技術(shù)文庫
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技術(shù)文庫
犧牲陽極技術(shù)在小型含H2S介質(zhì)壓力容器上的應(yīng)用
1 阻火水封罐和分液罐基本情況
某石化單位催化裂化裝置技改時(shí)安裝的阻火水封罐（φ3000 mm×10608 mm×14 mm）出口管線水平段發(fā)現(xiàn)腐蝕滲漏，現(xiàn)場用打卡子的方法做了臨時(shí)處理，隨后又發(fā)現(xiàn)阻火水封錐底部出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。測厚數(shù)據(jù)為：封頭（材質(zhì)16MnR，2003年大檢修時(shí)換過）實(shí)測最小厚度13。2mm，減薄0。8 mm，腐蝕速率1。6 mm；筒體（材質(zhì)16MnR）實(shí)測最小厚度2。5 mm，減薄11。5 mm，腐蝕速率0。96 mm/a。由于不能停工檢修，研究決定在阻火水封罐罐底穿孔部位及附近補(bǔ)板共3。5m2（Q235），之后一直維持運(yùn)行到2005年大修技改擴(kuò)能改造新的火炬系統(tǒng)，此時(shí)安裝丁新的阻火水封罐（φ3600 mm×12168 mm×24 mm，材質(zhì)20R）。
在含H2S的油氣與凝縮油的阻火水封罐中，腐蝕環(huán)境復(fù)雜，其中最典型的是低溫H2S－H2O腐蝕，此環(huán)境中一般要求使用碳鋼，控制焊縫硬度不大子HB200，不宜使用Cr5Mo和0Cr13鋼，更不宜采用不銹鋼焊縫。 即便如此，生產(chǎn)實(shí)踐證明，隨著加工原料的劣質(zhì)化程度愈來愈高，催化裂化裝置混合進(jìn)料中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加，碳鋼仍有較高的腐蝕速率和穿孔危險(xiǎn)，催化裂化裝量2006年3~4月混合進(jìn)料中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表l。
阻火水封罐做為煉油各裝置的下游末段設(shè)備，其前端有催化裂化裝置。催化裂化裝量2006年6~7月脫前干氣中H2S的體積分?jǐn)?shù)見表2。
從表1，2中不難看出火炬系統(tǒng)主要壓力容器阻火水封罐和分液罐中的H2S體積分?jǐn)?shù)水平比較高?；谶@個(gè)原因，在新的阻火水封罐安裝時(shí)，決定加裝犧牲陽極的陰極保護(hù)系統(tǒng)。
2 阻火水封晦上應(yīng)用犧牲陽極的陰極保護(hù)系統(tǒng)
2·1設(shè)計(jì)技術(shù)文件
（1）NACE standard RP0575-95，Internal Cathodic Protection Systems in Oil-Treating Vessels。
（2）SY0007-1999《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕控制工程設(shè)計(jì)規(guī)范》。
（3）SY/T0047－1999《原油處理容器內(nèi)部陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》。
（4）阻火水封罐和分液罐有關(guān)建設(shè)圖紙資料。
阻火水封罐內(nèi)壁陰極保護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表3
2。2 設(shè)計(jì)指標(biāo)
（1）在有效保護(hù)期內(nèi)，陰極保護(hù)電位維持在一0。85～－1．05Ⅴ（相對(duì)飽和Cu／CuSO4參比電極）范圍內(nèi)。
（2）在有效保護(hù)期內(nèi)，被保護(hù)體保護(hù)達(dá)到90％以上。
2。3 設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）陰極保護(hù)電流：按下式計(jì)算每個(gè)罐所需的陰極保護(hù)電流：
I = i · S
式中I 一 每個(gè)罐所需的陰極保護(hù)電流，A
i 一陰極保護(hù)電流密度，mA／m2；
s一被保護(hù)面積，m2。
（2）犧牲陽極規(guī)格、型號(hào)及發(fā)生電流：
選用長條形陽極，型號(hào)為YHA1 - 4，規(guī)格為600 mm×140mm×40 mm耐油污的鋁合金犧牲陽極。每塊重10 kg，每塊接水電阻按下式計(jì)算：
R ＝ （ρ／2πL）×［?n（4L／r）－1］
式中：R一犧牲陽極接水電阻，Ω；
ρ一沉積水電阻率，μs／cm；
L一犧牲陽極長度，om；
r一犧牲陽極等效半徑 r=C／2π（C為陽極截面周邊長度），cm。
犧牲陽極發(fā)生電流按下式計(jì)算：
If = ΔE/R
式中：If－犧牲陽極發(fā)生電流，A
ΔE一犧牲陽極驅(qū)動(dòng)電位，V。
（3）犧牲陽極數(shù)量：按下式計(jì)算犧牲陽極數(shù)量：
N= I/If
式中：If－犧牲陽極發(fā)生電流，A
N一犧牲陽極數(shù)量，個(gè)；
I一陰極保護(hù)電流，A。
（4）犧牲陽極壽命計(jì)算：犧牲陽極有效使用壽命按下式計(jì)算：
Y = 1000·Q·C·K／（8760·α·If）
式中：Y 一犧牲陽極有效使用壽命，a；
Q一犧牲陽極重量，kg；
C一犧牲陽極有效電流量，A·h｀電；
If－犧牲陽極發(fā)生電流，mA（A？？？）
K一犧牲陽極有效利用系數(shù)；
α一犧牲陽極平均發(fā)生電流系數(shù)。
（5）犧牲陽極的分布與安裝
犧牲陽極均勻分布于罐內(nèi)壁下半部54°短孤內(nèi)，分兩列沿阻火水封罐長度方向布置，中心間距2000 mm，詳細(xì)布置見圖1。
犧牲陽極安裝采用焊接方式，將犧牲陽極鐵芯與罐底板的接觸部位均勻焊滿，嚴(yán)禁產(chǎn)生假焊現(xiàn)象，并將焊渣清除干凈。若犧牲陽極焊接在涂覆層施工工藝前，應(yīng)將焊接后的犧牲陽極以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行包覆保護(hù)，嚴(yán)禁犧牲陽極表面污染油污與油漆，并在試壓充水前將犧牲陽極表面裸漏出來。若犧牲陽極焊接在涂層施工后，應(yīng)將由焊接影響燒損的涂覆層進(jìn)行補(bǔ)涂，涂覆要求與原始涂層相同，涂覆范圍為距焊接點(diǎn)處150 mm范圍內(nèi)，施工過程中犧牲陽極表面嚴(yán)禁污染油污。施工后，檢查犧牲陽極的間距，誤差不超過±10 cm；檢查犧牲陽極塊與罐底板的焊接點(diǎn)，焊縫應(yīng)符合焊接要求。
2。4 安裝工藝
犧牲陽極安裝按以下步驟進(jìn)行：
（1）檢驗(yàn)工作：犧牲陽極組裝前應(yīng)對(duì)陽極進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查。
（2）表面活化處理：組裝犧牲陽極之前，為加速犧牲陽極表面活化，應(yīng)將犧牲陽極表面附著的油污及氧化物除凈。首先采用機(jī)械處理，用手動(dòng)砂輪或鋼刷將犧牲陽極表面均勻打磨，再用粗砂紙打磨一遍。必要時(shí)進(jìn)行化學(xué)處理，犧牲陽極表面活化處理與組裝間隔時(shí)間不宜超過24h。
（3）與罐壁電性連接：犧牲陽極與被保護(hù)的罐壁之間采用電焊形式進(jìn)行電性連接。電焊連接前，應(yīng)測試犧牲陽極的工作電位，測得值不應(yīng)正于－1．05Ⅴ。
3 分液罐上應(yīng)用犧牲陽極的陰極保護(hù)系統(tǒng)
對(duì)于分液罐，由于腐蝕環(huán)境相對(duì)較好，考慮到改造的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，所以決定改變犧牲陽極塊的重量，采用低一個(gè)級(jí)別也就是6。4 kg的鋁合金犧牲陽極塊，犧牲陽極在罐內(nèi)的布置和施工安裝要求與在阻火水封罐罐內(nèi)相同。
4 結(jié)論
（1）在火炬系統(tǒng)主要壓力容器阻火水封罐和分液罐的罐壁改裝犧牲陽極的陰極保護(hù)系統(tǒng)，是對(duì)陰極保護(hù)技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍的一次大膽嘗試，也是青島石化首次將犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用于小型壓力容器。
（2）在阻火水封罐和分液罐的罐壁內(nèi)使用犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)，由子其沉積水電導(dǎo)率數(shù)值較原油系統(tǒng)低，保護(hù)電流密度數(shù)值較原油系統(tǒng)高，在設(shè)計(jì)中對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性要做充分的考慮。
（3）水封罐和分液罐的罐壁內(nèi)使用陰極保護(hù)技術(shù)，僅僅是在一類壓力容器上采用，至于在二類與三類壓力容器上能否采用犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)，應(yīng)充分考慮罐體材料和犧牲陽極的焊接性能及對(duì)罐體受壓性能的影響，并根據(jù)實(shí)際介質(zhì)的變化做出正確的選擇，有關(guān)犧牲陽極的設(shè)計(jì)和施工安裝有待規(guī)范。
〈4）由于阻火水封罐和分液罐一經(jīng)投用就不能再在其罐內(nèi)做電位檢測，只能在下次檢修時(shí)才能入罐做電位檢測，所以在小型壓力容器上應(yīng)用此類犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)時(shí)可以考慮設(shè)計(jì)如何在罐外做電位檢測的措施。
（5）除了小型壓力容器外，在大型壓力容器（例如液化氣球罐）上使用犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)，應(yīng)該做進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。
某石化單位催化裂化裝置技改時(shí)安裝的阻火水封罐（φ3000 mm×10608 mm×14 mm）出口管線水平段發(fā)現(xiàn)腐蝕滲漏，現(xiàn)場用打卡子的方法做了臨時(shí)處理，隨后又發(fā)現(xiàn)阻火水封錐底部出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。測厚數(shù)據(jù)為：封頭（材質(zhì)16MnR，2003年大檢修時(shí)換過）實(shí)測最小厚度13。2mm，減薄0。8 mm，腐蝕速率1。6 mm；筒體（材質(zhì)16MnR）實(shí)測最小厚度2。5 mm，減薄11。5 mm，腐蝕速率0。96 mm/a。由于不能停工檢修，研究決定在阻火水封罐罐底穿孔部位及附近補(bǔ)板共3。5m2（Q235），之后一直維持運(yùn)行到2005年大修技改擴(kuò)能改造新的火炬系統(tǒng)，此時(shí)安裝丁新的阻火水封罐（φ3600 mm×12168 mm×24 mm，材質(zhì)20R）。
在含H2S的油氣與凝縮油的阻火水封罐中，腐蝕環(huán)境復(fù)雜，其中最典型的是低溫H2S－H2O腐蝕，此環(huán)境中一般要求使用碳鋼，控制焊縫硬度不大子HB200，不宜使用Cr5Mo和0Cr13鋼，更不宜采用不銹鋼焊縫。 即便如此，生產(chǎn)實(shí)踐證明，隨著加工原料的劣質(zhì)化程度愈來愈高，催化裂化裝置混合進(jìn)料中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加，碳鋼仍有較高的腐蝕速率和穿孔危險(xiǎn)，催化裂化裝量2006年3~4月混合進(jìn)料中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表l。
阻火水封罐做為煉油各裝置的下游末段設(shè)備，其前端有催化裂化裝置。催化裂化裝量2006年6~7月脫前干氣中H2S的體積分?jǐn)?shù)見表2。
從表1，2中不難看出火炬系統(tǒng)主要壓力容器阻火水封罐和分液罐中的H2S體積分?jǐn)?shù)水平比較高?；谶@個(gè)原因，在新的阻火水封罐安裝時(shí)，決定加裝犧牲陽極的陰極保護(hù)系統(tǒng)。
2 阻火水封晦上應(yīng)用犧牲陽極的陰極保護(hù)系統(tǒng)
2·1設(shè)計(jì)技術(shù)文件
（1）NACE standard RP0575-95，Internal Cathodic Protection Systems in Oil-Treating Vessels。
（2）SY0007-1999《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕控制工程設(shè)計(jì)規(guī)范》。
（3）SY/T0047－1999《原油處理容器內(nèi)部陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》。
（4）阻火水封罐和分液罐有關(guān)建設(shè)圖紙資料。
阻火水封罐內(nèi)壁陰極保護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表3
2。2 設(shè)計(jì)指標(biāo)
（1）在有效保護(hù)期內(nèi)，陰極保護(hù)電位維持在一0。85～－1．05Ⅴ（相對(duì)飽和Cu／CuSO4參比電極）范圍內(nèi)。
（2）在有效保護(hù)期內(nèi)，被保護(hù)體保護(hù)達(dá)到90％以上。
2。3 設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）陰極保護(hù)電流：按下式計(jì)算每個(gè)罐所需的陰極保護(hù)電流：
I = i · S
式中I 一 每個(gè)罐所需的陰極保護(hù)電流，A
i 一陰極保護(hù)電流密度，mA／m2；
s一被保護(hù)面積，m2。
（2）犧牲陽極規(guī)格、型號(hào)及發(fā)生電流：
選用長條形陽極，型號(hào)為YHA1 - 4，規(guī)格為600 mm×140mm×40 mm耐油污的鋁合金犧牲陽極。每塊重10 kg，每塊接水電阻按下式計(jì)算：
R ＝ （ρ／2πL）×［?n（4L／r）－1］
式中：R一犧牲陽極接水電阻，Ω；
ρ一沉積水電阻率，μs／cm；
L一犧牲陽極長度，om；
r一犧牲陽極等效半徑 r=C／2π（C為陽極截面周邊長度），cm。
犧牲陽極發(fā)生電流按下式計(jì)算：
If = ΔE/R
式中：If－犧牲陽極發(fā)生電流，A
ΔE一犧牲陽極驅(qū)動(dòng)電位，V。
（3）犧牲陽極數(shù)量：按下式計(jì)算犧牲陽極數(shù)量：
N= I/If
式中：If－犧牲陽極發(fā)生電流，A
N一犧牲陽極數(shù)量，個(gè)；
I一陰極保護(hù)電流，A。
（4）犧牲陽極壽命計(jì)算：犧牲陽極有效使用壽命按下式計(jì)算：
Y = 1000·Q·C·K／（8760·α·If）
式中：Y 一犧牲陽極有效使用壽命，a；
Q一犧牲陽極重量，kg；
C一犧牲陽極有效電流量，A·h｀電；
If－犧牲陽極發(fā)生電流，mA（A？？？）
K一犧牲陽極有效利用系數(shù)；
α一犧牲陽極平均發(fā)生電流系數(shù)。
（5）犧牲陽極的分布與安裝
犧牲陽極均勻分布于罐內(nèi)壁下半部54°短孤內(nèi)，分兩列沿阻火水封罐長度方向布置，中心間距2000 mm，詳細(xì)布置見圖1。
犧牲陽極安裝采用焊接方式，將犧牲陽極鐵芯與罐底板的接觸部位均勻焊滿，嚴(yán)禁產(chǎn)生假焊現(xiàn)象，并將焊渣清除干凈。若犧牲陽極焊接在涂覆層施工工藝前，應(yīng)將焊接后的犧牲陽極以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行包覆保護(hù)，嚴(yán)禁犧牲陽極表面污染油污與油漆，并在試壓充水前將犧牲陽極表面裸漏出來。若犧牲陽極焊接在涂層施工后，應(yīng)將由焊接影響燒損的涂覆層進(jìn)行補(bǔ)涂，涂覆要求與原始涂層相同，涂覆范圍為距焊接點(diǎn)處150 mm范圍內(nèi)，施工過程中犧牲陽極表面嚴(yán)禁污染油污。施工后，檢查犧牲陽極的間距，誤差不超過±10 cm；檢查犧牲陽極塊與罐底板的焊接點(diǎn)，焊縫應(yīng)符合焊接要求。
2。4 安裝工藝
犧牲陽極安裝按以下步驟進(jìn)行：
（1）檢驗(yàn)工作：犧牲陽極組裝前應(yīng)對(duì)陽極進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查。
（2）表面活化處理：組裝犧牲陽極之前，為加速犧牲陽極表面活化，應(yīng)將犧牲陽極表面附著的油污及氧化物除凈。首先采用機(jī)械處理，用手動(dòng)砂輪或鋼刷將犧牲陽極表面均勻打磨，再用粗砂紙打磨一遍。必要時(shí)進(jìn)行化學(xué)處理，犧牲陽極表面活化處理與組裝間隔時(shí)間不宜超過24h。
（3）與罐壁電性連接：犧牲陽極與被保護(hù)的罐壁之間采用電焊形式進(jìn)行電性連接。電焊連接前，應(yīng)測試犧牲陽極的工作電位，測得值不應(yīng)正于－1．05Ⅴ。
3 分液罐上應(yīng)用犧牲陽極的陰極保護(hù)系統(tǒng)
對(duì)于分液罐，由于腐蝕環(huán)境相對(duì)較好，考慮到改造的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，所以決定改變犧牲陽極塊的重量，采用低一個(gè)級(jí)別也就是6。4 kg的鋁合金犧牲陽極塊，犧牲陽極在罐內(nèi)的布置和施工安裝要求與在阻火水封罐罐內(nèi)相同。
4 結(jié)論
（1）在火炬系統(tǒng)主要壓力容器阻火水封罐和分液罐的罐壁改裝犧牲陽極的陰極保護(hù)系統(tǒng)，是對(duì)陰極保護(hù)技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍的一次大膽嘗試，也是青島石化首次將犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用于小型壓力容器。
（2）在阻火水封罐和分液罐的罐壁內(nèi)使用犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)，由子其沉積水電導(dǎo)率數(shù)值較原油系統(tǒng)低，保護(hù)電流密度數(shù)值較原油系統(tǒng)高，在設(shè)計(jì)中對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性要做充分的考慮。
（3）水封罐和分液罐的罐壁內(nèi)使用陰極保護(hù)技術(shù)，僅僅是在一類壓力容器上采用，至于在二類與三類壓力容器上能否采用犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)，應(yīng)充分考慮罐體材料和犧牲陽極的焊接性能及對(duì)罐體受壓性能的影響，并根據(jù)實(shí)際介質(zhì)的變化做出正確的選擇，有關(guān)犧牲陽極的設(shè)計(jì)和施工安裝有待規(guī)范。
〈4）由于阻火水封罐和分液罐一經(jīng)投用就不能再在其罐內(nèi)做電位檢測，只能在下次檢修時(shí)才能入罐做電位檢測，所以在小型壓力容器上應(yīng)用此類犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)時(shí)可以考慮設(shè)計(jì)如何在罐外做電位檢測的措施。
（5）除了小型壓力容器外，在大型壓力容器（例如液化氣球罐）上使用犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)，應(yīng)該做進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。
大連市中山區(qū)城市廣場B座805室
0411-82302585
zare88@126.com
