CN1036407C - 地面贮罐底板外侧阴极保护方法 - Google Patents

Abstract

一种地面贮罐底板外侧阴极保护方法，属于金属防腐蚀领域，包括三明治式保护结构；在贮罐原基础上，增铺石墨阳极层、固体电解质层组成的复合垫层，石墨参比电极埋于其中，阳极层通电点装置设于阳极层内，复合垫层外涂敷聚氨酯密封胶绝缘。外接恒电位仪，高阻抗电位表，构成阴极保护系统。贮罐底板阴极保护电位分布均匀，对罐区附近金属构筑物无干扰。不用绝缘法兰，延长贮罐寿命，节约维修经费，是一种经济而有效的控制贮罐底板外侧腐蚀的方法。

Description

地面贮罐底板外侧阴极保护方法

本发明涉及金属防腐领域，特别是涉及一种用于地面大型贮罐底板外侧阴极保护的方法。

贮罐底板外侧的腐蚀问题已引起世界各国关注。自1939年德国首次在贮罐底板外侧采用外加电流阴极保护以来的五十余年实践认为，阴极保护是一种防止贮罐底板腐蚀行之有效的方法，各国政府相继制定法律、法规，贮罐底板要进行阴极保护。1990年6月，在美国召开了关于地上钢贮罐第一届国际专题讨论会议。腐蚀与防腐蚀是其重要议题之一。可见贮罐腐蚀问题的严重性、世界性和解决问题的迫切性。罐底板外侧阴极保护系统从以往阳极结构的安置方式看，大体有四种结构形式(见图3)。但，共有的特征和埋地管道阴极保护一样，阳极距罐底板都有一定距离，导致：(1)从阳极流出的电流总是经过土壤、砂垫层、沥青砂垫层等流向底板的同时也向土壤四周漫流(如图3中箭头方向)，导致可能会对邻近的金属构筑物造成新的干扰和新的腐蚀威胁。为了保证罐底板流入有足够保护电，就一定要用绝缘法兰将与罐有电性联结的地下金属构筑物完全隔离开来；(2)从阳极流向罐底板的电流分布是不均匀的(随着贮罐内介质进、出，罐底板与沥青砂等垫层接触电阻也随之变化；在罐底与有效阳极区域之间还有不均匀土壤电解质地段，尤其是高电阻率土层和垫层，这样就会出现难以把阳极(地床)电流均匀引向罐底板，另外，罐周围电屏蔽效应有时也会妨碍罐底板的电流均匀分布)，罐底板中心保护电位与罐底板边缘保护电位最大差值可达300毫伏，最先进水平也有130毫伏。罐的直径越大，这种不均匀性也就越大。所以自1939年有记载以来，地面大型贮罐钢底板外测阴极保护的现行方法，大都存在以上这些弊端。这些弊端一定程度上限制了这一传统阴极保护技术在贮罐底板中的推广应用(Handbook of CathodicProtection 1990.P14，22，20-5)(防食シ-ヌ No.5 P54-591975.8)综上所述，贮罐底板外侧实施传统的阴极保护方式必须要考虑安装费时费事的绝缘法兰，要考虑底板中心与边缘保护电位的均匀性，以及对临近构筑物干扰腐蚀问题等等，各国科学家曾作过不少努力，并有所改进，但没有彻底解决有关技术问题。

本发明的目的在于提供一种适用于地面大型贮罐底板外侧的阴极保护方法，从根本上解决地下金属防腐蚀问题现有技术的诸多弊端。

本发明阴极保护方法包括(请参阅图1和图2)：

(1)在贮罐钢底板(阴极)和罐基础之间铺设一层由能进行电子导电的GK-1石墨阳极层和一层能进行离子导电的GK-2固体电解质层构成的GK“复合垫层”。

(2)贮罐钢底板座在复合垫层上，即构成三明治式阴极保护结构，在整个结构的边缘用密封胶绝缘密封。

(3)用恒电位仪作直流极化电源，其正极连接在GK复合垫层的阳极层上，负极接在贮罐钢底板上，构成阴极保护系统。

极化电源供电时从正极流出的电流，通过在GK-1阳极层上均匀设置的阳极通电点装置引入阳极层，然后通过固体电解质层流向贮罐钢底板后返回极化电源的负极，调整钢底板阳极极化程度，即可实施罐底板外侧阴极保护。

贮罐钢底板阴极极化程度由埋设在GK-2固体电解质层中石墨电极作为测量参比电极测试而得(用DT830万用表)，当极化电位负偏自然电位200-400毫伏时，即可认为罐底板得到可靠的阴极保护。

GK复合垫层中的GK-1阳极层由粒度为150-200目鳞片石墨和无机(硅酸钾钠)胶凝材料按1-1.5∶0.5-1.5比例混合凝固而成。层厚度1-3毫米，GK-2固体电解质层由粒度为180-200目钠BETA氧化铝和无机硅酸钾钠胶凝材料按1-1.2∶0.1-1的比例混合凝固而成，层厚度为1-7毫米。

在美国腐蚀工程师协会编，朱日璋教授译，1987年冶金工业出版社出版的一书“腐蚀与防护技术基础”的第159-161页中指出

由于本发明中，阳极层面积≌电解质层面积≌罐底板面积，而阳极层厚度即为长度L，所以

阳极层电阻大小和罐底面积呈反比，和厚度成正比。

同时，厚度又和阳极层使用寿命有关。在中国腐蚀学会编著，1989年上海科技出版社出版的“金属腐蚀手册”一书第40页阐明：所以阳极厚度与使用寿命成正比，同时，阳极寿命又和工作电流呈反比。该工作电流是指阴极保护的保护电流。由于贮罐钢底板极化电位负偏自然电位控制达到200-400毫伏时，罐底板得到可靠的阴极保护，本发明阳极层厚度采用1～3毫米，其使用寿命可延长至45年。

所以本发明具有以下效果：

1.贮罐底板阴极保护电位分布均匀，对大型贮罐效果更明显；对罐区附近金属构筑物无干扰；

2.原油贮罐底板外侧一般使用7-10年即要发生腐蚀穿孔漏油事故。若不计漏油、停产、贮罐利用率降低和环境污染的直接和间接损失，仅从节约维修费来计算，其经济效益为：一座一万立方米钢质拱顶贮油罐大修期一般五一七年(现以七年计算)，每次底板大修理费约为10余万元，采用本发明的新方法可延长寿命至45年，则可节约五次大修费共50多万元。

目前国内外已公认阴极保护是控制贮罐底板外侧腐蚀的一种经济而有效的方法。而罐底板用本发明实施阴极保护更是一种全新方法，省却了国内外一直沿用费钱又费事的绝缘法兰，并可排除对罐群中单座罐实施外加电流阴极保护的限制，所以具有更广泛应用前景和更可观的经济效益，属国际领先水平。

附图及其说明如下：

图1是本发明贮罐底板外侧阴极保护方法装置示意图。

图中1-贮罐钢底板(阴极)，2-GK-2固体电解质层，3-石墨参比电极，4-GK-1石墨阳极层(阳极)，5-阳极层通电点装置，6-绝缘层，7-贮罐原基础，8-极化电源，9-高阻抗电位表。

图2是本发明三明治式阴极保护结构局部剖视图。

图3为四种现有贮罐底板阴极保护的阳极结构类型。

图中箭头为阴极保护电流流动方向。

图中1-罐，2-牺牲阳极，3-浅埋阳极地床，4-深井阳极地床，5-倾斜式阳极地床，6-极化电源(恒电位仪)。

实施例1  三明治式阴极保护结构及其阴保系统

将一座一万立方米旧贮油罐底板割除后，在原来罐基础7上增铺GK复合垫层4和2，其中GK-1石墨阳极层4厚3毫米，GK-2固体电解质层2厚5毫米，然后在其上再铺设更新的罐底板(阴极)1；石墨参比电极3埋于GK-2固体电解质层2中；阳极层通电点装置5设于4内；复合垫层外缘涂敷聚氨酯密封胶作为绝缘层6，即构成三明治式保护结构，最后用恒电位仪8作极化电源，其正极接GK-1阳极层4的通电点5上，负极接被保护的贮罐钢底板(阴极1)上；用高阻抗电位表9-监测罐底板在固体电解质中(相对于石墨参比电极3)的自然电位；然后，接通极化电源，使钢底板进行阴极极化至负偏自然电位200-500毫伏范围，则罐底板外侧就得到可靠阴极保护。此时恒电位仪输出电流为1-3安培，输出电压为1-5伏，底板中心和边缘电位差为90毫伏。

实施例2  GK-1阳极层制备

1.用粒度为150目鳞片石墨和市售无机硅酸钾钠胶凝材料，按1∶0.1混合凝固而成；厚度1毫米；

2.上例粒度为200目，比例为1.5∶1.2，厚度为2毫米；其余同例2-1。

实施例3  GK-2固体电解质层的制备

1.选用粒度为180目的钠-BETA氧化铝(Na-β-Al₂O₃)和市售(北京泡花碱厂生产)无机硅酸钾钠胶凝材料按1∶0.1混合凝固而成；厚度3毫米；

2.实施例3-1，其粒度改为200目，比例为1.2∶1；厚度7毫米，其余同；

Claims (3)

1.一种地面大型贮罐底板外侧阴极保护方法，包括采用三明治式保护结构，恒电位仪(8)，参比电极(3)，高阻抗电位表(9)，其特征在于：三明治式保护结构的构成是在贮罐原基础(7)上增铺由GK-1石墨阳极层(4)，GK-2固体电解质层(2)组成的复合垫层，在其上再铺设更新的罐底板(阴极)(1)，石墨参比电极(3)埋于固体电解质层(2)中，阳极层通电点装置(5)设于石黑阳极层(4)内，复合垫层外缘涂敷聚氨酯密封胶作绝缘层(6)——即构成三明治式保护结构，用恒电位仪(8)作极化电源，其正极接GK-1阳极层(4)的通电点(5)上，负极接被保护的贮罐底板阴极(1)上，高阻抗电位表(9)监测罐底板(1)在固体电解质中[相对于石墨参比电极(3)]的自然电位和保护电位，并控制极化电位负偏自然电位200-400毫伏，而构成阴极保护系统。

2.根据权利要求1的阴极保护方法，其特征在于所述的GK-2固体电解质层(2)由粒度为180-200目钠-BETA氧化铝(Na-β-Al₂O₃)粉和无机硅酸钾钠胶凝材料按1-1.2∶0.1-1比例混合凝固而成，层厚度为1-7毫米。

3.根据权利要求1的阴极保护方法，其特征在于所述的GK-1阳极层(4)由粒度为150-200目的鳞片石墨粉和无机硅酸钾钠胶凝材料按1-1.5∶0.1-1.2比例混合凝固而成，层厚度为1-3毫米。

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