Расчет и применение временной катодной защиты резервуаров с морской водой

Thread Content

Коррозия резервуаров в морской воде в основном является электрохимической коррозией, то есть в процессе коррозии возникает микроток. Согласно электрохимическим принципам, на катоде коррозийного элемента коррозия не происходит, а лишь на аноде. Поэтому, если сделать защищаемый металл катодом, можно предотвратить его коррозию; этот метод называется катодной защитой. Под влиянием международных цен на нефть проекты по строительству хранилищ сырой нефти государственными и частными предприятиями, особенно местными портами, получают всё большее развитие. При строительстве крупных резервуаров гидравлическое испытание является обязательным этапом. В зависимости от географических и экономических условий большинство проектов по хранению нефти проводят испытания под давлением с использованием морской воды. Чтобы уменьшить коррозию стальных листов под действием морской воды в ходе испытаний, на соответствующих участках резервуара необходимо установить временную катодную защиту. Для определения типа и количества элементов катодной защиты, исходя из норм GB50393-2008 и других соответствующих стандартов, на примере резервуара объёмом 100 тысяч кубических метров был рассчитан необходимый для него объём катодной защиты, который затем был применён на практике; результаты применения подтвердили правильность расчётов. При проведении испытаний крупных резервуаров под давлением морской воды обычно применяется метод жертвенных анодов.

1 Основные параметры резервуара
1.1 Таблица параметров временной катодной защиты внутренней поверхности резервуара
1.3 Диаметр резервуара: 80 метров;
1.4 Максимальный уровень воды во время гидравлического испытания: 20,2 метра;
1.5 Географические условия: чистая морская вода, место расположения не в устье реки; содержание соли в воде относительно высокое, коррозийная активность морской воды по отношению к стали очень велика.
1.6 Продолжительность временной катодной защиты: максимум 65 дней;

2 Технические показатели проекта
2.1 Потенциал среды в период катодной защиты: от -0,85 В до -1,10 В (относительно эталонного электрода Cu/CuSO4);
2.2 Зона защиты: нижняя поверхность поплавковых камер, внутренняя поверхность днища резервуара, внутренняя поверхность стенок резервуара;
2.3 Продолжительность катодной защиты: 65 дней.
2.4 Эффект защиты: корпус резервуара не подвергается коррозии в морской воде; имеющаяся на стальных листах желтая ржавчина частично смывается, что можно визуально проверить в процессе слива воды; однако после слива, если своевременно не промыть стенки резервуара пресной водой, на обнажённой поверхности образуется окислительная ржавчина, которую можно удалить тряпкой; на нижней поверхности поплавковых камер и внутренней поверхности днища образуется небольшое количество соединений кальция и магния.

3 Расчёты проекта
3.1 Расчёт площади защиты
3.2 Защитный ток
3.2.1 Выбор плотности тока
Продолжительность испытаний данного резервуара под давлением составляет около 65 дней; это не сопоставимо с десятилетним сроком службы морских конструкций в морской воде, поэтому на начальном этапе допустимо использовать небольшую плотность тока, чтобы постепенно формировалась защитная пленка из соединений кальция и магния, подобная слою краски. Такой процесс поляризации позволяет достичь желаемого потенциала защиты в течение 1–6 месяцев без существенного влияния на эффективность защиты. Однако время балластировочных испытаний резервуара составляет всего несколько десятков дней, поэтому скорость поляризации должна быть высокой: везде, куда доходит морская вода, должна немедленно начаться защита. Следовательно, выбирается следующая плотность защитного тока:
3.2.2 Расчёт защитного тока

4 Выбор анодов
Выбор анодов должен соответствовать следующим условиям:
(1) Общая потребность в токе поляризации для всего корпуса резервуара очень велика, поэтому необходимо максимизировать выходной ток каждого отдельного анода;
(2) Продолжительность временной катодной защиты невелика — обычно 1–3 месяца, максимум полгода, поэтому выбор анодов должен обеспечивать высокую эффективность и минимизировать ненужные затраты;
(3) Химический состав анода должен соответствовать скорости поляризации в данной морской среде;
(4) В течение всего периода временной защиты материалы для катодной защиты должны учитывать реальные требования проекта резервуара; необходимо избегать образования избыточного количества соединений кальция и магния, которые могут покрыть сварные швы внутри резервуара и затруднить их очистку.
Следовательно, в данном проекте выбраны следующие типы анодов и их химический состав:
(1) Для внутренней поверхности днища резервуара и нижней поверхности поплавковых камер: модель HCAJ-D/10;
(2) Для стенок резервуара: модель HCAJ-D/22;
(3) Химический состав анодов: специальные аноды из стали марки HC для временной катодной защиты стальных резервуаров.

5 Расчёт сопротивления контакта с водой и выходного тока выбранных анодов
0,85 — коэффициент использования анода.
По результатам расчётов:
(1) На нижней поверхности поплавковых камер каждый анод выдаёт ток 10,20 А, срок службы — 77 дней;
(2) На внутренней поверхности днища резервуара каждый анод выдаёт ток 10,20 А, срок службы — 77 дней;
(3) На внутренней поверхности стенок резервуара каждый анод выдаёт ток 20,27 А, срок службы — 85 дней.
Проверка срока службы показала, что все аноды способны обеспечить требуемую временную катодную защиту в течение 65 дней.

6 Расчёт количества анодов
IP12: величина тока, вырабатываемого блочными алюминиево-магниевыми жертвенными анодами, уже установленными на внутренней поверхности днища резервуара;

7 Результаты практического применения
В проекте нефтяного хранилища в Тяньцзине для гидравлического испытания резервуаров использовалась морская вода; согласно вышеприведённым расчётам для катодной защиты применялись аноды из сплава алюминия, магния, индия и кадмия. После завершения испытаний было установлено, что защитный эффект анодов хороший; они **существенно снизили коррозию стальных листов под действием морской воды.