【《原油储罐防腐-阴极保护法分析概述》4000字】

原油储罐防腐-阴极保护法分析概述涂层法被广泛用于隔离金属与周围电解质的接触，如水和土壤等介质。因此在储罐防腐中覆盖保护层是重要的保护手段之一。但是，涂层不能提供充分的保护，涂层会出现脱落失效现象，这时候腐蚀会发生在涂层的断裂处。因此，除了涂层法，还需要第二种保护手段，而阴极保护法将储罐金属表面作为电化学池的阴极，是防止结构腐蚀最有效、最经济的技术之一，在涂层失效后，阴极保护法仍然能对储罐进行防护。总的来说，阴极保护法作为储罐最后防护手段，研究它仍然是重要的课题。在前面第三章中已经探讨阴极保护法的作用原理，接下来进行对阴极保护法的改良技术进行探讨。1.1可控制牺牲阳极阴极保护系统储罐的腐蚀控制方法中，牺牲阳极阴极保护法作为一种保护储罐的有效手段，存在着巨大的缺陷。即用传统的牺牲阳极保护法会出现阳极电流过大且不可控的电流动，从而造成流入储罐内的电流过大，导致涂料失效和阳极寿命缩短的情况。为了解决这个问题，MuhammadN.Jawad等人设计了一种可控制的地上储罐牺牲阳极(镁阳极)阴极保护系统，提出的方法能够控制阳极的电流,从而导致阳极性能增强,因此,增加了阳极的寿命。该系统是在含盐水(5661ppm)的实验室水箱中实现。本实验消除了传统的牺牲阳极保护法对储罐的过度保护和阳极过度损耗，实验表明阳极寿命较常规系统延长了35.55倍。这种方法降低了阳极对储罐的保护电流，使牺牲阳极阴极保护系统整体稳定，不会出现过度保护现象。1.1.1可控制牺牲阳极阴极保护法原理如下图1.1所给的可控制的地上储罐牺牲阳极(镁阳极)阴极保护系统原理图，其中可变电阻与阳极串联，而阳极采用的绝缘支柱并联，这样阳极就会与罐体隔离开来，避免与罐体连接。其中1为阳极、2为罐体、3为绝缘支柱、4为铜线、5为可变电阻。图1.1可控制牺牲阳极阴极保护系统原理1.1.2测试系统性能的实验方法为了测试系统的性能，共设计了两组对比实验。在实验中，设计了3个直径为20cm、高度为22cm的相同储罐，采用类似材料制成，并涂有两层环氧树脂涂层，采用带状镁阳极作为阳极材料。对于三个储罐，采用了类似的阳极尺寸和安装结构，其中第一储罐实施传统的牺牲阳极保护法系统、第二个储罐采用一个类似于图1.1所示设计的系统，但不需要设计可变电阻、最后第三个储罐实现了完整的设计方案。这样一来，通过对比第一和第二储罐，由于传统的牺牲阳极阴极保护法中阳极与罐体是焊接在一起，因此能得到采用阳极与罐体绝缘这种方法对腐蚀防护和阳极寿命的影响；而通过对比第二和第三储，可以得到控制电流对阳极寿命的影响。本实验以5661ppm的盐水为电解液，实验时间为1个月。阳极尺寸、与罐体的距离和节距的详细情况如下表1.1。表1.1阳极尺寸、与罐体的距离和节距的详细情况储罐罐内底部储罐内壁阳极数量311阳极长度（cm）6，15，69.4阳极与罐体之间的距离（cm）22阳极到阳极的间距（cm）66阳极截面积（mm2）9.5×199.5×191.1.3实验结论根据实验证明，通过将阳极与罐体绝缘，相比传统的牺牲阳极保护系统，阳极的寿命延长到1.67倍；而通过控制阳极的电流流量，可控制牺牲阳极阴极保护系统可使阳极的寿命提高约35.55倍。可以说，这个设计极大改良牺牲阳极阴极保护法，与传统的牺牲阳极阴极保护系统相比，它消除了过度保护和阳极损耗，更甚是阳极的预期寿命提高了35.55倍，可以说，这对于储罐阴极保护应用来说是一个前所未有的成就。1.2外加电流阴极保护的改性前面介绍了一种牺牲阳极阴极保护法的改良设计，消除了阳极过度损耗，阳极的预期寿命提高了35.55倍，可以说极大改良了牺牲阳极阴极保护法。但是这种方法仍然有局限性，即不适合在土壤电阻率较高、储罐直径较大的环境使用。因为阳极的输出电流存在上限，只能通过增加阳极数量提高输出电流，这样一来，对比外接电流保护法投资较大，再加储罐底部电阻率较大，牺牲阳极阴极保护法保护范围变得不均匀，因此，对于大型储罐防护就需要用到外接电流保护系统。目前，在阴极保护系统中，通常设有输出设备、阴极均压点和多个辅助阳极设备，在所要保护的容器上设有多个阴极均匀点，各阴极均压点由电缆与输出设备相连，输出设备则由多条电缆与地下的多个辅助阳极设备相连。但是，当将这种多根电缆与输出装置相连接时，因现场不同位置的辅助阳极电阻或不同位置的管线周围的接地电阻差异很大，多条导线的电流分布不均匀，容易造成现场电阻低处的过保护；当电阻较高时，电流会变得很小，不能达到最低保护电压，从而产生欠保护，从而影响整个系统的保护效果，降低系统的工作效率。所以现在最重要的就是如何解决这一问题，然后我们来讨论一种改进的外接电流保护系统，这种改进方案主要是为了防止外部电流的不平衡而引起的过度保护和欠保护，中国石油天然气股份有限公司研制了一种用于解决上述问题的阴极保护装置。1.2.1阴极保护电流控制装置概述当阴极保护电流控制装置设置在输出设备的输入端时[27]，阴极均压点、阴极保护电流控制装置及输出设备依次通过电连接；当阴极保护电流控制装置设置在输出设备的输出端时，输出设备、阴极保护电流控制装置及辅助阳极装置依次通过电连接，每条电流调节支路上的霍尔电流传感器被配置为获取其所在电流调节支路的电流值，并将电流值传送给微控制器，微控制器根据电流值改变可调电阻的电阻值，从而改变该电流调节支路的电流值，将各电流调整支路的电流控制在预定的范围之内，克服了由于外加电流阴极保护系统中多条线电流不平衡造成的过保护或不足保护问题，增强了外加电流阴极保护系统的保护效果。如下图1.2阴极保护电流控制装置结构示意图。其中1为壳体，101为第一部，1011为第一固定螺栓孔，102为第二部，1021为第二固定螺栓孔，2为微控制器，3为可调电阻，4为霍尔电流传感器，5为继电器，6为安装导轨，7为输入接线柱，8为输入总线，9为输出接线柱，10为绝缘接线板，11为电源线接柱，12为电源线，13为显示器，14为功能面板，15为调节旋钮，16为转换开关，17为固定件，1701为第一环体，1702为第二环体，1703为第三环体，1704为第四环体。图1.2阴极保护电流控制装置结构示意图1.2.2阴极保护电流控制装置原理这种阴极保护电流控制装置其结构示意图如图1.2，该装置设置在输出设备的输入端或输出端，可以根据生产需求选择性放置在输出设备的输入端或输出端。该装置包括：壳体以及设置在壳体内的微控制器和至少两条电流调节支路，每条电流调节支路包括可调电阻和霍尔电流传感器。其中可调电阻的一端与阴极均压点或输出设备的电流输出口电连接，另一端与输出设备的电流输入口或辅助阳极装置电连接，霍尔电流传感器被配置为获取电流调节支路的电流值，可调电阻与霍尔电流传感器均与微控制器信号连接，通过将微控制器和至少两条电流调节支路设置在壳体内，利用壳体可以实现对微控制器和至少两条电流调节支路的保护。同时，电流调节支路的个数可以根据外加电流阴极保护系统中阴极均压点或者辅助阳极装置的个数进行设定。总的来说，每条支路内的电流控制在预设范围内是通过微控制器根据电流值改变可调电阻实现的，而微控制器得到的电流值是由霍尔电流器获取支路所传送的电流值。1.3阴极保护电源系统上面探讨了牺牲阳极保护法以及外加电流保护法改良设计，在一定程度上提高了保护系统的性能。下面讨论卞直芳等人[28]为解决目前原油储罐外底板采用的牺牲阳极保护方式和采用外加电流保护方式对油罐外底板的保护作用较差的问题，提出了一种新的油罐外底板阴极保护供电系统。1.3.1阴极保护电源系统概述这种阴极保护电源系统[28]主要结构包括交流电输入模块、变压器模块以及整流器模块。其中交流电输入模块主要用于输入变流电压，由输入端和输出端构成，输出端与变压器模块连接，而输入端与电网连接；变压器模块为多级式变压器，包括初级线圈、磁芯、次级线圈以及电压调节接头，初级线圈与交流电输入模块的输出端连接，次级线圈与电压调节接头的输入端接触；电压调节接头的输出端与整流器模块连接；整流器模块用于将调节后的交流电压转换成直流电压。通过电压调节接头调节次级线圈的匝数，进而调节输入电压与输出电压的关系，避免了小电流输出时交流成分绝对值相对阴极保护电流占比很大所带来的危害，也降低了电源纹波系数的要求，进而提高了对储罐外底板的护效果。各模块的功能如下表1.2。表1.2各模块功能模块功能交流电输入模块用于输入交流电压变压器模块用于将交流电压调节为多波段输出模式整流器模块用于将调节后的交流电压转换成直流电压1.3.2阴极保护电源系统原理工作原理为：电力网提供交流电压输入到多级式变压器的初级线圈，断路器控制交流电输入的通断，带有磁芯和次级线圈的多级式变压器提供一种降低和调节输出电压大小的线路，并能够将直流电路与输入的交流电隔绝。然后，整流器模块使调整后的交流电压转变为直流电压输出。与传统的阴极保护采用的变压/整流器电源不同之处，在于本发明对次级线圈引出多个抽头，这些抽头通过改变次级线圈匝数的方法，调节输入电压与输出电压的关系。按照调节输出电压幅度的大小，将抽头分成三级调节的分抽头，即：粗调抽头，中调抽头，细调抽头。通过对三级分抽头端子的不同接入组合形成不同的输出电压大小。电压调节接头安装在设备前的面板上，每个波段电压的连接采用短接铜片或波段开关实现。交流电输入保护采用交流防雷模块，直流输出电路前端保护采用过电压保护模块，直流输出电路后端保护分别通过熔断器、压敏电阻和浪涌保护模块三级保护器件实现。通过电流表和电压表显示直流输出。电源调试或检维修过程中，操作员可以在分流器两端的测量端子上直接测量直流输出电流。储罐外底板阴极保护电源系统直流输出端的正极连接辅助阳极，负极连接