牺牲阳极技术在小型含H2S介质压力容器上的应用

1 阻火水封罐和分液罐基本情况
某石化单位催化裂化装置技改时安装的阻火水封罐（φ3000 mm×10608 mm×14 mm）出口管线水平段发现腐蚀渗漏，现场用打卡子的方法做了临时处理，随后又发现阻火水封锥底部出现穿孔现象。测厚数据为：封头（材质16MnR，2003年大检修时换过）实测 小厚度13。2mm，减薄0。8 mm，腐蚀速率1。6 mm；筒体（材质16MnR）实测 小厚度2。5 mm，减薄11。5 mm，腐蚀速率0。96 mm/a。由于不能停工检修，研究决定在阻火水封罐罐底穿孔部位及附近补板共3。5m2（Q235），之后一直维持运行到2005年大修技改扩能改造新的火炬系统，此时安装丁新的阻火水封罐（φ3600 mm×12168 mm×24 mm，材质20R）。
在含H2S的油气与凝缩油的阻火水封罐中，腐蚀环境复杂，其中 典型的是低温H2S－H2O腐蚀，此环境中一般要求使用碳钢，控制焊缝硬度不大子HB200，不宜使用Cr5Mo和0Cr13钢，更不宜采用不锈钢焊缝。 即便如此，生产实践证明，随着加工原料的劣质化程度愈来愈高，催化裂化装置混合进料中S的质量分数逐渐增加，碳钢仍有较高的腐蚀速率和穿孔危险，催化裂化装量2006年3~4月混合进料中S的质量分数见表l。

阻火水封罐做为炼油各装置的下游末段设备，其前端有催化裂化装置。催化裂化装量2006年6~7月脱前干气中H2S的体积分数见表2。

从表1，2中不难看出火炬系统主要压力容器阻火水封罐和分液罐中的H2S体积分数水平比较高。基于这个原因，在新的阻火水封罐安装时，决定加装牺牲阳极的阴极保护系统。
 
2 阻火水封晦上应用牺牲阳极的阴极保护系统
2·1设计技术文件
（1）NACE standard RP0575-95，Internal Cathodic Protection Systems in Oil-Treating Vessels。
（2）SY0007-1999《钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》。
（3）SY/T0047－1999《原油处理容器内部阴极保护技术规范》。
（4）阻火水封罐和分液罐有关建设图纸资料。
阻火水封罐内壁阴极保护基础数据见表3
  
2。2 设计指标
（1）在有效保护期内，阴极保护电位维持在一0。85～－1．05Ⅴ（相对饱和Cu／CuSO4参比电极）范围内。
（2）在有效保护期内，被保护体保护达到90％以上。
2。3 设计计算           
（1）阴极保护电流：按下式计算每个罐所需的阴极保护电流：
   I  =   i · S
 
式中I  一  每个罐所需的阴极保护电流，A
i   一阴极保护电流密度，mA／m2；
s一被保护面积，m2。
（2）牺牲阳极规格、型号及发生电流：
选用长条形阳极，型号为YHA1 - 4，规格为600 mm×140mm×40 mm耐油污的铝合金牺牲阳极。每块重10 kg，每块接水电阻按下式计算：
R ＝ （ρ／2πL）×［?n（4L／r）－1］
式中：R一牺牲阳极接水电阻，Ω；
ρ一沉积水电阻率，μs／cm；
L一牺牲阳极长度，om；
r一牺牲阳极等效半径  r=C／2π（C为阳极截面周边长度），cm。
牺牲阳极发生电流按下式计算：
If = ΔE/R
式中：If－牺牲阳极发生电流，A
ΔE一牺牲阳极驱动电位，V。 
（3）牺牲阳极数量：按下式计算牺牲阳极数量：
N= I/If
式中：If－牺牲阳极发生电流，A
N一牺牲阳极数量，个；
I一阴极保护电流，A。
（4）牺牲阳极寿命计算：牺牲阳极有效使用寿命按下式计算：
Y  =   1000·Q·C·K／（8760·α·If）
 
式中：Y 一牺牲阳极有效使用寿命，a；
Q一牺牲阳极重量，kg；
C一牺牲阳极有效电流量，A·h｀电；
If－牺牲阳极发生电流，mA（A？？？）
K一牺牲阳极有效利用系数；
α一牺牲阳极平均发生电流系数。
（5）牺牲阳极的分布与安装
牺牲阳极均匀分布于罐内壁下半部54°短孤内，分两列沿阻火水封罐长度方向布置，中心间距2000 mm，详细布置见图1。
 
 
 牺牲阳极安装采用焊接方式，将牺牲阳极铁芯与罐底板的接触部位均匀焊满，严禁产生假焊现象，并将焊渣清除干净。若牺牲阳极焊接在涂覆层施工工艺前，应将焊接后的牺牲阳极以适当的方法进行包覆保护，严禁牺牲阳极表面污染油污与油漆，并在试压充水前将牺牲阳极表面裸漏出来。若牺牲阳极焊接在涂层施工后，应将由焊接影响烧损的涂覆层进行补涂，涂覆要求与原始涂层相同，涂覆范围为距焊接点处150 mm范围内，施工过程中牺牲阳极表面严禁污染油污。施工后，检查牺牲阳极的间距，误差不超过±10 cm；检查牺牲阳极块与罐底板的焊接点，焊缝应符合焊接要求。
2。4 安装工艺
牺牲阳极安装按以下步骤进行：
（1）检验工作：牺牲阳极组装前应对阳极进行外观质量检查。
（2）表面活化处理：组装牺牲阳极之前，为加速牺牲阳极表面活化，应将牺牲阳极表面附着的油污及氧化物除净。首先采用机械处理，用手动砂轮或钢刷将牺牲阳极表面均匀打磨，再用粗砂纸打磨一遍。必要时进行化学处理，牺牲阳极表面活化处理与组装间隔时间不宜超过24h。
（3）与罐壁电性连接：牺牲阳极与被保护的罐壁之间采用电焊形式进行电性连接。电焊连接前，应测试牺牲阳极的工作电位，测得值不应正于－1．05Ⅴ。
 
3 分液罐上应用牺牲阳极的阴极保护系统
对于分液罐，由于腐蚀环境相对较好，考虑到改造的经济实用性，所以决定改变牺牲阳极块的重量，采用低一个级别也就是6。4 kg的铝合金牺牲阳极块，牺牲阳极在罐内的布置和施工安装要求与在阻火水封罐罐内相同。
 
4 结论         
（1）在火炬系统主要压力容器阻火水封罐和分液罐的罐壁改装牺牲阳极的阴极保护系统，是对阴极保护技术扩大应用范围的一次大胆尝试，也是青岛石化首次将牺牲阳极的阴极保护技术应用于小型压力容器。
（2）在阻火水封罐和分液罐的罐壁内使用牺牲阳极的阴极保护技术，由子其沉积水电导率数值较原油系统低，保护电流密度数值较原油系统高，在设计中对经济实用性要做充分的考虑。
（3）水封罐和分液罐的罐壁内使用阴极保护技术，仅仅是在一类压力容器上采用，至于在二类与三类压力容器上能否采用牺牲阳极的阴极保护技术，应充分考虑罐体材料和牺牲阳极的焊接性能及对罐体受压性能的影响，并根据实际介质的变化做出正确的选择，有关牺牲阳极的设计和施工安装有待规范。
〈4）由于阻火水封罐和分液罐一经投用就不能再在其罐内做电位检测，只能在下次检修时才能入罐做电位检测，所以在小型压力容器上应用此类牺牲阳极的阴极保护技术时可以考虑设计如何在罐外做电位检测的措施。
（5）除了小型压力容器外，在大型压力容器（例如液化气牺牲阳极）上使用牺牲阳极的阴极保护技术，应该做进一步的试验研究。