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k8储油罐课程设计说明书

发布时间:2020-11-01 00:34

  1.前言油罐是石油化工企业储存原料和产品的重要设备。油罐能否安全运行直接会影 响到与其有关装置的安全及稳定生产。油罐一旦发生腐蚀损坏,就会影响产品质量、 降低企业的经济效益;甚至造成重大的经济损失和严重的环境污染及酿成火灾和人 员丧亡事故。因此,油罐的防腐问题已引起人们的高度重视,国内一些老炼厂已对换 顶后的油罐作了内防腐处理,以防止油罐再度腐蚀损坏。但从实用、有效、经济的 原则出发,从设计开始就考虑油罐的内外防腐,将是最经济合理的举措。 地面立式储油罐存储的物质大多为腐蚀性较强的液体,如原油、污水等化学介 质。是石油、化工等行业必不可少的重要设备。且油罐与地面接触,土壤中的腐蚀 介质会影响到油罐底部。因其特殊的使用环境,在使用过程中存在着一定的使用年 限(大多数储油罐使用年限不超过五年)。如果防腐措施好的话使用年限会适当的 延长,而更换储油罐是一项较为复杂的工作,因此为了更好的提高储油罐的使用寿 命,就需要通过加强防腐的措施来提高储油罐的使用年限。通过调查研究发现,储 油罐的腐蚀情况通常发生在储油罐的底板内表面和壁板内的下半段。同时,储油罐 产生腐蚀的主要原因为点腐蚀和细菌腐蚀两种,这两种腐蚀都是极具破坏力的,因 此,储油罐的防腐措施也是一项相对困难的工作 油罐结构及性能分析2.1 设计参数 1)结构尺寸参数:300m 地面立式油罐(直径18.6m,罐壁高11.8m,油罐总高度13.6m); 2)工作寿命:8 3)工作环境参数:土壤电阻率20Ωm;4)保护电位:-0.85V 相对于Cu/CuSO 电极2.3 失效形式及失效原因 1)外壁腐蚀 一般而言,储油罐的外壁长时间受到阳光的照射,光照时间越长,腐蚀越为严 重,一般储油罐外壁为保温棉覆盖,外部用铁皮包裹,外壁周围环境干燥,不易遭 课程设计说明书 受腐蚀,罐顶外壁,由于长期受到阳光照射、大风、雨雪等侵蚀,造成罐顶防腐层老化脱落,暴漏出内部钢板,造成罐顶生锈腐蚀。 2)罐顶腐蚀在一般的储油罐中,油料不会太满,也就是说储油罐的顶部与油料的表面是不 会直接接触到的,但油料产生的氧化与其他的变质气体均会对罐顶形成一定的腐 蚀,它的严重程度非常高。 3)罐壁下部与底板内外腐蚀 在储油罐的底部和油析水的接触面相对较大一些,所以会受到一些腐蚀。针对 不同的油料,析水后形成的液体性质也会有所不同,不同的油析水会在化学性质上 呈现出酸性或碱性,这些液体将会导致钢材受损严重,甚至出现一些大小不一的溃 疡点,严重的情况时会造成穿孔的问题,从而导致储油罐失去储油的作用,造成油 料泄漏。 4)储油罐中上部钢板腐蚀储油罐的中上部钢板腐蚀多是因为油面与钢板的作用而形成的。罐壁的腐蚀严 重区域正是发生在油与空气接触面的上部,在这一界面的物质非常杂,有气体、水 分、油分子等,而且这些物质对罐壁的作用随着油面的不断上升、降低而不断变化, 储油罐内的油温与内部的大气温度间存在着一定的温差,这另外在吸附一层水膜, 容易形成电解液膜,与二氧化碳、二氧化硫以及盐分等作用, 加速了罐内金属的腐蚀。渗透在外的表现即为罐体外表面腐蚀严重。 表2.1 储油罐不同位置的腐蚀状况表 项目 罐壁内侧罐壁外侧 内部外部 上部 中部 下部 底部内部 外部 罐外边 油气大气 油气 原油 污水泥 干燥潮湿 污水 石油沥 雨水腐蚀程 严重轻微 严重 轻微 严重 轻微 严重 严重 较重 较重 腐蚀状 面腐蚀局部 腐蚀 不均匀 面腐蚀部分 腐蚀不均匀孔 蚀,全面 腐蚀 部分腐 不均匀全面腐 2.4材料的性能要求 从油罐的服役条件和失效形式可知:选用合理材料与防腐处理,对它的使用寿 命至关重要。因此,油罐所用材料应满足下列性能要求: 1)有足够高的强度和韧性:油罐工作特点是不做相对运动,承受长期静载荷 (包括来自内部储油的压强和外部的碰撞等)。因此,所用材料需要有足够的强度 和韧性,保证安全服役。 2)具有一定的耐蚀性:油罐与大气及土壤直接接触,在潮湿的环境中会产生 电化学腐蚀而引起破坏,大大缩短了油罐使用寿命。因此,选用材料要求有较好的 耐蚀能力。(钢中加入Gu、P、Ni、Cr 等元素,可以提高钢的抗蚀性能。) 3)具有低的冷脆转变温度:对于北方等地区,冬天气温较低,油罐在低温环 境中要继续保持良好韧性,则要求有较低的冷脆转变温度,防止材料在低温环境中 具有良好的冷热加工性和成形性5)焊接性、k8,锻造工艺性能良好。 材料选择3.1 油罐材料的初选 根据油罐服役条件及性能要求,油罐材料属于工程构件用钢,常用的工程构件 用钢有20、碳素工程结构钢Q235、低合金高强度结构钢Q245R 和Q345R。 1)20 钢属于优质低碳碳素钢,塑性和韧性较高,切削性和焊接性很好。但是 其强度低,容易疲劳失效和断裂失效。 2)Q235 普通碳素结构钢的屈服极限在235MPa 左右。并会随着材质的厚度的 增加而使其屈服值减小(板厚/直径16mm,屈服强度为 235MPa;16mm

  16-36 490-620 325 21 31 d=3a

  36-60 470-600 305 21 31 d=3a

  60-100 460-590 285 20 31 d=3a

  100-120 450-580 275 20 31 d=3a 焊接设计4.1 储罐受力分析 先分析储罐罐壁和罐底的受力情况。常压下操作的储罐装满储液后,罐壁所受 的内压力只有液体静压力,该压力沿罐壁由上到下逐渐增大,该内压力使罐壁产生 周向压力和周向变形。在罐壁底部,由于罐底板对罐壁的约束,使罐壁底部周向应 力减少,但使罐壁底部产生弯曲应力(边缘应力)。由于罐壁的径向刚度小,该边 缘应力的作用范围小,且其值也远小于周向应力值。罐底板的中间部分相当于一个 铺在弹性基础上的薄板,承受上方液体的压力和基础的支承力,一般在基础均匀沉 降的情况下,罐底板中间部分所承受的力是很小的。但是边缘板的受力情况就比较 复杂了。由于罐内充满储液后,弹性基础受压,边缘板外端翘起,罐壁的垂直刚度 很大,对罐底板起到了支承作用,约束了边缘板外端的翘起变形,使边缘板受到约 束弯矩。同时,由于罐壁周向变形受到罐底板的约束,罐壁对罐底边缘板的反作用, 又使边缘板受到一个径向弯矩。 可以看出,罐底边缘板受力复杂,且计算应力值较高。特别是在罐壁和罐底的 角缝处,应力值达到最大,而且该应力值不是定值,它随着罐内储液的升降而变化, 虽然频率很低,但应力值很高,如果在这一区域存在裂纹,容易产生断裂事故。这 就要求焊缝质量一方面是尽量避免产生各种缺陷,另一方面要有较高的冲击韧性。 课程设计说明书 4.2焊缝焊接焊条的选用 我们在设计中罐体选用Q245R 钢板,焊缝结构按“设计规范”和“施工及验收规 范”设计。对于边缘板与边缘板之间,边缘板与壁板之间,边缘板与中幅板之间的 焊缝选用 E4316 焊条,罐壁板下侧两圈环向焊缝及纵向焊缝亦选用 E4316 焊条, 其他焊缝选用E4303 焊条。 E4313 焊条焊缝熔数金属其氢和氧的含量较低,减轻了产生裂纹的倾向,熔敷 金属的冲击韧性有了较大的提高,并且罐壁板与边缘板之间的角焊缝要求焊接3~4 遍成型,其它焊缝要求2~3 遍成型,这样施焊整个焊缝熔敷金属组织均为柱状晶组 织,后一次焊接过程是对前一次焊接的退火,提高了焊缝的机械性能,而且焊缝顺 序要避免形成大约束,可以避免产生焊接应力和裂纹。 4.3 开孔设计 “设计规范”规定了在罐底开人孔的技术要求。但对于内浮顶罐.特别是储存航 煤的内浮顶罐,因需经常对浮盘顶面进行清理,需在浮盘工作下限时浮盘上侧开一 带芯人孔。该孔的位置应保证浮盘支柱支承在罐底板上时,浮盘的调节范围在上、 上两个人孔之间。在生产过程中,由于成品油中的水及杂质要在罐内沉降下来,积 聚在罐底,要求定时排除污水。检修时还要清扫罐底。常用的排污排水结构有排水 槽和带放水管的排污孔两种结构。带放水管的排污孔安装在边缘板上,穿过储罐基 础圈梁,破坏基础圈粱的整体性,且安装质量难保证。排水槽式排水排污结构安装 在罐底中幅板上,避免了对基础圈梁的破坏,易于安装,而且成品油罐底的污物主 要是碱渣,污泥,铁锈等,一般不结块,清扫时可将污物悬浮在水中用泵排出罐外, 排水槽同时也能满足排污要求。所以我们设计了罐底排水槽结构用于排水和排污。 防腐工艺方法油罐的腐蚀问题给生产、经济、安全等各个方面带来严重的危害,国内外各油 库都非常重视油罐防腐技术的开发和应用。现今为止,国内外的油罐防腐工艺主要 有以下几种:喷淋除锈、涂敷工艺、有机防腐、电极保护以及对油罐进行定期清理 维护。 通常情况下,我国储罐防腐工作主要采用两种技术,分别为阴极保护技术和防 腐涂层技术。而所谓的防腐涂层技术就是指储罐金属和腐蚀介质之间添加一层隔离 课程设计说明书 物质,有效的防止这两者的直接接触,作为石油储罐防腐工作的第一道防线,防腐涂层技术的防腐效果也是较为理想的 。当然,防腐涂层也是存在着针孔等缺陷的,而在罐内壁和罐底板外侧等于强腐蚀性介质直接接触的部位,要想更加有效的 做好其防腐工作,建议同时采取阴极保护和防腐涂层技术进行联合保护 5.1防腐涂层工艺 因油罐内的液体具体很强的腐蚀性,所以油罐发生腐蚀的可能性很大,大多数 的油罐因腐蚀严重使用的寿命都较短。储油罐腐蚀的主要部位是底板内表面和壁板 内表面。同时在对腐蚀物和产物进行分析之后发现,油罐表面的腐蚀物为点化腐蚀 和细菌腐蚀,二者具有十分强的腐蚀性,必须尽快的对其进行最大限度的限制 5.1.1储油罐防腐涂料的选用 1)储油罐内壁防腐涂料的选用 《液体石油产品静电安全规程》中明确的规定,原油罐内壁的防腐涂料需使用 导静电涂料。导静电涂料按其导电的介质来划分,分为两种:一种金属导静电涂料, 另外一种非金属导静电涂料。两种涂料的性能和特点是不同的。金属导静电涂料采 用的是电极电位高于钢材的金属粉末来作为导电的介质,在于钢铁直接接触的时 候,会形成电化学腐蚀,使钢铁作为阳极而加速的腐蚀。使用电位低于钢材的金属 粉末来作为导电的介质,对于钢材有着极阴保护防锈的作用 储油罐内防腐常用的防腐涂料是G4—1 导静电涂料。G4—1 导静电涂料南环 氧树脂和导电颜等各种助剂组合而成,在施工的过程中不会污染周同的环境,具有良 好的附着力和耐化学腐蚀的性能.涂层的保护期较短,可以有效的缩短施工的周期, 其性能完全达到了国家所规定的导电标准。 2)储油罐外壁防腐涂料的选用 储油罐外壁常用的涂料底漆有环氧富锌底漆、无机富锌底漆等,其性能的特点 在于,漆膜中含有大量的新粉,具有良好的防锈性、良好的耐油性能,干燥的时间 较短等众多优点。储油罐的面漆选用聚氨酯面漆,具有良好的保光保色的性能、抗 粉化、不会泛黄、装饰的效果极好等诸多特点,同时具有良好的可覆涂型和覆涂的 时间不受限制等优点。 5.1.2 储油罐内防腐和外防腐的主要工作内容 【10】 1)储油罐的内部防腐 课程设计说明书 (1)对储油罐罐内的底板上表面进行防腐施工。采用喷砂除锈来达到防腐。(2)对储油罐罐壁的内表面进行喷砂除锈、防腐。 (3)对浮顶油罐的单盘下表面进行防腐的施工.使用喷砂除锈达到防腐的目的。 (4)对储油罐的中央排水管表面进行防腐施工时,可以采用喷砂除锈的方法。 (5)对浮顶油罐的浮仓罐内部表面进行防腐施工时,可以采用喷砂除锈防腐。 (6)对储油罐内的中央集水坑下表面进行防腐的施工时,可以采用喷砂除锈的方法。 (7)在对储油罐中央的排水管支架和刮蜡板护托架等一些附件表面进行防腐施工的 时候.也可以采用喷砂除锈来达到防腐的目的。 2)储油罐外部的防腐 (1)储油罐浮顶单盘和外露管体的表面需进行喷砂除锈处理。同时浮舱内的表面也应 进行除锈防腐处理。 (2)储油罐罐上的平台和踏板盘梯等都需进行除锈防腐处理。 (3)在对储油罐的喷淋管线和消防管线进行防腐处理的时候,应采用人工除锈的方 (4)储油罐的所有阀门都需要进行除锈防腐处理。(5)储油罐的外壁的防腐处理,可以喷砂除锈防腐。 (6)储油罐的外部底板下表面可以采用喷砂除锈防腐。 (7)储油罐的外保温架和附件表面都应进行防腐处理,可以采用喷砂除锈来达防腐的 目的。 5.1.3储油罐防腐涂料的维修与施工 储油罐防腐涂料的具体施工内容有如下:对油罐的内部进行喷砂除锈防腐,要 求达到S125级,对于不便于喷砂的部位使用动力工具来除锈达到Sa3级,使用压缩 空气来吹去灰尘和沙粒,用溶剂来去除油污。对于油罐因喷砂处理而引起的表面瑕 疵应想办法磨平或者是天平,做适当的处理。在表面处理之后,在对施工留下的一 些毛刺等进行打磨,不允许有焊渣、烟尘等留在表面。钢壁表面不应有油污和泥土 以及潮气等,必须达到GB8932《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中所规定 的要求,再验收合格之后在进行下一道工序。 油罐防腐所使用的G4—1材料在涂刷的时候,必需严格的按照厂家说明书来进 行施工。同时,应经过针孔检测仪检测合格。对于大角焊缝相临地壁板和边缘板的 课程设计说明书 300mm处必须加强防腐的处理,需在好天气来进行涂漆,潮湿的表面是不适合涂漆的。涂装环境的温度应在10—30之间,空气的湿度不应大于70% 。应对涂装现 场进行适当的遮蔽。防止灰尘或雨水落在未干的漆面上。在涂料的作业现场不能有 明火,应保持良好的通风效果。进行涂漆的工人应代号防毒口罩和抗溶手套。根据 施工的条件和面积以及涂料的性能来选择刷涂法进行施工,使用油漆刷来刷涂。在 进行刷图的时候,应采用交错纵涂和横涂的方法,对于焊缝和铆钉头以及一些边角 处需做好预涂。涂装的时候需遵循所规定的施工间隔,保证层间的附着力,将表面 进行打毛处理之后进行涂漆,带涂料完全固化之后,才能够投入使用,在检测的过 程中,如果发现问题应及时的进行修补,以保证后续工作的正常进行 【11】 5.1.4储油罐喷砂除锈的质量控制工作储罐的施工由于具有环境大多在露天以及体积大等特点,而对储油罐的表面我 们通常都会采用喷砂除锈的处理方法,我们应重点做好喷砂除锈的质量控制工作: 1)前期控制 进行喷砂除锈的工作之前,我们应充分的参考《涂装前钢材表面锈蚀等级和除 锈等级》中的各项规定,从而综合的评定储罐金属结构基体表面的锈蚀等级,仔细 的检查并且飞溅和焊渣等附着物清除干净,同时妥善的处理未发挥作用的联接物以 及焊接体。 2)工艺控制 喷砂的施工过程中我们是要使用到压缩空气的,施工之前我们应先采用冷却装 置和油水分离器对其进行处理,从而保证压缩空气是出于无油和干燥状态的,同时 应定期的清理油水分离器。喷嘴到基体钢表面的距离应控制在 100-300mm的范围 内,喷射的方向与基体钢材表面法线度的范围内。之后在进行涂 装的施工作业时,必须保证环境是符合施工的条件的,同时用干燥过的压缩空气将 表面的水分吹干,同时为降低其粗糙度,适当时还可以进行重新喷砂。进行喷砂作 严禁零星作业,一次喷射面积不宜过大并且喷射的时间也不宜过长,同时涂装的工序与表面预处理工序之间的时间间隔要求也是我们要考虑到的,有些部位 是喷枪无法喷射到的,那么我们可以采取动力工具除锈或是手工除锈的方法。 3)质量控制 喷砂的作业全部完成后,应详细的检查喷砂除锈的部位,同时还要认真的检查 课程设计说明书 则可以适当的降低要求。检查基体钢材表面的粗糙度和清洁度时,首先应保证现场的环境具备较好的明亮度,同时严禁用手触摸。 5.1.5.储油罐防腐涂敷作业的施工方法 【12】 所谓的刷涂方法就是指人工采用漆刷蘸取涂料涂敷物件表面的方法,这种方法的施工十分简单,任何形状的物体都可以采用刷涂这种方法。其主要具有施工方便、 节约涂料、灵活性强、容易掌握以及工具简便等优点,但同时也具有劳动效率低、 劳动强度大等缺点,如果采用的是流平性和快平性较差的涂料,那么就容易出现膜 厚不均匀和有明显刷痕的问题,从而降低了涂膜的美观性和平整性。 2)空气喷涂 这种方法就是指借助于压缩空气将涂料吸入,然后从喷枪的喷嘴中将其喷出, 这样涂料就会变成微粒状,这样物体表面就形成了一层均匀的涂膜。同样空气喷涂 也是一种应用的较为广泛的涂敷方法,其与任何的涂料品种都是相适应的。空气喷 涂法主要有厚壁均匀、涂膜美观性好、平整性好等优点, 并且其施工效率在众多 的施工方法中也是最高的,在凹凸、曲线、倾斜、缝隙以及小孔等各类形状的物面 上都可以采用空气喷涂法。当然,空气喷涂法也有着一定的缺点,如涂料会形成粉 尘污染、利用率较低、对人体会产生不良影响以及涂料损失较大等。 在防静电涂料以及防火涂料等一些特殊涂料的施工过程中,我们通常都会采用刮涂这种防腐施工的方法。所谓的刮涂就是指利用非金属刮刀或是金属刮刀对具有 较大粘稠性的涂料进行厚膜涂敷的施工过程,通常其用途为涂敷填孔剂或是腻子。 同样的,刮涂这种施工方法施工简单并且适用于厚涂层的表面,并且刮涂方法对于 打磨的时间以及光滑度和平整度也是有着决定性的影响的,同时还会影响到涂层的 质量。但是这种方法施工效率较低,并且只适用于防护性较高的涂层或是较平的表 4)无气喷涂这种方法也叫高压无气喷涂,其主要的动力为电力或是压缩空气,其主要是借 助于喷枪、高压软管以及喷嘴的强大动力直接将涂料增压并且将其撕裂成微小的颗 课程设计说明书 粒,以扇形雾状快速的喷向物体的表面,从形成一层均匀的涂膜。无气喷涂法主要具有以下三大优点: 1.这种方法的施工效率高,同时具有较好的施工质量和平整光滑度; 2.采用普通的空气喷涂法时, 容易出现漆雾飞溅和涂料回弹的问题,采用无气喷 涂法则不会出现此类问题,同时其不会对环境造成污染,节约涂料,大大的改善了 劳动的条件; 3.高粘度和高固体含量的涂料也可以采用无气喷涂的方法,在不需要添加稀释剂的 情况下就能形成厚度较为均匀的涂膜, 还能够实现自动化的作业。 考虑到本次设计油罐的表面积不大以及工艺操作、经济成本等方面,故选用刷涂作 为敷作业的施工方法。 5.2 阴极保护工艺 5.2.1 电化学保护基本理论简介 腐蚀机理的研究是为了解决现场实际发生的各种腐蚀问题。电化学保护是金属 防腐蚀措施中的一种,它是基于电化学腐蚀机理的一种防护技术。 从电化学腐蚀理论可知,浸于同一电解质中的两种不同电位的金属或合金,当处 于外部电接触时,就构成了腐蚀电池。高电位金属为阴极,其上发生还原反应-低电位 金属为阳极,其上发生氧化反应即腐蚀过程。由于阳极与阴极之间存在着电位差,便 有电流流过电池,使阳极金属不断发生腐蚀。腐蚀速度由该电流大小表征,而电流则 受电极电位和电池电阻的控制,用伊文思极化图可说明电极电位、电池电阻、电流 与极化之间的关系 【13】 。可从如下几个方面来理解阴极保护的原理。 从电极反应看,以某种典型金属M(如铁)在酸介质中的腐蚀为例,相应的阳极反 应为金属的溶解,相应的阴极反应为氢气析出,将电子提供给被保护金属结构,就可 实现阴极保护。 ne 式(1)和(2)表明,当电子输入金属结构(即对金属结构输入阴极电流)时,将抑制金属的溶解,并增大析氢反应速度,按照流行的电学理论,电流从正极(+)流向 负极(-),则当电流从电解液流进金属结构时,金属便得到保护;相反,如电流从金属流 课程设计说明书 向电解液,则发生加速腐蚀,在阴极保护技术中也采用这种对电流的规定。从图5.2 腐蚀极化图看,式(1)的阳极反应就是金属以金属离子形式进入溶液(腐 蚀反应),它的平衡电极电位为 。由于外加正电流加速了反应进行,引起阳极极化,使电极电位升高。而式(2)的阴极反应表示在酸(电解质)中的析氢反 应,它的平衡电极电位为 。由于外加负电流引起了阴极极化,使电极电位降低。考虑到腐蚀电池中两个电极是相互联接的,在两个电极上分别同时进行阳极 反应和阴极反应,因此图5.2 所示腐蚀极化图中的阳极极化曲线 将相交于S点。且流过两电极的电流必定相等,即在S 点处阳极反应电流应 与阴板反应电流相等,即金属腐蚀电流 相应于S点的电极电位即腐蚀电位 图5.2阴极保护腐蚀极化图 当对系统外加阴极电流而产生阴极极化时,系统总电位将负移。如电位移至 ,而阳极上的氧化反应速度即金属腐蚀速度减小到 当外加阴极电流继续增大,系统总电位继续负移。当系统电位达到阳极的平衡电极电位时,系统中阳极金属的腐蚀电流为零,可以认为,这时腐蚀过程停止进行, 课程设计说明书 由此可以得出结论,只要通过外加电流,把金属阴极极化到其腐蚀电池阳极的平衡电位,就可使金属得到完全保护,免遭腐蚀,这就是所谓的电化学阴极保护。 5.2.2 阴极保护种类 (一)牺牲阳极法 1、原理 将被保护的金属结构连接一种比其电位更负的金属或合金,该金属或合金为阳 极,依靠它的优先溶解所释放出的电流使金属结构阴极极化到所需的电位而实现保 护,这种方法称为牺牲阳极法阴极保护。 2、牺牲阳极法阴极保护的特点 1)不需要外部电源,应用广泛; 2)对邻近金属构筑物的杂散电流干扰很小,甚至没有干扰; 3)适用于小型工程,成本较低; 4)牺牲阳极的输出电流具有一定的自我调节能力,保护电流分布均匀,利用率高; 5)施工安装简单,阴极保护系统运行期间的维护管理强度低,甚至无需维护; 6)在低电阻率环境中,运行良好; 7)被保护结构物表面要求涂敷优质防腐蚀涂层; 8)系统保护电流小,可调节范围很小; 2、牺牲阳极材料 作为牺牲阳极材料,必须满足以下条件: 有足够负且稳定的电位,不仅要有足够负的开路电位,而且要有足够的闭路电位(或称工作电位,即在电解质介质中与金属结构连接时牺牲阳极的电位); 腐蚀率小,且腐蚀均匀,要具有高而稳定的电流效率。牺牲阳极的电流效率是指实际电容量与理论电容量的百分比,以%表示; 工作中阳极的极化率要小,溶解均匀,产物易脱落;课程设计说明书 材料来源广泛,加工容易并价格低廉;3、阳极的形状及尺寸大小 牺牲阳极的形状多种多样,尺寸有大有小,与阳极用途及保护结构的形状有密 切关系。在船舶外壳保护中大都采用长条形阳极,而在港口设施和海洋工程结构中 较多采用梯形截面板状阳极。船舶用铝阳极的重量只有几千克或十几千克,而港口 用铝阳极的重量达到几十千克,甚至超过100 千克,船舶压戴水舱和原油储罐用的 牺牲阳极都是梯形截面板状阳极,每支铝阳极重量为10〜30 千克;海洋平台的立 柱和海底管线都是圆柱体,一般形状阳极很难安装。在土壤环境中较多采用梯形和 D形截面捧状镁阳极,其中梯形截面镁合金阳极的形状、尺寸、质量规格如下图表 所示: 图5.3 梯形截面镁合金阳极 表5.1 梯形截面镁合金阳极的尺寸、质量规格 规格号 mm-1 2.2 75 95 75 200 206 -2 4.0 75 95 75 350 360 -3 7.7 75 95 75 680 700 -4 11.34 90 110 88 680 700 -5 14.5 100 120 101 680 700 -6 22.68 130 150 125 680 700 (二)外加电流法 1、简介 这是电化学保护法的其中一种,又叫做阴极电保护法。这种方法通过外加直流 课程设计说明书 电源以及辅助阳极,迫使电子从土壤流向被保护金属,使被保护金属结构电位低于周围环境来进行保护。 2、系统组成 外加电流阴极保护系统由以下几部分组成:辅助阳极、测试桩、直流电源、辅 助材料、参比电极和导线。此外,为使阳极输出的保护电流更均匀,避免阳极附近 结构物产生过保护,有时在阳极周围还须涂刷阳极屏蔽层。 2.1 直流电源 在外加电流阴极保护系统中,需要有一个稳定的直流电源,以提供保护电流。 广泛使用的有整流器和恒电位仪两种。一般,当被保护的结构物所处的工况条件(如 浸水面积、水质等)基本不变或变化很小时,可以采用手动控制的整流器;但当结 构物所处的工况条件经常变化时,则应采用自动控制的恒电位仪,以使结构物电位 总处在最佳保护范围内。 所有能发出直流电的电源,都是可以作为外加电流阴极保护系统的电源。在外 加电流阴极保护系统中使用的电源的类型有:[2] 整流器、恒电位仪;太阳能电池; 发电机;风力发电机;热点电池。整流器和其他外加电流系统的电源类型相比较, 经济节省操作简单。 外加电流阴极保护系统的电源,其基本要求有:输出恒电位、恒电压、恒电流; 同步通断功能;数据远传、远控功能。 恒电位仪的输出电压限定在 50V 以内,当工程需要更高的输出电压时,必须 做好对阳极地床的防护措施。在工程中广泛使用的恒电位仪主要有三类:可控硅恒 电位仪、磁饱和恒电位仪和晶体管恒电位仪。可控硅恒电位仪功率较大、体积较小, 但过载能力不强。磁饱和恒电位仪紧固耐用,过载能力强,但体积比较大,加工工 艺也比较复杂。晶体管恒电位仪输出平稳、无噪声、控制精度较高,但线 辅助阳极 辅助阳极的作用是将直流电源输出的直流电流由介质传递到被保护的金属结 构上。可作辅助阳极的材料有很多,如废钢铁、石墨、铅银合金、高硅铸铁、镀铂 钛、包铂铌以及混合金属氧化物电极等。这些材料各有其特点,适用于不同的场合。 2.3 参比电极 参比电极的作用有两个:一方面用于测量被保护结构物的电位,监测保护效果; 课程设计说明书 另一方面,为自动控制的恒电位仪提供控制信号,以调节输出电流,使结构物总处于良好的保护状态。在工程中,常用的参比电极有铜/饱和硫酸铜、银/卤化银及锌 参比电极等,这些参比电极各具特点,适用于不同的场合。 2.4 测试桩 测试桩是一种专门用于管道阴极保护配以电位测试探头对保护管道进行测试 的附属设备。主要用于阴极保护参数的检测,是管道管理维护中必不可少的装置, 按测试功能沿线辅助材料 辅助材料包括绝缘接头、接地电池、铝热焊、补伤片、热熔胶等。 3、优缺点 3.1 优点 1)需要较大的电流场合,特别是裸露的或涂层较差的结构物的防护; 2)所有到点的电解质溶液内; 3)用于水箱里的大型热交换器、油加热处理器和其他容器的保护; 4)储水罐的内壁; 5)地面上储存罐的外底; 6)地下储存罐; 3.2缺点 1)与牺牲阳极相比,需要更高的检测和维护费用; 2)需要外部电源,持续的电源供给费用; 3)具有引发杂散电流干扰的高风险,可导致过保护,引发防腐层的破坏及管材氢脆。 4、外加电流阴极保护设备位置选择应考虑的因素 1)有无现存的低压电源; 2)保护电流需要量; 3)适合阳极地床的低电阻率环境; 4)对个人利益损害尽量少; 5)有良好的专门运输线)其他外部装置与贵金属阳极应有足够的间距,使干扰影响最小。 课程设计说明书 5.2.3阴极保护方法的选择 对于储油罐的防护,牺牲阳极保护法和外加电源法两种形式都可使用。具体使 用那一种,主要考虑以下几个因素:有无比较经济安全的电源;所需保护电流的大 小;与周围建筑物的相互影响以及工程规模的大小等。外加电源的阴极保护法主要 是从经济安全的电源、阳极的安装位置等方面考虑保护站的数量,还应考虑阴极保 护用直流电源的类别及要求,接地阳极的要求,阴极保护的电绝缘以及测试桩等。 对于储罐外底板的阴极保护来说,保护寿命在20 年左右的宜选用牺牲阳极的 保护技术,保护寿命超过20 年(达到40 年左右)的选用外加电源的阴极保护技术更 妥。综合考虑,我们选用牺牲阳极保护法。 防腐工艺方案的制定根据前面对油罐服役条件和腐蚀特点的分析,油罐的不同部位腐蚀原理和特点 各有差异,因此应对不同部位采取不同的防腐方案 [15] 6.1油罐外壁防腐蚀 6.1.1 罐顶、罐壁的防腐蚀方案 罐顶、罐壁的防腐采用涂敷防护,方案根据油罐所处的环境不同也有所不同 【16】 1)干净的大气环境下:在干净的大气环境下,油罐的腐蚀相对较轻,具体方案见下表: 表6.1.1 干净大气环境下的防腐方案 方案 底漆 中间漆 两道醇酸底漆两道醇酸磁漆 两道无机富锌底漆两道氯磺化云铁防锈中间 两道环氧富锌底漆两道云铁氧化橡胶中间漆 两道氯磺化聚乙烯灰 色或银色面漆 2)潮湿或污染的大气环境下:在潮湿或污染的环境下油罐的腐蚀相对较重,不能 用普通的外防护漆。对于轻质油罐,采用热反射隔热防腐蚀涂料比较合理。防腐方 案如下: 课程设计说明书 表6.1.2潮湿或污染的大气环境下防腐方案 方案 底漆 中间漆 两道脂肪族聚氨酯中间漆两道脂肪族聚氨酯 两道环氧富锌底漆两道环氧云铁中间漆 两道氯化橡胶面漆 富锌涂料底漆环氧防腐蚀涂料 脂肪族聚氨酯 3)特殊环境下:在一些特殊环境下,如高寒、高原缺氧、紫外线较强的环境下可 选用特殊的防腐蚀材料 表6.1.3 特殊环境下防腐方案 方案 油罐环境 防腐方案 紫外线强氯磺化聚乙烯橡胶防腐蚀 寒冷地区底漆:水性无机硅酸锌涂料; 面漆:室温固化超耐候氟碳涂料; 中间漆:环氧云铁中间漆 本次防腐工艺按照油罐处于潮湿的大气环境来设计。罐顶、罐壁的防腐蚀方案如下: 等到底漆完全干燥均匀之后,再在底漆上涂刷两道脂肪族聚氨酯面漆;6.1.2 罐底板外壁的防腐蚀方案 罐底板外壁由于腐蚀较严重,一般采用涂料加上阴极保护的方案。 6.1.2.1 涂料防腐蚀: 储油罐底板外壁采用厚膜环氧煤沥青进行防腐蚀,涂层配套见下表: 表6.1.4 储油罐底板外壁涂料防腐方案 课程设计说明书 涂料名称涂敷道数 最小干膜厚度(um) 颜色 醇溶性无机富锌底漆(底 灰色无溶剂环氧沥青防腐蚀涂 黑色6.1.2.2 阴极保护: 1、阳极种类的选择 通常根据土壤电阻率选择牺牲阳极的种类,根据保护电流的大小和使用寿命, 选取阳极的规格和数量。在土壤中牺牲阳极选择的原则见表5.2.1。 表6.1.5 牺牲阳极选择 土壤电阻率Ω.m 可选阳极种类

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