深井阳极技术在大型油罐阴极保护中的应用研究
外加电流阴极保护中深井阳极的布置
外加电流阴极保护中深井阳极的布置尚兴彬;孙丽;李劲松;席海宏;景龙详【摘要】针对某输油管道工程,为保障阴极保护效果的同时,减少阴极保护对周边金属构筑物产生直流杂散电流的干扰.结合现有相关标准规范以及阴极保护干扰的产生机理,对深井阳极的布置位置和阴极保护方案进行对比分析.由于该工程输油管道将分输库整体包围,如库外长输管道全部采取外加电流的阴极保护形式,无论阳极井如何布置,阴极保护电流均有可能对分输库内储罐等金属构筑物产生杂散电流干扰,此时阳极井的位置需从施工、维护、保护电流的发散以及投资等方面比选确定.为了实现外输管道得到有效保护,且最大程度减小阴极保护电流对分输库内储罐等金属构筑物的干扰,可采取对由分支点进出库区的成品油管道与干线绝缘,并对该部分管道施加牺牲阳极保护的形式.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2018(015)008【总页数】6页(P33-38)【关键词】阴极保护;阳极井;位置布置;杂散电流;干扰【作者】尚兴彬;孙丽;李劲松;席海宏;景龙详【作者单位】中石油华东设计院有限公司,山东青岛 266071;中国石化管道储运有限公司华东管道设计研究院,江苏徐州 221008;中石油华东设计院有限公司,山东青岛 266071;中石化天然气榆济管道分公司,济南 250002;中石化石油工程设计有限公司管道工程设计所,山东东营 257021【正文语种】中文【中图分类】TE88石油与天然气作为一种重要的化石燃料，在国内外广泛应用。
我国油气生产主要集中在西北、东北以及西南地区，而华北、华东、华南地区却是油气的主要消费区，油气分布与消费的不均衡为长距离油气管道的建设利用提出了要求[1-3]。
阴极保护作为长距离油气埋地管道的重要组成部分[4-5]，受到国内外的广泛关注[6-7]。
此关注主要集中在阴极保护的保护效果以及受干扰情况的研究，对于阴极保护系统对保护范围外金属结构的干扰（以下简称阴极保护系统干扰）却较少。
大型储罐阴极保护中的网状阳极系统
大型储罐阴极保护中的网状阳极系统摘要：目前，我国石油企业建设的大型储罐一般都是承台式结构，利用承台以及圈将底板与土壤环境分离，以起到一定的保护作用，但是同时这也限制了牺牲阳极以及深井阳极等保护方法的应用。
针对此问题，近年来，在借鉴国外相关经验的基础上，引入了网状阳极系统，在实践应用当中取得了良好的效果，目前已经开始在大型储罐保护工程中广泛应用。
关键词：大型；储罐；阴极保护；网状阳极系统1储罐阴极保护储罐阴极保护指的是对储油罐底板进行阴极保护施工，储油罐的底板一般都在沥青砂上，随着时间的增长，沥青砂会逐渐老化，基础垫层也会出现裂痕，这样地下的水分就会通过裂缝接触到油罐底板；另一方面，油罐的质量也随着内部液体的高度受到影响，时间长了就会发生变形。
两方面的因素如果同时产生，那么储油罐的使用寿命就会大大缩短，甚至出现危险。
因此，需要重视储油罐的阴极保护。
2网状阳极系统网状阳极系统指的是采用混合金属氧化物带状阳极和导电片焊接构成的外加电流阴极保护辅助阳极网。
网状阳极需要预埋于大型储罐的基础当中，采用外加电源进行供电，从而使大型储罐底板阴极保护电位处于需要的水平。
网状阳极系统所采用的混合金属氧化物与传统意义上的金属氧化物不同，其具有导电性，目前，系统所采用的金属氧化物主要以钛作为基础材料，不仅自重小而且易于加工。
同时由于电极表面覆盖了氧化物层，即便是表面缺漏处的电位也不会高于2V，因此，基础材料不会出现击穿破坏的情况，而且氧化物层电阻率可以达到10-7Ω•m，耐腐蚀性好，通过调整和优化氧化物层成分，还可以使网状电极适应不同的环境条件。
3大型储罐阴极保护中的网状阳极系统的应用3.1汇流点的位置选择在储罐阴极保护设计中，无论应用哪种强制电流因此保护措施，都需要选定好汇流点，通常情况下，储罐的阴极保护汇流点的选择微遇通电点的对侧，能够使罐底板下的保护电流的分布更加均衡。
但在实践的过程中，透过试验测量得出的结论是汇流点无须设置于通电点的对侧，在设计时只需考虑如何做到节省电缆支出，同时避免各管网之间的冲突。
油井牺牲阳极保护技术应用研究
油井牺牲阳极保护技术应用研究牺牲阳极保护技术是抑制油井管杆腐蚀较为有效的方法，具有保护效果优异，实施工艺简单，成本低廉等优势。
本文阐述了油井牺牲阳极保护机理，分析了阳极材料的保护性能，以及现场应用情况，为该技术在油田的推广应用提供了参考依据。
标签：有井腐蚀;牺牲阳极保护;电流效率在油气开发领域，金属的腐蚀问题广泛存在，其中最具代表性的就是油井的油、套管腐蚀，造成管杆腐蚀失效，严重影响了日常的正常生产作业。
油田腐蚀大部分发生在油田水介质和含水介质中，主要发生电化学腐蚀。
油田水介质矿化度较高，同时常溶有O2、CO2、H2S和细菌等多种腐蚀性物质，在金属表面形成数个腐蚀电池，产生氧化物或氢氧化物，造成设备腐蚀。
阴极保护技术是控制金属电化学腐蚀的最为有效的保护方法，由于牺牲阳极保护成本低廉，不需要对油井进行改造，保护效果可控且实施方便，因此在油井管杆腐蚀防护方向有良好的发展前景[1]。
本文通过对牺牲阳极保护机理、阳极材料电化学性能和牺牲阳极保护工具现场应用等方面的研究，总结了该技术的应用效果，以期为油井管杆的牺牲阳极防腐蚀设计提供参考依据。
1 油井牺牲阳极保护机理油井阳极保护依据电化学阴极保护原理，使油管与更活泼的金属相连，直接固定在特制的油管基管短节上，在作业下油管的同时，把油管阳极保护器连接在油管上，下入油井或注水井中，在井筒的电解质溶液中，合金与油管原腐蚀电池成了一个新的宏观电池，合金作为新电池的阳极，油管即为阴极，阳極不断向被保护的油管提供阴极电流，对油管进行阴极极化，原油管的腐蚀电池作用被迫停止，从根本上抵制了油管的电化学腐蚀[2]。
随着电流的不断流动，阳极合金不断被消耗掉，成为粉末后沉降于井底。
当阳极合金消耗完后油管才会发生电化学腐蚀，从而达到延缓油管腐蚀，保护油管的目的。
同时随着阳极材料的腐蚀，腐蚀介质中的腐蚀离子不算消耗，介质腐蚀性不断减少。
铝阳极的二次反应生成物，氢氧化铝也具有这种特性，氢氧化铝可以与碳酸和硫化氢发生中和反应生成盐和水。
油井井下管串和联合站储油罐的阴极保护
收稿日期:2003-04-25。
作者简介:杨永超,男,1968年12月生,1989年毕业于江汉石油学院地质专业,目前正攻读研究生。
高级工程师。
曾获得国家专利1项,部级成果3项,已在省部级以上刊物发表论文30多篇。
电化学保护油井井下管串和联合站储油罐的阴极保护杨永超 陈传东 陈定柱 张学仓(中国石化股份有限公司中原油田分公司,河南范县457532) 摘要:濮城油田油藏深、地层水矿化度高,井下管柱、地下管网及储油罐腐蚀严重。
为了缓解腐蚀问题,应用牺牲阳极法和外加电流法阴极保护技术,在油井井下和储油罐等处进行了试验。
井下管串采用XY -1型牺牲阳极短节后,其挂片腐蚀速率降至0.027mm/a ;计量器及储油罐等采用外加电流阴极保护后,腐蚀速率均降至1mm/a 以下,使腐蚀得到了有效控制。
主题词:储油罐 井下管网 牺牲阳极 外加电流法中图分类号:TG 174.41 文献标识码: A 文章编号:1007-015X (2004)04-0042-03 濮城油田属复杂断块油田,油藏埋藏深,矿化度高,油井产出液具有“六高一低”特点:即矿化度、氯离子、二氧化碳、硫化氢、细菌含量、温度高,pH 值低(显弱酸性)。
随着开发时间的延长,井下油管与抽油杆腐蚀日趋严重。
据统计,2001年腐蚀严重的油井为228口,占频繁作业井数的66.5%;因腐蚀造成抽油井检泵工作量占全年检泵作业工作量总和的35.55%,管、杆的使用寿命也因腐蚀而缩短40%～60%,油井支干线共穿孔约851次。
因此,在油田高含水开发后期,解决好腐蚀问题是提高油田开发效益的关键。
1 井下管串的腐蚀在钻井过程中,当井深超过600～800m 以后,钻头与井口的同心度会变差。
从纵向上看,井筒是一条弯曲旋扭的线条。
其次,在油田开发过程中,地层蠕变也会造成套管变形,使井段出现弯曲,俗称“狗腿子”,严重时会造成油井报废。
1.1 产生偏磨的原因(1)由于套管变形和井斜,使井下油管产生弯曲。
深井阳极对油罐罐底阴极保护电位的影响
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深井阳极对油罐罐底阴极保护 电位的影响
文／ 周 毅 王建华 许 瑞
摘 要 ： 文 综 合 利 用 电场 叠加 原 理 、 本 阳极 电场 解析 公 式 和 阴极 电 场 解 析 公 式 以及 三 个 计 算 实例
计 算 了不 同 阳极 埋 深 和 埋 设 距 离情 况 下 罐 底 电位 ， ｍａ ｌ 用 ｔ ｂ软 件 绘 制 了拟 合 曲 线 通 过 数 据 和 曲 线 分 ａ
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在文献 中作者推导出阴极 电场分布公式为 ：
Ａ ＝ Ｕ （ｙ ｋ ６ ＋ ｙ） 【 ５ ）
其 中 ｉ为 罐 底 平均 电流 密度 ； 土壤 电阻 率 ； 为罐 底 半 Ｐ为 ｒ 式 中 △ 表 示 罐 底 外 侧 的 阴极 保 护 电位 分 布 表 示 罐 径 ； 中 Ｕ Ｙ为计算点到罐底 中心得比例距离 ，：／ 如图 Ｉ１罐周各 ｖ ｘｒ ｆ Ｉ， ］ 底 的 阳极 电场 电位 分布 示罐 底 的 阴极 电场 电位 分布 。 ｕ表 点 与 罐 心 的 阴极 电位 差 为 ：
深井阳极阴极保护对站区管道的影响
深井阳极阴极保护对站区内金属构筑物的影响1、根据国家设计规范21448-2008《埋地钢制管道阴极保护设计规范》的规定，外加电流阴极保护的阳极地床与管道或其他埋地金属构筑物的垂直距离不得小于30米。
该工程中阳极地床设置在站区内，深埋地下60米，与储罐相对较远，直线距离远大于30米，因此对站区内储罐、管道等其他埋地金属构筑物无影响。
2、该深井阳极在阳极体顶部到井口的部分均填充粒径为20-40的石子，填充石子的作用除了起到涵水和导气的作用外，还可以避免阳极电流向地表方向辐射。
减少对地表埋地金属构筑物的干扰，并对远方大地的被保护管道提供均匀的保护电流。
3、该工程阴极保护在管道的两端均采用绝缘法兰将保护管道部分与非保护管道部分进行电绝缘，且在绝缘法兰处加装等电位连接器进行保护，不但可以将非保护管道部分与管道部分充分绝缘，减少阴极保护电流的损失，防止非保护部分管道因阴极保护的干扰而腐蚀，而且可以减少阴极保护电流，降低成本。
4、所谓阴极保护电流对埋地金属构筑物的干扰是指阴极保护电流过大（一般在-1.5V以上）而对非保护部分埋地金属构筑物产生的干扰，而该系统设定的阴极保护电位一般介于-0.85V~-1.25V之间，当电位超出设定的范围一定的幅度恒电位仪便会自动断电。
远远低于管道的最大保护电位-1.5V和牺牲阳极的自然电位-1.65V。
不但可以为保护部分管道提供适当的保护电流，而且可以防止大电流对其他埋地金属构筑物的干扰。
5、站区内的油罐等已采取阴极保护的系统，因为本身阴极保护的自动调节作用，不会受到其他阴极保护的干扰。
6. 恒电位仪存放于中国石油汇鑫油品储运公司阴保间中，归汇荣石油储运公司所有，并由汇荣石油储运公司相关负责人负责定期维护。
综上所述，该阴极保护工程深井阳极地床设置位置合理，施工工艺安全合理，符合设计规范对阴极保护的要求，在对保护部分管道提供充分阴极保护的情况下，不会对站区内非阴极保护的埋地金属构筑物造成干扰，是安全、合理、有效的。
储罐阴极保护方法
储罐阴极保护方法储罐的阴极保护方法主要有以下几种：1. 外加电流阴极保护：对于大型石油储罐，当土壤组成的电解液率非常高时，通常会采用外加电流阴极保护。
这种方法通过外部电源提供电流，使储罐成为阴极，从而防止腐蚀。
2. 牺牲阳极阴极保护：对于小型石油储罐或土壤电阻率不高的环境，通常会采用牺牲阳极阴极保护。
这种方法通过在储罐周围埋设比储罐金属更活泼的金属（如镁、锌等），使其作为阳极被腐蚀，从而保护储罐不被腐蚀。
3.罐底线形阳极阴极保护：在储罐底部铺设线形阳极，通过外加电流使线形阳极成为阴极，保护储罐底部不受腐蚀。
4. 罐周深井阳极外加电流阴极保护：在储罐周围设置深井阳极，通过外加电流使深井阳极成为阴极，保护储罐周围土壤中的金属结构不受腐蚀。
5. 罐周浅埋阳极外加电流阴极保护：在储罐周围浅埋阳极，通过外加电流使浅埋阳极成为阴极，保护储罐周围土壤中的金属结构不受腐蚀。
以上方法各有优缺点，选择哪种方法取决于储罐的大小、土壤电阻率、环境条件等因素。
在实际应用中，需要根据具体情况进行综合考虑和选择。
当然，我可以为您提供关于储罐阴极保护方法的更多信息。
6. 涂层与阴极保护结合：为了提高储罐的防腐性能，通常会在储罐表面涂覆一层防腐涂料，如环氧树脂、聚氨酯等。
这些涂料能有效隔绝储罐与腐蚀环境的接触，减缓腐蚀速率。
在此基础上，再结合阴极保护技术，可以进一步提高储罐的防腐效果。
7. 监测与维护：为了确保阴极保护系统的有效性，需要定期对储罐进行监测和维护。
监测内容包括阴极保护电流的分布、土壤电阻率的变化等。
一旦发现异常情况，应及时采取措施进行调整和维护，确保阴极保护系统的正常运行。
在选择储罐阴极保护方法时，还需要考虑以下因素：* 储罐材质：不同材质的储罐对腐蚀的敏感性不同，因此需要根据储罐材质选择合适的阴极保护方法。
* 土壤条件：土壤的电阻率、湿度、含盐量等因素都会影响阴极保护效果，因此在选择阴极保护方法时需要考虑土壤条件。
油库区域阴极保护技术应用分析
孙大 鹏， 等 ． 油 库区 域阴 极 保护 技 术应 用 分 析
储 运 安 全
１ ． １ 保 护方 式
Ｐ—— 阳极 区的土 壤 电阻率 ，Ｑ ｍ； Ｒ — — 阳极组 接 地 电阻 ， Ｑ； ｎ — — 阳极支 数 ；
经 过 对 油 库 的腐 蚀 调 查 ， 对 其 腐 蚀 状 况 有 了
ｍ 。
根 据 油 库 区 的 实 际情 况 ， 采用消除 Ｉ Ｒ降 电位 测量 探头对其 地下 管网 的阴极 保护 电位进行 测量 。 为 加 强 阴极 保 护 系统 的管 理 ， 保 证 系 统 运 行 正常， 取 得 预 期 的保 护 效 果 ， 油 库 区 阴极 保 护 系 统 采 用 最 新 一 代 阴极 保 护 电源 — — 数 控 高 频 开 关恒电位仪 ， 同 时结 合 阴极 保 护 在 线 监 控专 家 系 统， 实 现 对 阴 极 保 护 系统 的 远 程 智 能 化 监 测 、 控 制 和故 障分 析 ， 大 大 提 升 阴极 保 护 系统 的管 理 水
平。
为５ ０ ｍ Ａ ／ ｍ ， 地 下 管 线 所 需 电流 密 度 为 ６ ｍ Ａ ／ ｍ ， 总保 护 电流约 为 １ ５ ８ Ａ。
ｃ ） 阳极地床。阳极地床选用预制含铬高硅铸 铁 阳极 ， 单 支 阳极 尺 寸 为 ７ ５ ｍｍ ｘ １ ５ ０ ０ ｍｍ， 阳 极重量为 ５ ０ ｋ ｇ ／ 支， 预包 装 阳极尺 寸 为 ２ ７ ３ ｍ ｍ ｘ ２ ０ ０ ０ ｍｍ； 阳极 井 为 ３ ０ ０ ｍ ｍ， 深５ ０ ｍ， 每 口深 井 安装 １ ０支高 硅 铸 铁 阳极 ， ５口深 井 ， 共５ ０ 支 阳极 ， 为 防止 发生气 阻 ， 设置 通气 管直 达地 面 。 阳极 组接 地 电阻 可按下 式计 算 ： Ｒ ＝ ・ ， ＿‘ ｌ ｎ
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The Application Research of Deep Well Technology in Large Tank Cathodic Protection Engineering
LI Wen-jing1, ZHANG Jun-hua2, BAI Yun-tao3, CAI Liang4 (1. SHANGHAI HOTO ENGINEERING INC., Shanghai 201203, China; 2. Downhole Services Company of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Renqiu 062552, China; 3. CNPC South-East Asia Pipeline Company Limited., Beijing 100028, China; 4. China National Aviation Fuel TSN-PEK Pipeline Transportation Corporation, Tianjin 300300, China)
经验交流 Experience Exchange
深井阳极技术在大型油罐 阴极保护中的应用研究
李文静1 张君华2 白云槄3 蔡 亮4 （1. 上海河图工程股份有限公司，上海 201203；2. 中国石油渤海钻探工程有限公司井下作业分公 司，河北 任丘 062552；3. 中国石油集团东南亚管道有限公司，北京 100028；4. 中国航油集团津 京管道运输有限责任公司，天津 300300） 摘 要：深井阳极技术具有性能稳定、电流分布均匀等优点，广泛应用于储罐底板阴极保护 工程。提出了深井阳极技术应用于特大型储罐阴极保护的技术需求。根据经典带电圆盘电流密度 分布假设，考虑土壤和沥青砂基础的不均匀性，提出了求解储罐底板阴极保护电位的新方法。探 讨了增加深井阳极数量解决特大型储罐底板阴极保护问题的方法，通过合理设计深井阳极位置， 可实现储罐处于较好保护状态，防止储罐过保护或者欠保护问题，同时恒电位仪输出电压、输出 电流数据也较合理。 关键词：深井阳极 阴极保护 电位 储罐
0 前言
随着我国实施石油战略储备以及油罐大型化发 展趋势，国内最大浮顶油罐容积已达20×104m3。我 国大型石油库广泛应用了深井阳极阴极保护技术[1]， 相对罐周浅埋阳极和牺牲阳极技术，深井阳极具有 接地电阻小、占地少、性能稳定、使用寿命长、罐 底板电流分布均匀等优点。相关实践和研究表明， 单支深井阳极可有效保护的储罐量级为直径60m，针 对特大型储罐（直径80m左右）应用深井阳极技术， 储罐底板能否达到充分保护有待进一步研究验证[2]。 针对特大型油罐国外采用建设期在罐底铺设混 合金属氧化物网状阳极，但造价很高，约80～100万 元左右。特大型储罐应用深井阳极技术必须增加深 井阳极数量。深井阳极施工应满足水文地质结构， 一旦建成深井阳极调整非常困难，因此深井阳极技 术应用于特大型储罐时，在设计施工阶段确定其合 理布置形式非常重要。 以往新建储罐阴极保护工程中，深井阳极
Key words: deep well anode; cathodic protection; p，女，新疆哈密人，工程师，本科，现主要从事石油化工及油气储运 工程设计工作。
全面腐蚀控制 第31卷第07期 2017年07月
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经验交流 Experience Exchange
Abstract: Because of the advancement of stable performance and even current density, deep well
技 术
anode technique widely used in cathodic protection engineering of tank bottom plate. The paper proposed the necessity of the application of deep well technology to large tank cathodic protection. According to the classical current density distribution hypothesis of charged disc, and considered the uniformity of soil and asphalt sand foundation, the paper puts forward a new method for solving the tank bottom cathodic protection potential. The method of increasing deep well number to solve the problem of large tank cathodic protection. Through the reasonable design of the deep well anode position, the tank can be protected well without over-protection and under-protection problem, and the output voltage and the output current of the potentiometer are also reasonable.
率，Ω ·m； f (φ )储罐底板表面电流密度，mA/m2。
1.1 深井阳极极化电位
根据阴极保护体系物理模型计算深井阳极极化 电位 ：
[4]
φ阳极 = U − I 0 ( R + RW ) − ξ