí)際上就是外加陰極極化得到的極化電位，極化電位取決于極化電流密度。而極化電流密度受電源供給電流強(qiáng)度、極化面積、金屬表面狀態(tài)、極化回路電阻及電解質(zhì)性質(zhì)等影響。就罐底板的極化而言，極化電流由陽(yáng)極地床排入土壤，經(jīng)罐基礎(chǔ)進(jìn)入罐底板構(gòu)成極化回路。各部位極化程度取決于其得到的極化電流密度大小，而其表面狀態(tài)、距陽(yáng)極床距離及與罐基礎(chǔ)的接觸電阻直接影響到極化電流密度。 罐底中心與邊緣的極化電位差別是由極化電流密度不同造成的。一般情況下，罐底板各部位表面狀態(tài)相差不大、與罐基礎(chǔ)的接觸電阻也不會(huì)有太大差別，因而極化電流密度的不同主要是距陽(yáng)極床遠(yuǎn)近差異所造成的。無(wú)疑，深埋陽(yáng)極比淺埋陽(yáng)極更容易縮小這種差異。從某種意義上說(shuō)，只要近陽(yáng)極點(diǎn)和遠(yuǎn)陽(yáng)極點(diǎn)達(dá)到保護(hù)要求，中心部位也一定達(dá)到保護(hù)要求。1.4.3 系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng) 由于站場(chǎng)陰極保護(hù)的對(duì)象和電流漏失點(diǎn)大多為地表接地，陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行受地表濕度影響較大。由于地表含水量直接影響到設(shè)施接地電阻，導(dǎo)致各極化回路電阻隨之變化，不可避免地造成了系統(tǒng)參數(shù)的波動(dòng)。特別是降水季節(jié)，這種波動(dòng)尤為頻繁。接地設(shè)施越多，波動(dòng)幅度越大。1.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容 根據(jù)區(qū)域性陰極保護(hù)的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題，為了研究區(qū)域性陰極保護(hù)中罐底陰極保護(hù)情況以及區(qū)域性陰極保護(hù)的干擾與屏蔽問(wèn)題，本課題分四個(gè)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析。 首先，在本文的第二章“鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)電位分布規(guī)律的研究”中，根據(jù)國(guó)內(nèi)普遍采用的罐底結(jié)構(gòu)，按1:5比例，模擬五萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐，建立一個(gè)直徑為12米的模擬罐底板，研究各種罐底電位測(cè)量方法，測(cè)量不同陽(yáng)極位置下罐底電位分布情況，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，并從理論上對(duì)研究結(jié)論進(jìn)行證明。 然后，第三章“林源庫(kù)區(qū)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)綜合技術(shù)研究”是在第二章的基礎(chǔ)上通過(guò)在大慶輸油管理處林源輸油站油庫(kù)區(qū)內(nèi)新建區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng);開展區(qū)域性陰極保護(hù)綜合技術(shù)的研究，對(duì)陽(yáng)極地床的位置和深度，陰極保護(hù)電位分布，陽(yáng)極電場(chǎng)分布之間的相互關(guān)系，以及外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)可能存在的不安全因素進(jìn)行較全面的研究，為罐區(qū)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。第四章“林源庫(kù)區(qū)五萬(wàn)立方米原油罐底電位分布實(shí)測(cè)分析”，是針對(duì)該站區(qū)實(shí)施區(qū)域性陰極保護(hù)后，為了判定大型罐底板外側(cè)陰極保護(hù)效果，取得實(shí)際陰極保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合林源輸油站油庫(kù)區(qū)五萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐清罐大修，在罐底板外側(cè)的直徑方向上安裝五組Zn參比電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)罐底陰極保護(hù)電位的實(shí)地測(cè)量。 第五章“管道輸油氣站區(qū)域性陰極保護(hù)的干擾與屏蔽”討論了區(qū)域性陰極保護(hù)對(duì)保護(hù)范圍以外的設(shè)施的陰極保護(hù)產(chǎn)生干擾的問(wèn)題;討論了消除屏蔽的方法。 通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合第二、三、四、五章的工作，得出罐底板電位分布規(guī)律以及區(qū)域性陰極保護(hù)的干擾與屏蔽消除的方法，從理論和實(shí)踐上為罐區(qū)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。第2章 鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)電位分布規(guī)律研究2.1 綜述 鋼質(zhì)儲(chǔ)罐是石油開采、儲(chǔ)運(yùn)、加工過(guò)程中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其安全問(wèn)題歷來(lái)受到廣泛重視;而腐蝕是威脅儲(chǔ)罐安全運(yùn)行的重要因素之一。國(guó)內(nèi)外制定了許多相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)來(lái)指導(dǎo)儲(chǔ)罐的防腐工作，以達(dá)到減輕和控制儲(chǔ)罐的腐蝕破壞的目的，保障儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。 目前，對(duì)儲(chǔ)罐腐蝕最嚴(yán)重的部位之一罐底外壁，大多采用外加電流陰極保護(hù)技術(shù)。但是，由于儲(chǔ)罐的特殊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在施加外加電流陰極保護(hù)后，其電位分布，尤其是大型儲(chǔ)罐底板的電位分布，是人們關(guān)心的重點(diǎn)，也是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 罐底電位測(cè)量多是測(cè)量罐邊電位;此外還有采用在罐底埋入多孔硬質(zhì)聚乙烯管，通過(guò)在管內(nèi)移動(dòng)參比電極的方法來(lái)測(cè)量罐底電位分布在罐底埋設(shè)長(zhǎng)效參比電極來(lái)直接測(cè)量罐底保護(hù)電位。后兩種方法至今仍被認(rèn)為是最能直觀反映罐底電位分布的測(cè)量方法，但其測(cè)量結(jié)果的可靠性沒有得到其他方法的驗(yàn)證。 近年來(lái)，根據(jù)穩(wěn)定電場(chǎng)理論對(duì)罐底的電位分布進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)出其電位分布隨罐半徑的變化公式。但是，由于實(shí)際情況與其理論假設(shè)存在很大差距，數(shù)學(xué)模型難以準(zhǔn)確描述各種復(fù)雜情況下的罐底電位分布規(guī)律。 本課題根據(jù)國(guó)內(nèi)普遍采用的罐底結(jié)構(gòu)，按1:5比例，模擬五萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐，建立了一個(gè)直徑為12米的模擬罐底板，研究了各種罐底電位測(cè)量方法，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了分析，并測(cè)量了不同陽(yáng)極位置下罐底電位分布情況。2.2罐底電位分布及測(cè)量方法的研究2.2.1實(shí)驗(yàn)原理 區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)的原理與常規(guī)陰極保護(hù)技術(shù)的原理是相同的，都是通過(guò)外加陰極極化電流使被保護(hù)金屬電位負(fù)向偏移，使其由腐蝕狀態(tài)進(jìn)入熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)，從而抑制或減緩其腐蝕的發(fā)生和發(fā)展。目前的陰極保護(hù)技第二章鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)電位分布規(guī)律的研究術(shù)包括兩種方式:強(qiáng)制電流法和犧牲陽(yáng)極法，在某種情況下還可以聯(lián)合使用這兩種方式。(1)強(qiáng)制電流陰極保護(hù) 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)是對(duì)保護(hù)對(duì)象施加陰極電流以實(shí)施陰極極化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的一種方法。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)有三個(gè)組成部分:極化電源、輔助陽(yáng)極、被保護(hù)的金屬構(gòu)筑物(即陰極)。 由于強(qiáng)制電流陰極保護(hù)可提供較大的保護(hù)電流，并且保護(hù)電流、保護(hù)電壓可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，適用于土壤電阻率較高、保護(hù)面積或保護(hù)距離較大的環(huán)境中。比如對(duì)長(zhǎng)輸管線或直徑較大的儲(chǔ)罐底板的陰極保護(hù)中。 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)中，當(dāng)罐底面積很大時(shí)，輔助陽(yáng)極的布置對(duì)罐底板中心部位的保護(hù)水平起一定作用。通?？晒┻x擇的陽(yáng)極埋設(shè)方式有:罐周直埋立式、罐底水平式、罐旁深井式、罐底斜角式以及在罐底沙層中使用金屬氧化物線形網(wǎng)狀陽(yáng)極，或柔性陽(yáng)極。(2)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù) 犧牲陽(yáng)極按材質(zhì)分主要有:鎂及鎂合金、鋅及鋅合金、鋁合金等類型。這些金屬或其合金都具有比被保護(hù)金屬電位更負(fù)的特點(diǎn)，當(dāng)它們與被保護(hù)的金屬連接時(shí)就構(gòu)成了電偶電池。在此電偶電池中，犧牲陽(yáng)極因較活潑而成為電池的陽(yáng)極優(yōu)先溶解，釋放出電流使被保護(hù)金屬陰極極化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。實(shí)際使用中犧牲陽(yáng)極周邊大多用填料包圍以減少接地電阻及促進(jìn)腐蝕產(chǎn)物的溶解。 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)一般適用于土壤電阻率較低、保護(hù)面積小或用強(qiáng)制電流方法會(huì)對(duì)其它設(shè)施造成干擾的情況下，比如直徑較小的儲(chǔ)罐且周圍地下金屬構(gòu)筑物布局復(fù)雜的環(huán)境中。 區(qū)域性陰極保護(hù)中常采用外加電流為主，犧牲陽(yáng)極為輔兩種方式相結(jié)合的方式進(jìn)行保護(hù)。2.2.2陰極保護(hù)參數(shù) 陰極保護(hù)參數(shù)是衡量陰極保護(hù)是否發(fā)揮其作用的重要依據(jù)。主要包括兩個(gè)重要的參數(shù):最小保護(hù)電位和最小保護(hù)電流密度。 (1)最小保護(hù)電位 最小保護(hù)電位是指陰極保護(hù)時(shí)使金屬腐蝕停止時(shí)所需的電位值。對(duì)于最小保護(hù)電位值，在英國(guó)BS7361、德國(guó)DIN30676、前蘇聯(lián)F O C T9602-89、美國(guó)NAEC RP 0169等標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。在中國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/0088-1995鋼制儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)儲(chǔ)罐罐底外壁的保護(hù)電位準(zhǔn)則有如下的規(guī)定:一般情況下，罐底對(duì)地最小電位相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極應(yīng)達(dá)到-0.85V。當(dāng)土壤中含有硫酸鹽還原菌，且硫酸根含量大于0.5%時(shí)，保護(hù)電位應(yīng)達(dá)到-0.95V或更負(fù);罐底和土壤接觸的參比電極之間測(cè)得陰極極化電位差不小于100mV;當(dāng)在罐中心部位監(jiān)測(cè)有困難時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，推薦罐底周邊的保護(hù)電位保持在-1.1-1.15V(相對(duì)銅/飽和硫酸銅電極)。(2)最小保護(hù)電流密度最小保護(hù)電流密度是指被保護(hù)構(gòu)筑物達(dá)到最小保護(hù)電位時(shí)單位面積上所需的保護(hù)電流。在SYT/0088-1995鋼制儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中推薦儲(chǔ)罐保護(hù)電流密度i。為5-10Am/m2。(3)陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)定電位的測(cè)定電位的測(cè)定主要是指測(cè)定被保護(hù)金屬相對(duì)參比電極的電位差。常用的參比電極有飽和甘汞參比電極、銀/氯化銀參比電極、銅/硫酸銅參比電極;因攜帶和維護(hù)方便，工程中常使用飽和銅/硫酸銅參比電極，有便攜式和埋地長(zhǎng)效型兩類。電位測(cè)定的主要方法有:地表參比法、近參比法、滑動(dòng)參比法。理論上這個(gè)電位差值應(yīng)該等于極化電位，但在實(shí)際測(cè)量中，所測(cè)電位實(shí)際還包括土壤的IR降。 IR降是影響電位測(cè)量準(zhǔn)確度的重要因素。常用消除IR降的方法有:瞬間斷電法、試片斷電法、極化探頭法、原位參比法、土壤電壓梯度法、脈沖技術(shù)法、交流技術(shù)法。同時(shí)，要求測(cè)量所用電壓表應(yīng)具有較高的內(nèi)阻，通常應(yīng)大于100K。靈敏閩應(yīng)小于電壓值的5%。電流的測(cè)定與電位測(cè)量相反，電流測(cè)量中要求儀表的內(nèi)阻盡可能地小，應(yīng)在被測(cè)回路總電阻的5%以內(nèi)。電流表的靈敏閩應(yīng)小于被測(cè)電流值的5%。犧牲陽(yáng)極輸出電流測(cè)量的方法主要有:標(biāo)準(zhǔn)電阻法、雙電流表法、直測(cè)法。被保護(hù)構(gòu)件內(nèi)部電流測(cè)量的方法主要有:電壓降法和補(bǔ)償法。2.2.3實(shí)驗(yàn)方法模擬罐底板采用普通碳素鋼(其化學(xué)成分見表2-1);鋼板下有厚度為100mm瀝青砂層和500mm的砂層，環(huán)梁厚240mm，高600mm，采用磚砌水泥抹面。其中200mm埋于土中。在底板邊緣710mm周圍埋有505mm扁鋼，作為罐的接地體，接地體埋深600mm。在罐東西南北四個(gè)方向不同位置埋設(shè)四組各四支高硅鑄鐵輔助陽(yáng)極，具體埋設(shè)參數(shù)見表2-2。在罐底的東西方向直徑上，間隔1200mm，鉆有12mm的電位測(cè)試孔11個(gè);與此夾角45度的方向，亦有相同間隔的電位測(cè)試孔(見圖2-1)，此孔用來(lái)測(cè)量罐底的電位分布。各測(cè)量點(diǎn)的編號(hào)見圖2-1。表2-1 罐底鋼板的化學(xué)成分（wt.%)CSiMnPSAsNFe0.080.070.290.0150.0140.0370.01余量罐底電位的測(cè)量采用三種方法:普通測(cè)量法、斷電測(cè)量法和極化試片法(見圖2-2，圖2-3)。參比電極采用飽和硫酸銅電極。普通測(cè)量法是將一個(gè)長(zhǎng)頸塑料杯安裝在底板12mm測(cè)試孔上，導(dǎo)電鹽橋穿過(guò)瀝青砂層，用來(lái)模擬目前常用的多孔PVC管的測(cè)量方法。表2-2 外加電流輔助陽(yáng)極的埋設(shè)參數(shù)陽(yáng)極編號(hào)A1A2A3A4距管道距離（m）10512埋地深度(m)0.60.60.66.0斷電法是采用APM-1智能電位測(cè)量?jī)x來(lái)控制罐底板和接地體極化電流的通斷，利用長(zhǎng)頸塑料杯來(lái)測(cè)量斷電時(shí)的罐底電位分布。極化試片法(見圖2-2)則通過(guò)安裝在罐底板12mm測(cè)試孔上的測(cè)量探頭上的極化試片，來(lái)測(cè)量罐底電位分布。采用極化試片法可以避免瀝青砂層IR降和接地體電位可能對(duì)罐底電位分布的影響。極化探頭塑料鋼板瀝青砂層鹽橋極化試板連接樁鹽橋長(zhǎng)頸塑料杯鋼板理清砂層連接樁圖2-2極化試片法的示意圖 圖2-3普通測(cè)量法的示意圖外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的接線，如圖2-4所示。電源采用手動(dòng)調(diào)壓整流電源，為了減小直流電源的紋波，采用電感、電容聯(lián)合濾波。電源正極通過(guò)陽(yáng)極電流分配器連接到陽(yáng)極，陽(yáng)極電流分配器是用來(lái)平衡四支陽(yáng)極的輸出電流;負(fù)極則分成兩路分別接到罐底板和接地體上，線路上接兩個(gè)可變電阻，以分別調(diào)節(jié)接地體和罐底極化電流的大小。電流分離器 陽(yáng)極接地體瀝青砂罐底板W1W2K1K2KAA1A2圖2-4模擬罐底陰極保護(hù)的實(shí)驗(yàn)接線圖2.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論:(1)罐底電位的測(cè)量直接測(cè)量采用如圖2-3所示的普通測(cè)量法測(cè)量，在極化回路中，斷開圖2-4中開關(guān)K2，合上開關(guān)K及K1調(diào)節(jié)W1對(duì)罐底板進(jìn)行極化，輔助陽(yáng)極為16支高硅鑄鐵陽(yáng)極，測(cè)得的極化曲線如圖2-5所示。從圖中可以看出，底板的極化曲線基本為一條直線，呈典型的電阻極化特征。因而，從整體看瀝青砂層上罐底板的陰極極化行為由土壤中傳統(tǒng)的氧擴(kuò)散控制，變?yōu)闉r青砂層的電阻極化控制。因而在測(cè)量罐底電位時(shí)，瀝青砂層IR降的影響比與土壤直接接觸的IR降影響大得多。由此可以看出，在瀝青沙層下直接測(cè)量的罐底電位因?yàn)r青砂層IR降的影響而存在很大的誤差圖2-5罐底的陰極極化曲線(接地體未通電)整體斷電法在實(shí)際陰極保護(hù)系統(tǒng)中，為了消除瀝青砂層IR降，可采用斷電法來(lái)測(cè)量罐底的極化電位。由于罐底和接地體存在電連接，且不可分割。因此，在采用斷電測(cè)量技術(shù)時(shí)，一般是對(duì)罐底和接地體同時(shí)斷電。斷電后，接地體和罐底仍是電連接。本文中的整體斷電法就是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行的模擬。在圖2-4中，K斷開，其兩端接到APM-1測(cè)量?jī)x的自動(dòng)控制開關(guān)兩端， K、閉合，調(diào)節(jié)W1，在測(cè)試過(guò)程中保持底板極化電流10mA不變，通過(guò)調(diào)節(jié)W，來(lái)改變接地體的極化電流。測(cè)量?jī)x采用APM-1智能電位測(cè)量?jī)x，測(cè)量?jī)x的自動(dòng)控制開關(guān)兩端連接在K的兩端K(斷開)，由APM-1測(cè)量?jī)x自動(dòng)控制極化電流通斷，參比電極安裝在圖2-3的長(zhǎng)頸測(cè)量杯中，連接參比電極和零位接陰線到APM-1測(cè)量?jī)x的電位測(cè)量端。測(cè)量結(jié)果如表2-3所示。表2-3 整體斷電法測(cè)量的罐底電位測(cè)量點(diǎn)E1-0E1-1E1-2E1-3E1-4接地體極 化電 流常 規(guī)斷電常 規(guī)斷電常 規(guī)斷 電常 規(guī)斷電常 規(guī)斷電常 規(guī)斷 電0.5A-974-447-1118-510-1201-553-1083-484-1055-486-839-7651.0A-1060-418-1238-466-1356-495-1221-446-1152-446-1081-8671.5A-1188-398-1382-446-1522-484-1341-433-1259-435-1553-10542.0A-1284-389-1486-438-1618-461-1457-412-1344-413-1821-11012.85A-1435-372-1652-415-1795-447-1641-402-1496-399-2268-1104從表2-3的結(jié)果可以看出，在保持罐底板極化電流不變的條件下，兩種測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果及變化趨勢(shì)迥異。采用常規(guī)方法測(cè)量時(shí)，罐底電位隨接地體電位的負(fù)移而負(fù)移;而采用整體斷電法時(shí)，罐底電位隨接地體的負(fù)移而正移。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此兩種測(cè)量方法測(cè)量的罐底電位數(shù)據(jù)，均受到了接地體電位的影響。眾所周知，在罐底極化電流及介質(zhì)條件不變的條件下，罐底的真實(shí)極化電位應(yīng)基本不變(隨后的結(jié)果將證明這一點(diǎn))。采用常規(guī)法，測(cè)得的罐底電位數(shù)據(jù)，除了疊加瀝青砂層的IR降外(這一部分與罐底極化電流一樣保持不變)，還受到接地體電位的直接影響，即測(cè)量的電位為罐底板電位、瀝青砂層IR降、土壤中IR降和接地體電位的混合電位。所以其測(cè)得的電位數(shù)據(jù)，隨接地體電位的負(fù)移而負(fù)移。而采用斷電法時(shí)，由于極化電流產(chǎn)生的瀝青砂層和土壤中IR降為零，對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響。上述四項(xiàng)影響測(cè)量結(jié)果的因素只剩下罐底電位和接地體電位。此時(shí)如果不考慮其他因素，其測(cè)量結(jié)果應(yīng)隨接地體電位的負(fù)移而負(fù)移;但是測(cè)量結(jié)果卻隨接地體電位的負(fù)移而正移。這是因?yàn)橛捎诮拥伢w和罐底板所處介質(zhì)條件的差異;在進(jìn)行陰極極化時(shí)，接地體能得到比罐底板平均電流密度大得多的陰極極化電流密度，使得接地體的電位遠(yuǎn)負(fù)于罐底板電位;在斷電后，由于外電場(chǎng)的消失，接地體表面聚集的大量電子通過(guò)鋼導(dǎo)體流向罐底板，而后通過(guò)瀝青砂層流失到大地，并在瀝青砂層產(chǎn)生一個(gè)與陰極極化電流反向的I降，使得罐底電位的測(cè)量數(shù)據(jù)正移，而這種正移隨著罐底板與接地體的電位差的增大而增大;所以采用整體斷電法測(cè)量的罐底電位會(huì)隨著接地體電位的負(fù)移而正移。為了驗(yàn)證上述結(jié)論，改變整體斷電法為底板斷電法，即把圖2-4中K閉合，K1斷開，APM-1型測(cè)量?jī)x的自動(dòng)控制開關(guān)的兩端連接在K1的兩端。其他實(shí)驗(yàn)條件不變，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2-4。表2-4 底板斷電法測(cè)量的罐底電位接地體E1-0E1-1E1-2E1-3E1-4極 化電 流常規(guī)斷電常規(guī)斷電常規(guī)斷電常規(guī)斷電常規(guī)斷電0.5A-1055-355-1159-402-1244-426-1165-387-1160-3661.0A-1155-453-1299-516-1359-546-1262-460-1248-4401.5A-1236-513-1398-611-1460-649-1377-588-1342-5102.0A-1359-633-1497-674-1575-746-1478-672-1427-6072.85A-1452-742-1654-833-1758-914-1638-819-1552-706從表2-4的結(jié)果可以看出，采用底板斷電的測(cè)量方法，其測(cè)量結(jié)果則隨接地電流的增大而負(fù)移，這進(jìn)一步證實(shí)了上述結(jié)論;同時(shí)也說(shuō)明此種方法的測(cè)量結(jié)果仍受接地體電位的影響。以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在瀝青砂層下測(cè)量罐底電位，無(wú)論采用普通的直接測(cè)量法，還是采用斷電法，其測(cè)量結(jié)果均受到接地體電位和瀝青砂層IR降的影響。因而，其直接測(cè)量的電位結(jié)果不能代表罐底電位。極化試片法測(cè)量方法如圖2-2所示，極化試片通過(guò)連接樁與罐底板相連接，參比電極放入塑料杯內(nèi)來(lái)測(cè)量罐底板的極化電位。為了驗(yàn)證采用此方法測(cè)得罐底電位數(shù)據(jù)是否受接地體電位的影響，實(shí)驗(yàn)線路圖2-4中K、K1、K2均閉合，調(diào)節(jié)W 1保持罐底極化電流為15mA，調(diào)節(jié)W2來(lái)改變接地體的極化電流，測(cè)量結(jié)果如表2-5。表2-5 極化試片法測(cè)量的罐底電位 極化電流E1-0E1-1E1-2E1-31.0A-359-330-536-5161.5A-360330-538-4762.0A-362-330-539-4753.0A-362-319-541-527由表2-5的測(cè)量結(jié)果，測(cè)得的罐底板極化電位基本上不受接地體電位變化的影響。因此，可以認(rèn)為采用此方法測(cè)得的電位數(shù)據(jù)基本上代表了真實(shí)的罐底板極化電位。(2)陽(yáng)極地床位置對(duì)電位測(cè)量及保護(hù)效果的影響為了研究陽(yáng)極位置對(duì)罐底電位分布的影響，本實(shí)驗(yàn)布置了四組陽(yáng)極其埋設(shè)的位置參數(shù)見表2-2。圖2-7罐底的電位分布曲線(E3, E4, E5度)圖2-8 單邊極化罐底的電位分布曲線(E1,E2 ) 為了驗(yàn)證上述結(jié)果，將陰極極化電流從罐邊四個(gè)方向施加改為從單個(gè)方向施加，即取每組陽(yáng)極的第一根陽(yáng)極(東邊)，對(duì)罐底施加陰極保護(hù)電流，這樣進(jìn)一步擴(kuò)大電流流向的不對(duì)稱性，再測(cè)量罐底電位分布。測(cè)量結(jié)果如圖2-8所示。從圖中可以看出，單邊極化條件下，罐底電位的分布也基本為一條水平線，與測(cè)量點(diǎn)的電位值無(wú)關(guān)。 上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明，對(duì)于含瀝青砂層結(jié)構(gòu)的罐底板，其保護(hù)電位的分布基本均勻，與測(cè)量點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。2.3罐底電位分布的理論分析:在罐底及周圍介質(zhì)均勻一致的條件下，罐邊與罐中心的陰極電場(chǎng)差可以用下式表示(2-1) (2-1)式中 E罐中心與罐邊陰極電場(chǎng)差 罐底及周圍均一介質(zhì)的電阻率 is 罐底平均電流密度 k 反映罐底電流密度 r 罐底半徑當(dāng)k0，電場(chǎng)差出現(xiàn)最大值為： (2-2)對(duì)于罐底鋪設(shè)有砂層的情況下，設(shè)瀝青砂層的絕緣電阻為R（m2），則由于陰極的陰極極化電流密度差為： (2-3)一般認(rèn)為，式中i邊is i中心is (2-4) (2-5) (2-6)在罐底陰極極化過(guò)程中，其典型反應(yīng)為耗氧反應(yīng)，其控制過(guò)程在陰極極化的不同階段，表現(xiàn)為電化學(xué)控制和氧擴(kuò)散控制。在本實(shí)驗(yàn)條件下，由于氧的擴(kuò)散相對(duì)容易，擴(kuò)散路程短，因而其陰極極化控制過(guò)程應(yīng)為電化學(xué)控制過(guò)程，其電極電位可由下式表述:所以將式(2-6)代入(2-7)中，則 (2-7) (2-8)式中 b為Travel斜率，對(duì)于吸氧反應(yīng)，b=0.116V。從(2-8)中可以看出，罐底電位差受土壤電阻率p，瀝青砂層電阻R和罐半徑r三個(gè)因素的影響:罐半徑愈大，罐底電位差愈大;土壤電阻率愈高，罐底電位差愈大;而瀝青砂層絕緣電阻愈大，則罐底電位差愈小。本實(shí)驗(yàn)?zāi)M罐直徑為12米，其r=6米?，F(xiàn)場(chǎng)土壤電阻率為67.9 m罐底瀝青砂層絕緣電阻為2150.m2。代入式(2-8)有:從上面的計(jì)算結(jié)果可以看出，在本模擬實(shí)驗(yàn)條件下，罐邊與罐中心的電位差理論上的最大值僅為9.6mV，基本上可以忽略不計(jì)，這從理論上證實(shí)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。那么，在相同條件下，對(duì)于一個(gè)直徑為60米的5萬(wàn)立方米的大型儲(chǔ)罐，其理論上的最大電位差為:上面的計(jì)算結(jié)果僅為52mV，這表明在罐底有瀝青砂層的情況下，其電位分布基本均勻。第3章 林源庫(kù)區(qū)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)綜合技術(shù)研究大慶輸油管理處林源輸油站油庫(kù)區(qū)的總?cè)萘繛?0萬(wàn)立方米，是大慶油田外輸?shù)目偝隹?。油?kù)區(qū)自1974年投產(chǎn)至今已有27年，罐底