课程设计说明书(储油罐)

1、课程设计说明书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

2、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【1】。2 油罐结构及性能分析2.1设计参数1）结构尺寸参数：300m3地面立式油罐（直径18.6m，罐壁高11.8m，油罐总高度13.6m

3、）；2）工作寿命：8年；3）工作环境参数：土壤电阻率20m；4）保护电位：-0.85V 相对于Cu/CuSO4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】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

4、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。【3】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，

5、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，【4】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顶罐壁内侧罐壁外侧罐底内部 外部上部 中部 下部上中部底部内部外部罐外边缘接触介质油气 大气 油气 原油污水泥浆干燥潮湿污水石油沥青雨水腐蚀程度严重轻微严重轻微严重轻微严重严重较重较重腐蚀状态 不均匀孔蚀，全面腐蚀局部腐蚀不均匀孔蚀，全面腐蚀均匀点蚀不均匀孔蚀，全面腐蚀部分锈层均匀全面腐蚀不均匀孔蚀，全面腐蚀部分腐蚀不均匀全面腐蚀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

6、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变脆。4) 具有良好的冷热

7、加工性和成形性5）焊接性、锻造工艺性能良好。3 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<板厚/直径40mm，屈服强度为225MPa；40mm<板厚/直径60mm，屈服强度为215MPa；60mm&

8、lt;板厚/直径100mm，屈服强度为205MPa；100mm<板厚/直径150mm，屈服强度为195MPa；150mm<板厚/直径200mm，屈服强度为185MPa）。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等。3）Q245R锅炉压力容器钢是钢板中的一大类，如16MnR、14Cr1MoR、15CrMoR、09MnNiDR、12Cr2Mo1R、16MnR(HIC)、20R(HIC)等。屈服极限在235MPa左右，强度高，塑性、韧性较好，冷弯性能、焊接性能良好，且耐蚀性能很好。4）Q345R

9、钢（包括16Mn、16MnRE、18Nb、19Mng等）是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。磷、硫含量略低于低合金高强度钢板Q345(16Mn)钢，除抗拉强度、延伸率要求比Q345(16Mn)钢有所提高外，还要求保证冲击韧性。它是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。通过对上述材料性能和适用范围的分析，可以知道20钢成本较低，但强度较低容易失效；Q235钢强度、塑性、焊接等性能好，但碳素钢耐蚀性不如合金钢。经初步筛选，可大致满足条件的材料有Q245R、Q345R 。3.2油罐材料的选择Q245R和Q345R性能相差不大，考虑到钢材的成本，Q2

10、45R比Q345R价格低，且Q245R完全能够满足各种技术要求，故最终选择Q245R中16MnR为所用材料。3.3 16MnR的性能分析3.3.1化学成分16MnR钢的化学成分（熔炼分析，%）应符合表的规定。16MnR钢的C含量小于0.20 %，Si含量在0.200.55%，Mn含量在1.201.60%，P含量低于0.035%，S含量小于0.030%。表3.1 16MnR钢的化学成分CSiMnPS0.200.20-0.551.20-1.600.0350.030Si可以提高钢在加热和冷却时的临界转变温度，提高钢的退火、淬火和回火温度，固溶于铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度，但Si的含量超过3

11、%时，将显著降低钢的塑性、韧性和延展性。Mn可以降低钢的临界点，它是很好的脱氧脱硫剂，并能降低马氏体转变点。P对钢的抗拉强度显著增强，但是它又增加钢的脆性尤其是低温脆性。S对钢的强度影响不大，但是由于硫化物夹杂的存在，使其延展性、韧性以及冲击韧性降低，脆性增加。5.3.3.2 16MnR的力学性能表3.2 16MnR的力学性能板厚（mm）抗拉强度b (MPa）屈服强度s (MPa）伸长率（%）冲击韧性值 kv (J/cm2冷弯试验1806-16510-6403452131d=2a>16-36490-6203252131d=3a>36-60470-6003052131d=3a>

12、60-100460-5902852031d=3a>100-120450-5802752031d=3a4 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

13、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。4.2焊缝焊接焊条的选用我们在设

14、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34遍成型，其它焊缝要求23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

15、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

16、，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。5 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【6】。当

17、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【7】。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【8】。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

18、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【9】。储油罐内防腐常用的防腐涂料是G41导静电涂料。G41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

19、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(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

20、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法。(4)储油罐的所有阀门都需要进

21、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

22、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G41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1030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

23、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

24、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的夹角应在15-30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。进行喷砂作业时， 严禁零星作业，一次喷射面积不宜过大并

25、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基体钢材表面的粗糙度和清洁度，对于那些需要动力工具除锈和手工除锈的重点部位， 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】1）刷涂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

26、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

27、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。3）刮涂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面。4）无气喷涂这种

28、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

29、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

30、、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。 （1） （2）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

31、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与阴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

32、，这时阴极上的还原反应速度增大至，而阳极上的氧化反应速度即金属腐蚀速度减小到，外加电流为两电极反应电流之差。可以认为，这时的金属得到了一定的保护。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，系统得到了完全的保护。这就是阴极保护的基本原理。这时的阴极反应电流就等于外加阴极电流。这一外加电流称为最小保护电流，对应的电位称为最小保护电位。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）

33、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

34、阳极材料作为牺牲阳极材料，必须满足以下条件:1) 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）；2) 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；3) 电化学当量高，即单位重量产生的电流量大；4) 工作中阳极的极化率要小，溶解均匀，产物易脱落；5) 腐蚀产物不污染环境、无公害；6) 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

35、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1030千克；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、质量规格规格号镁重/-12.2759575200206-24.0759575350360-37.7759575680700-411

36、.349011088680700-514.5100120101680700-622.68130150125680700（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

37、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

38、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，但线路较复杂。2.2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

39、于测量被保护结构物的电位，监测保护效果；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，按测试功能沿线布设【14】。2.5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

40、；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；7）地下或水中的基桩和打板桩；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；6）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。5.2.3阴极保护方法的选择对于储油罐的防护，牺牲

41、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。6 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

42、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面漆1两道醇酸底漆两道醇酸磁漆2两道无机富锌底漆两道氯磺化云铁防锈中间漆两道氯磺化灰色面漆3两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

43、蚀涂料比较合理。防腐方案如下：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面漆1两道脂肪族聚氨酯底漆两道脂肪族聚氨酯面漆2两道脂肪族聚氨酯底漆两道脂肪族聚氨酯中间漆两道脂肪族聚氨酯面漆3两道环氧富锌底漆两道环氧云铁中间漆两道氯化橡胶面漆4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1紫外线强氯磺化聚乙烯橡胶防腐蚀2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

44、来设计。罐顶、罐壁的防腐蚀方案如下：(1) 首先在罐壁涂刷两道脂肪族聚氨酯底漆；(2) 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（底漆）501灰色无溶剂环氧沥青防腐蚀涂料（面漆）3002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

45、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.m可选阳极种类>100带状镁阳极60-100镁（-1.7V）40-60镁<40镁（-1.5V）<15镁（-1.5V，锌）<5（含Cl离子）锌或Al-Zn-In-Si注：（1）在土壤潮湿情况下，锌阳极范围可扩大到30.m；（2）表中电位均相对于Cu/饱和CuSO4参比电极。牺牲阳极法通常先测定罐周围土壤的电阻率，根据土壤电阻率的大小来选择阳极的种类。一般土壤的电阻率小于30·m时，宜选用锌阳极；小于100 ·m时，宜选用镁阳极；当氯离子含量较高时才选用铝阳

46、极。因油罐所处环境土壤电阻率为20·m，故选用镁铝锌锰系镁阳极。3、保护参数对于底板外壁而言，保护参数的选择为:新罐保护电流10mA/。保护电位为通电时体系的接地电位-0.85V(参比电极为饱和硫酸铜溶液)。当罐底有硫酸盐还原菌时，通电的接地电位至少为-0.95V，最大为-1.5V。6.2油罐内壁防腐蚀6.2.1罐顶及距罐底2m以上罐壁的防腐蚀从目前情况来看，对油罐内部防腐蚀，国内外大都采用涂料进行防护。要求涂料具有良好的耐油性，同时涂料还应具有良好的抗静电性能，为此防腐蚀涂料中往往需加人导静电填料，使涂料的料面电阻率为一。除此之外，防腐蚀涂料还应具有良好的物理机械性能，如附着力强、

47、常温固化，不龟裂和施工方便等17。对于导静电防腐蚀体系，大都采用附着力好的环氧体系作为底层，用环氧体系作为面层，或者用聚氨醋作为面层，也可用环氧加聚氨醋作为面层。但必须清楚，有些导静电防腐蚀涂料在应用过程中存在静电性能不稳定、污染油品和物理机械性能不好而脱落等问题，因此使用过程中必须严把质量关，特别是在选定涂料类型后必须严格执行施工规范及验收规定，而且要在涂层彻底固化干燥的情况下才能使用，否则涂层的质量将得不到保证。在实际使用过程中，发现碳系导静电涂料及聚氨醋导静电防腐蚀涂料的防腐蚀性能差，尽量不选用。故选择环氧体系作为面层。6.2.2罐底及距罐底2m以下罐壁的防腐蚀对罐底及距罐底2m以下罐壁

48、的防腐蚀无静电涂料强制要求，涂料涂层屏蔽抗渗透性要好，避免介质渗透造成膜下腐蚀，避免采用电位大于铁的导电材料，造成铁作为阳极而形成电化学腐蚀。主要涂料方案如下表：表6.2.2方案底漆中间漆面漆1环氧富锌两道环氧煤沥青两道2环氧富锌两道环氧云母一道环氧面漆两道3环氧富锌两道+环氧底漆一道环氧云母一道环氧面漆两道4环氧底漆两道聚氨酯耐热面漆两道普通的绝缘性防腐蚀涂层与阴极保护联合使用时，存在的一系列问题影响了防腐蚀效果和经济效益。一般的绝缘防腐蚀涂料都是不耐电渗透的涂料。但在阴极保护下可以缓慢渗透过涂层，在涂层与基体之间聚集，引起膜下腐蚀和涂层剥离。因此，用性能优异的阴极保护专用涂料能减少阴极保护

49、的电流消耗，用阴极保护弥补涂防腐蚀涂层的缺陷与损伤，可以延长保护寿命，提高经济效益。我们防腐蚀涂层选用方案4：环氧底漆两道；面漆：聚氨酯耐热面漆两道；6.2.3内底板的防腐蚀内底板采用牺牲阳极的阴极保护。对牺牲阳极种类的选择，由于温度的影响不宜选用锌阳极，考虑到安全因素不宜选用镁阳极，因此选用铝基合金阳极。该阳极使用寿命长，适宜在含氯离子的电解质中使用。1）设计及计算储罐内径D=18.6m，储罐内部总保护表面积S=300m(以罐底板和从底板起以上05m罐内壁周边总面积计)，储罐内部保护电流密度10mA/m2，内壁介质电阻率20.m，储罐内部保护位-0.85V，储罐内部阴极保护系统设计寿命8a，

50、阳极规格(110130)mm×120mm×500mm，20kg/支。具体参数的计算如下：（1）阳极接水电阻R：式中：介质电阻率，.m L 阳极长度，cm C阳极截面周长，cm R阳极等效半径，r=C/2，cm因此：（2）阳极输出电流If：式中： E阳极驱动电位，铝合金阳极取0.20V R阳极接水电阻，因此：（3）阳极使用寿命t:式中： G阳极净质量，kg Q阳极实际电容量，铝合金阳极取Q2600(A.a)/kg 1/K阳极利用率，取0.85 Im每只阳极平均输出电流，A Im=（0.60.8）If,本次设计取0.6If因此：（4）保护电流I：式中： Ji 平均保护电流密度，

51、mA/m2 Si保护表面积，m2因此：（5） 所需阳极数量N：式中：I保护电流，A If单只阳极输出电流，A因此，支2）内壁阴极保护的阳极安装考虑阳极在罐底板的分布位置以及本项目阳极应用实际效果，选择阳极数量3支，在储罐内部侧面壁与底板上平均分布。牺牲阳极通过支持臂直接焊接在储罐内壁与底板上(距罐壁150200mm）。罐底板完成铝合金牺牲阳极安装后，再对罐底板涂刷环氧抗静电类防腐涂料。6.3防腐蚀涂料施工地面立式金属油罐涂层防护施工，通常采用涂刷或喷涂的方法，其干燥方法是空气氧化干燥或蒸发干燥，极少使用烘干方法干燥。涂装工艺程序如下：表面处理涂料调配涂刷底漆刮腻子打磨涂刷面漆涂层质量检查6.3

52、.1表面处理在防腐蚀涂料施工前必须进行表面处理，清除钢材表面的污垢、氧化皮和锈迹等，表面处理方法很多，主要有机械方法和化学方法两大类18。1) 机械方法包括手工具除锈、风动(含电)工具除锈、喷砂除锈和高压水除锈等;2) 化学方法包括化学除锈、电化学除锈，以及表面氧化、表面磷化和钝化等。涂料防腐蚀采用哪种表面处理方法，应根据设备的材料、结构和表面技术要求，结合具体实际选择。因本次设计油罐表面积不大，并考虑到经济和工艺简化等方面，我们选择喷砂除锈方法，金属油罐的表面处理级别不低于ST3级19。6.3.2涂料调配 不同工厂或不同种类的涂料产品，在不了解其性能、成分及能否混合使用时，不允许互相调配，以

53、免发生结块、起皱、失光和不干等弊病。开桶前应上下晃动，开桶后应上下搅拌均匀，以防颜料及填料沉积桶底影响质量。涂料粘度过稠，可酌加5%一10%稀释剂(不同品种应用不同稀释剂)调稀。但用量不宜过多，以免减弱漆膜光亮。冬季施工时，为不影响涂料的干性，可酌加1%一2%的液体干料调整干性，搅拌均匀后立即使用。但加量不应过多，以防起皱和老化。油库中有些设备为了便于管理，需要不同颜色标记加以区别;有些露天设备为有利于防空也需要各种颜色加以伪装。调配各色涂料，以红、黄、蓝、白、黑五种为基本颜色。调配各种颜色时应把次色、副色颜料加人主色颜料内，不能相反。6.3.3涂刷底漆及刮腻子打磨 通常涂底漆、刮腻子(含打磨

54、)两道工序是交叉进行的。底漆一般2道，刮腻子在第一道底漆与第二道底漆之间，有利于提高附着力。 底漆是直接涂刷或喷涂于被防护物表面上，是涂层防护的基础，具有防锈、防蚀和防水等作用。各道底漆的颜色最好略有深浅差异，以防漏涂。腻子涂刮于第一道底漆上面，是填充被防护物的凹坑，具有平整物面的作用。在油库设备防护中，钢铁表面无蚀坑、麻点等缺陷时，不用腻子。使用腻子时可分几次涂刮，但不宜过厚，一般应控制在0.5mm以下，且应干透后打磨平整，不留划痕、翘边、颗粒。第二道底漆涂于腻子上面，填补腻子细孔，增强与底漆间的结合力，使腻子、底漆形成整体，牢固附着于被防护表面20。6.3.4涂刷面漆 面漆是涂层防护的最外

55、一层，通常涂3道，面漆是直接与大气或其它介质接触的外层涂料，具有承受介质腐蚀和侵袭的作用，并使被防护物获得所需颜色和光泽。面漆涂装时，应分多道施工，每道均应薄而均匀。如一次涂装过厚，会出现发粘、起皱、流痕等弊病。面漆的厚度与防护效果有关，增加厚度能提高防腐蚀性能。但过厚既加大成本，又影响涂层的附着力，所以涂层也不可过厚。6.3.5涂层的质量检查 涂层的质量检查主要是耐化学性能和物理性能两个方面。耐化学性能一般在试验室进行。在施工时检测物理性能，较有实用意义的项目是:按HG2-462-66检测涂层附着力;按HG2-508-67检测涂层柔韧性;按HG2-505-67检测涂层干燥时间21。油库设备涂

56、层质量检查极少按规范进行定量检测，主要是在施工过程中，按要求进行定型检查及对表面处理、使用涂料、涂层缺陷的检查。7 防腐性能检测7.1防腐涂层性能检测涂装质量好坏，最后都要体现在涂膜好坏上，所以涂装后的质量检测主要是对涂膜性能的检测，包括涂膜机械性能（如：附着力、冲击强度、硬度、光泽等）和其他特殊性能（耐候性、耐酸碱性、耐油性、耐溶剂性等）两个方面。针对被涂装涂服务的腐蚀体系不同，防腐蚀涂膜的各项技术指标性能和检测方法也不同。7.1.1常见的检测法1）涂膜附着力的测定法漆膜附着力是指漆膜与被涂物件表面结合在一起的坚固程度。附着力是涂料物理机械性能的重要指标之一，通过此项的检查，可以检验涂料组成，特别是树脂的使用是否合理。漆膜的附着力除了取决于所选用的涂料基料外，还与底材的