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1、阴极保护在油田防腐上的应用,答辩人：蒲 良专 业：电气工程及其自动化指导老师：林骁 刘智勇,阴极保护在油田防腐上的应用,一、油田阴极保护的背景及其意义二、阴极保护的原理及其分类三、保护方案的选择四、管道阴极保护五、大罐防腐 六、结论与展望,一、油田阴极保护的背景及其意义,背景：原油储罐和管道的使用寿命主要受电化学腐蚀的影响，原油储罐和管道使用寿命的长短直接关系到油田工业能否长期稳定和正常生产 。意义：防护原油储罐和管道使其免受电化学腐蚀，延长使用寿命。,二、阴极保护的原理及其分类,保护原理： 阴极保护是一种用于防止金属在电介质（海水、淡水及土壤等介质）中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理是
2、对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。,牺牲阳极法阴极保护实体示意图,强制电流阴极保护实体示意图,三、保护方案的选择,管线：对于长输管道在沙漠环境下土壤电阻率较高，使用牺牲阳极难以达到保护效果，选择强制电流法较好。大罐：对于储油大罐，罐内壁的腐蚀防护从安全角度考虑不宜采用强制电流阴极保护因采用牺牲阳极法，对于罐外部分应根据经济性和其它各方面因素决定是用牺牲阳极法还是强制电流法。,腐蚀,管道腐蚀,大罐腐蚀,四、管道阴极保护,1、强制电流阴极保护的组成,组成： 恒电位仪， 阳极地床， 参比电极，测试桩。,MAS20
3、00的接线示意图,2、腐蚀调查与分析,调查目的： 为了分析管道现在所处的腐蚀环境状况调查分析内容： 1、土壤电阻率与土壤腐蚀性关系 2、管道自然电位与土壤腐蚀性关系 3、管道覆盖层绝缘电阻值优劣评价等级,管道腐蚀原因： 管道腐蚀主要是受外界环境影响较严重，由于防腐层常年运行老化以及施工或运输、安装及补口，热应力及土壤应力、涂层的老化破坏及涂层微小针孔的存在在所难免，导致管材和土壤电位存在差异，产生电化学腐蚀。,土壤电阻率与土壤腐蚀性关系,对所埋管道土壤进行电阻率测试，石西区块的土壤电阻率在60150 ，将测量结果与表比较可知，大多数输油输气管道所处的土壤环境为弱腐蚀等级。,管道自然电位与土壤腐
4、蚀性关系,管道进行自然电位的测试结果均为-0.45 -0.55V，确定地下管网处于较强腐蚀等级,管道覆盖层绝缘电阻值优劣评价等级,石西输油输气管线的保护覆盖层材质为黄夹克绝缘电阻为50000，绝缘等级为优秀。,由上面参数分析可知，管道所处的腐蚀环境为弱腐蚀环境，且有良好的绝缘覆盖层，因此在设计强制电流阴极保护时对设备要求不高，只需要很小的保护电流及可达到保护要求。,3、强制电流设计原则,1、被保护管道与未保护装置之间装设绝缘接头或绝缘法兰。2、钢铁的保护电位常取-0.85V（CSE）这一准则在较强腐蚀环境，以-950mV的准则代替，为了对腐蚀防护更加可靠和有效。 3、辅助阳极的设计寿命应与被保
5、护管道相匹配，不宜小于20年。4、最大保护电位的限制应根据覆盖层种类及环境来确定，以不损坏覆盖层的粘结力为准。,4、阴极保护的设计步骤,1、工程设计寿命 ：与使用年限匹配2、管道保护电位 ：保护电位至少为-850mV（SCE）3、最小保护电流密度 ：根据防腐层电阻选取，黄夹克取取10 4、相关工艺参数保护长度L保护电流 I辅助阳极组接地电阻 R辅助阳极的质量G系统电源设备功率 P,输出电压U,输出电流I,经计算得出，此段黄夹克保护层的油线和气线阴极保护所须功率、电流、电压都很小，使用现有的设备能达到保护要求。,5、管道阴极保护的运行现状阳极接地电阻4.2,接地电阻偏大（相对设计电阻）,结论,1
6、、 阳极接地电阻大 阳极接地电阻过大易造成，输出电流达不到额定值，使保护距离缩短。 解决办法：阳极地床需开挖,看阳极腐蚀程度,如阳极棒无过度腐蚀,就需浇水,或添加降阻剂以降低接地电阻。2、测量结果一条气线上无保护电位，不知电送哪去了。 解决办法：用PCM找出莫北站阴极送电到那条管线上去了，如果接错需更改。,3、个别点极化电位偏低，主要由阳极地床接地电阻偏高引起。4、管线测试桩,莫北油气线后几公里无测试桩。桩号不清楚,没有明确表明是那条管线,管线标志桩太少,标志不明显.。 解决办法: 用pcm寻找管线确切位置及埋设深度,对埋深不够的管段需覆土.对管线标志桩.测试桩重新埋设焊接，做到一目了然。5、
7、经过理论设计，得出在现有的设备能满足阴极保护要求，只需要对其进行适当的维护就能满足要求。,五、大罐防腐,一、目前现状,石西油田作业区目前共有2座油水处理站：石西联合站和石南联合站；3座转油站：莫北转油站、石南31转油站和莫109转油站；1座天然气处理站：石西天然气处理站。 随着使用年数的增加，储罐陆续出现了腐蚀穿孔的现象，腐蚀穿孔的储罐主要分布在石西联合站、石南联合站的沉降罐、净化油罐，因此需要通过定期清罐、定期壁厚检测以及定期巡检，发现储罐的隐患部位并及时进行维修，保证作业区各类储罐的安全生产运行。,二、腐蚀原因分析,原油本身并不腐蚀金属材质，但原油中含有一些腐蚀性杂质，如无机盐、硫化物、氮
8、化物、有机酸、氧、二氧化硫和水分等，这些杂质含量虽少。但经过长时间的沉降，水沉油浮，在罐底逐渐形成一层沉积水，原油罐底及下壁长期浸没在沉积水中，而沉积水中含有大量的氯化物、硫化物、氧、酸类物质。因此，底部与沉积水接触部分是油罐中通常腐蚀最严重的部位。,石西联合站4#净化油罐罐底,3、储罐维护情况,作业区共有各类储罐62座，其中需要定期清洗储罐52座。现统计作业区腐蚀最严重的两个站区储罐的维修情况：,石南联合站各储罐维修情况统计表,石西联合站各储罐维修情况统计表,从以上维护记录可以看出大罐内壁腐蚀发生概率高而且严重，是影响大罐安全和寿命的最直接隐患。下面举莫北转油站1000方罐为例，说明阴极保护
9、在大罐防腐上的应用。,4、大罐防腐应用实例,保护现状分析 保护方法确定 阳极的选择 设计步骤,油罐保护现状,莫北现有储油罐三个1000 的钢制油罐，存储介质为原油，工作温度2530 内壁S=1769 ；外壁S=1457 +底312 。油罐内壁采用环氧导静电防腐漆做防腐涂层，外壁采用带锈防腐漆做防腐涂层，外壁有保温层。油罐罐底外壁做牺牲阳极阴极保护，采用14 支镁合金阳极，每座罐使用6支镁合金阳极，在每座罐的进出口管线上安装有绝缘法兰。 油罐只做了外壁的腐蚀防护，而未做内壁的阴极保护。为了减小内壁腐蚀，延长大罐使用寿命，对大罐内壁保护。,保护方法的确定,大罐保护采用防腐涂层和牺牲阳极阴极保护相结
10、合的方式。 在罐内底板及周围一定高度的地方采用环氧基耐油耐盐水油罐专用绝缘涂料，在内壁其它部位可采用油罐专用导静电涂料。,阳极的选择,考虑到温度的影响不宜选用锌阳极因为当在高于50度温度下工作时，会产生晶间腐蚀极性逆转等问题。 考虑到安全因素不宜选用外加电流阴极保护和镁阳极因为镁阳极保护电位较高可达-1.75V，易产生电火花； 选用铝合金阳极，该阳极使用寿命长，适宜在 的电解质中使用。,设计步骤,1、计算阴极保护面积2、选定保护电流密度，计算保护电流3、确定保护年限，计算所需阳极总量4、根据阳极单支重量，计算阳极支数 取15块5、阳极布置与施工,按计算得出的阳极数量，采用两个原则，即阳极布置均
11、匀和阳极与罐板焊接要牢固，焊后将焊渣去除干净。,六、结论与展望,1、根据莫北石西管线阴极保护现状，应用理论知识对其分析和设计。得出，现有的阴极保护设备能满足保护要求，只需要对其进行适当的维护工作，就能满足保护要求。该方法也可以用于验证其它管线阴极保护效果。,2、以莫北转油站的1000 原油大罐为例进行了罐内壁的牺牲阳极阴极保护设计，采用防腐涂层与牺牲阳极阴极保护相结合的方式。这种保护技术可以推广应用到所有原油储罐的防腐防护上面。预计采用此种防腐技术之后腐蚀穿孔显现会的到很好的抑制，缩短大罐检修工期，延长大修周期。减小对大罐防腐维护工作量。而且阳极跟换方便如在清罐的时候发现阳极消耗过渡就可以方便跟换。,汇报完毕请领导、评委批评指正！,
