Р 154-77
Рекомендации по протекторной защите днищ стальных резервуаров от коррозии, вызываемой дренажной водой и технология монтажа протекторов в действующих резервуарах

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

W ЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВНИИСТ-

ПО ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЕ ДНИЩ

СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ОТ КОРРОЗИИ

ВЫЗЫВАЕМОЙ ДРЕНАЖНОЙ ВОДОЙ.

И ТЕХНОЛОГИЯ МОНТАЖА ПРОТЕКТОРОВ В ДЕЙСТВУЮЩИХ РЕЗЕРВУАРАХ

МОСКВА-1977

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ВНИИСТ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЕ ДНИЩ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ОТ КОРРОЗИИ. ВЫЗЫВАЕМОЙ ДРЕНАЖНОЙ ВОДОЙ.

И ТЕХНОЛОГИЯ МОНТАЖА ПРОТЕКТОРОВ В ДЕЙСТВУЮЩИХ РЕЗЕРВУАРАХ

Москва 1977

УДК 621♦642.3:620.197.5(083.96)

В настоящих Рекомендациях освещены вопросы расчета, проектирования, технологии монтажа и эксплуа -тации электрохимической защиты днищ стальных резер -вуаров от коррозии, вызываемой дренажной (подтовар -ной; водой. Особенно больное внимание в Рекомендациях уделено вопросам осуществления протекторной защиты без проведения огневых работ в резервуаре.

Ври составлении Рекомендаций использованы материалы исследований ВНИИСТа, Управления Приволжскими магистральными нефтепроводами, а также учтен опыт защиты резервуаров Жнрновского районного нефтепроводного управления и Крымского товарно-транспортного управления.

Рекомендации разработаны сотрудниками ВНМИСТа:

Н.В.Глазовым, В.И.Глазновым, Т.И.маняхжной, В.К.Уткиным и начальником Центральной службы катодной защиты Управления Приволжскими магистральными нефтепроводами В.Б.Финкельитейвом.

Замечания и предложения по Рекомендациям просьба направлять по адресу: Москва, 105058, Окружной пр., 19, лаборатория электрозащиты.

ВНИИСТ

Рекомендации по протекторной защите днищ стадьных резервуаров от коррозии, вызываемой дренажной водой, и технология монтажа протекторов в действующих резервуарах

Р 15*-77

ВВЕДЕНИЕ

Коррозия днищ и нижних поясов стадьных цилиндрических резервуаров, вызываемая подтоварной водой, наносит значительный ущерб народному хозяйству*

В нефти ряда месторождений Советского Союза содержится значительное количество минерализованной воды, входящей в со -став нефтяных эмульсий. При разруиении эмульсии естественным путем или на эдектрообессоливающих установках вода, скапливаясь вниву резервуара, вызывает интенсивную коррозию днищ и нижних поясов. Хотя зта вода периодически дренируется, непре -рывная закачка новых порций нефти или нефтепродуктов в резер -вуар пополняет ее запасы у днища. Днища и нижние пояса резер -вуаров, контактирующие с сильно минерализованной дренажной водой, в результате сквозных проржавленмй уже через четыре-шесть дет выходят из строя и требуют частичной или полной эамены.

Защита днищ резервуаров от коррозии различного рода пок -рытнями не обеспечивает их сохранности на длительный срок. Электрохимический метод защиты резервуаров с помощью протекторов является наиболее эффективным, простым и экономически целесообразным.

В настоящее время применяется один из видов электрохими -ческой защиты - протекторная защита двшц резервуаров от коррозии, вызываемой подтоварной водой. Протекторная защита надежно предохраняет металлические конструкции от коррозии и проста в эксплуатации.

Внесены лабораю-j Лверждены BHI^ToMl^eB^iTno^potenop-рной электрозащи-! 27 декабря 1973 г. 1ной защите днищ стальных

ты

резервуаров от коррозии.

{вызываемой дренажной | (подтоварной) водой*

Недостатком протекторной аищмты, осуществляемой в соот -ветствы с Рекомендациям [б] , является то, что смена протекторов требует не только опорожнены, но ж подготовка резервуара для проведения в нем огневых работ. В подготовку резервуара к огневым работам входят зачистка я пропарка, что значительно удорожает протекторную задяту. В настоялжх Рекомендациях рассмотрены в основном вопросы осуществления протекторной 8ащяты без проведенмя огневых работ в резервуаре. Это позволит быстро заменять сработавмиеся протекторы м вводить защиту на действующих резервуарах, не дохндаяоь вывода его на капитальный ремонт, без проведения трудоемких и дорогостоящих подготовительных работ.

1.0Ш£ цодошша

1.1.    Настоящие рекомендация распространяются на все стальные вертикальные резервуары с концентрацией солей в дренажной воде более 0,3%.

1.2.    Принцип действия протекторной защиты заключается в создании защитного потенциала на днжще при протекания тока в гальванической паре днище-протектор. Стационарный потенциал протектора имеет более отрицательное значение, чем потенциал металла днища. При замыкании цепи днище-протектор последний становится анодом, а днище - катодом. Ток, стекая с протектора, проходит через электролит (дренажную воду), входнт в днище и прекращает или ограничивает действие коррозионных элементов на его поверхности, а следовательно, и коррозионное разру-■енне днища (рис.1).

1.3.    Технология монтажа протекторной защиты несложна, не связана с использованием токсичных материалов и тщательной подготовкой поверхности. Протекторная защжта проста и надежна в эксплуатации.

ХА. В качестве протекторного материала рекомендуется использовать магниевый сплав марки MI-4, состав которого приве -ден в табл.1.

1.5. Типоразмеры и масса рекомендуемых протекторов приведены 1 табл.2, а алектрохммнчосхие нараметри этих протекторов -в табл.З.

К

Таблица I

Основные компоненты, %

j Примеси, % (не более)

AS i

ЪП j Мп }

Mq j Si j Fe I Ni | Си

5,0-7,0 2,0-3,0 0,15-1,0 Осталь- 0,05 0,003 0,001 0,004

вое

Рве Л. Пржнципмальная схема протекторное ващвты от юрроемв днища резервуара:

1-протектор; 2-изолирующий экран; 3-днмще резервуара; 4-изо-днрованный проводник; 5-электролит; 6-втуцер

Таблица 2

Тип про-j Размеры, мм

! Масса

■;(округ-

! Рабочаярповерхиость,

Тбктора*!ТГГН iucoib ~~

1 “

] Д*® I i

;метр по крав в сред-

j КГ

|с изоляцм-|без изоля-

; ней ча-

_!_I_l._^cIL_

{

;онным пок- дюнного

J_

рыгнем покрытия

ПМР-5

280

60

40

5

0,14

0,121

ПМР-Ю

400

70

40

10

0,285

0,247

ПМР-20

400

140

80

20

о,зз

0,267

* Протекторы типа ПМР изготовляется в опытном цехе Титано-магниевого комбината (адрес: г.Березники,Пермской области. Центр, опытный цех, инженер Каикаров к.3.).

5

Тип протектора

(Стационарный по- j •,-тенциал по иедно- ;• {сульфатному алект-,

!р°ду» в

Практическая токоотдача

А/ч

!-

; А/ГОД

ПМР-5

1.6

6 800

0,7

П11Р-Ю

х,б

13 500

1.5

ПМР-20

1.6

27 ООО

3,0

6

Рис,2. Протектор типа ПМР-20

Конструкция протектора 1ШР-20 из магниевого сплава kJHf представлена на рис.2 (размеры приведены в мм).

1.6.    Протекторы размещаются на днище так, чтобы величина защитного потенциала "резервуар-дренажная вода” в промежутках между протекторами и по краям днища резервуара была не менее заданного минимального защитного потенциала.

1.7.    Без осуществления противокоррозионных мер (протек -торной защиты) вводить в эксплуатацию резервуары не рекомендуется.

2. РАСЧЕТ ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ

2.1.    При определении количества протекторов для защиты днища и нижнего пояса резервуара необходимо иметь следующие исходные данные:

удельное электрическое сопротивление дренажной воды (иди суммарную концентрацию солей);

площадь днища и нижнего пояса, контактирующих с дренажной водой;

уровень дренажной воды;

переходное сопротивление "днище-электролит";

радиус изолирующего экрана.

2.2.    Радиус защитного действия одного протектора при кольцевом расположении их по днищу рассчитывается по формуле

гсцг-г₉)

9 Up

г_эе

где Я - постоянная распространения тока в слое дренажной воды, 1/м,

а—

Рэ “ удельное электрическое сопротивление электролита, Ом*м;

/2 - средняя высота уровня дренажной (подтоварной) воды в резервуаре, м;

R₀ - переходное сопротивление днище-электролит, Ом.м^ (определяется по рмс.З);

Ъ_э- радиус изолирующего экрана протектора, м;

h ~ ^гп ⁺    ;

7

U₀ - наложенная разность потенцжалов дниже-электролит в точке дренажа. В;

U_H - минимальная защитная разность потенциалов днище-электролит, В;

fl_s- высота иаодирующего экрана, м.

Рис.З. Зависимость переходного сопротивления "днище-электролит" R₀ от удельного электрического оойро -тивленмя р₃

2.3. Величина минимальной защитной разности потенциалов определяется иэ условия обеспечения заданного срока службы сооружения по формуле

а

где

Здесь

необходимая степень защиты резервуара,

*0

р-(1~

К/Т_м

6₀- допустимое коррозиоввое уменыение толщины диида или нижнего пояса боковое поверхности, мм;

K_s~ скорость внутренней коррозии резервуара, мм/год;

Т_н - планируемый срок службы сооружения, год.

Величина U_M для ориентировочных расчетов может быть определена по табл л.

Таблица 4

Степень защищенно- [Необходимое для засти сооружения (Р),%;шиты смещение потенциала ( и_и), В

j

1

!

Отношение необходимой защитной плот -;ности тока к скорости коррозии (в одинаковых размерно-i стях)

10

0,0026

0,159.

20

0,0056

0,307

30

0,0069

0,497

40

0,0127

0,694

50

0,0178

0,917

60

0,023

1,18

70

0,0302

1.53

80

0,0404

2,04

90

0,058

3,07

95

0,075

4,43

97

0,088

5,76

98

0,0985

7,01

99

0,116

9,99

99,5

0,133

Н,2

99,8

0,1565

22,2

99,9

0,174

31,6

2.4. Средняя высота уровня дренажной воды определяется до формуле

л-—^.

п

9

где h; - высока уровня дренажной воды, измеренная через равные промежутки времени, м;

п - число измерений в течение одного или нескольких технологических циклов.

2.5. Максимальная скорость внутренней коррозии резервуара может быть рассчитана по следующему приближенному выраже -

нив:

2.6.    Удельное электрическое сопротивление р_э определяется по методике, приведенной в приложении I, или по графику (приложение 2).

2.7.    Количество протекторов для запиты резервуара определяется по фориуле

N-    {д+ЧП)шт.,

О

где Q - диаметр резервуара, м;

S - поверхность, завиваемая одним протектором, м^.

Количество протекторов, необходимое ддн защиты резервуара ра, может быть определено по таблице (приложение 3).

2.8.    При кольцевом расположении протекторов поверхность, защищаемая одним протектором, равна

S - Tt*.

Величина S может быть найдена по графикам рис .4.

2.9.    При наличии изоляционного покрытия на днище и боковых стенках резервуара количество протекторов уценивается в

где Яоиз - переходное сопротивление днище-электролит при наличии изоляционного покрытия.

Для ориентировочных расчетов можно принять к = 3.

2.10. Тип протектора рекомендуется выбирать с учетом обвей концентрации солей в дренажной воде: от 0,3 до 1,3% -протектор ПМР-5, от 1,5 до 3,5% - ПМР-10, более 3,5% - ПМР-2М При высоте уровня дренажной воды, равной или меньше 0,15 м, протекторы ПМР-20 применять не рекомендуется.

2.II. Сила тока протектора определяется по формуле

U

Q3L

Р$(^9 ~~ ^а) 2fflZ_a

*поп и . р

~Г~ "У **пр °п

QOSO.06 0Ot w 9.00*0*01002    05    0Л    OS Of 07 0000(0д ^ ^ 10

<j8 t$ /3 10 ¹ S 7 'i's" 5.5    0    fJ    fj 10 49 070*0.5    05

*o*u, e*rr,pao ufi солей, °/o

РисЛ. Зависимость зоны защиты протектора от удельного электрического сопротивления электролита при уровне дренажной воды

hj * 0,15 и; h₂ « 0,25 м; * 0,5 и; h^ = 1,0 м

где

где

Uпп” разность потенциалов протектор-дниие при разомнет нутой цепи. Для магниевых протекторов обычно принимается равной I В;

г_а - радиус протектора, ы;

Rrrp- сопротивление проводника, Ом;

R_non- поляризационное сопротивление протектора, 0м»м^ (табл.5);

Sn - рабочая поверхность протектора, м²;

Кц ~ поправочный коэффициент, зависящий от уровня дре-^у нажной воды (определяется по табл.б).

^пр Snp Рпр

Rnp Рпр с ¹

wnp

длина проводника, м; сечение проводника, мм²;

удельное электрическое сопротивление материала провода, Om»mm^z/m.

Таблица 5

Удельное соп-{Поляризационное|Удельное сопро- ,Поляризацион-ротивление {сопротивление {тмвдение дренаж-;ное сопротмв-дренажной во-{протектора (н_пд)₉ ной воды (/>«), ,*ленме протекли (/>₉),Ом.м} Ом»м2    j    Ом.м    {тора (^_оя),

_ i __!__j ^0м>>^

2

0,94

0,23

0,50

I

0,87

0,15

0,40

0,6

0,77

0,08

0,27

о,4

0,68

0,06

0,20

о.з

0,60

Сила тока магниевых протекторов в зависимости от удельного электрического сопротивления электролита (концентрации солей) и высоты его уровня может быть определена по графикам (рис.5,6,7).

2.12. Продолжительность работы протектора определяется

по формуле

где Т - продолжительность работы протектора, годы; в - масса магниевого протектора, кг.

Таблица 6

Уровень дренажной , воды ( П ), м

]

[

!

j

Поправочный коэффициент (Ку)

! ПМР-5

; ПМР-Ю

ПМР-20

0,05

2,86

5,71

6,68

0,0?

2,22

3,51

4,0

0,10

1,89

2,38

2,56

0,15

1,56

1,925

1,79

0,20

1,29

1,7

1,54

0,25

1,22

1,45

мз

0,30

1,18

1,37

1,335

0,35

I.»

1,35

1,28

0,40

1,125

1,268

1,25

0,50

1,П

1,19

1,205

0,60

1,10

1,138

1,162

0,80

1,076

1,10

I.»

1,0

1,05

1,08

I.H

2.13.    Если не представляется возможны* определить уровень дренажной воды, то в расчетах прмнжмается k - 0,25 м. При

fl > I величина S может быть определена по графикам (росЛ) для /I = I м.

2.14.    Если при расчете срок службы протекторов получается небольшим (менее 3 лет), то рекомендуется увеличивать число протекторов с включением дополнительного сопротивления в цепь протектора (группы протекторов). В этом случае количество протекторов определяется по формуле

где N_u - необходимое количество протекторов для защиты резервуара от внутренней коррозии на период Т_ лет, шт.    ^н

2.15. Включение дополнительного сопротивления в цепь протектора (группы протекторов) уменьшает силу тока и увеличивает срок службы протекторов.

13

2.16. Величина дополнительного сопротивления Rq рассчитывается по нижеприведенным формулам.

У.л

Рис,5. Зависимость силы тока 3 протектора ПИР-5 от удельного электрического сопротивления электролита р₉ при уровне дренажной воды:

tlj = 0,15 м; П_г = 0,25 м; = 0,5 м; k* = 1,0 м

U

Для одного протектора

R_Q * 1,5

-ZjtfЫь-ti + Ял

Ки +R

где

-»/?ОЛ

9 ^,0 Т [ 2JtlZ₃    5    п

R_np - сопротнвленме проводника, Ом.

пр

fie .6. Зависимость силы тока 0 протектора ПМР-Ю от удельного электрического сопротивления электролита р₃ при уровне дренажной воды:

hj ж 0,15 м; /1_г ж 0,25 ы; /2₃ * 0,5 м; fl_ч * 1,0 м

15

Для группы протекторов

r    Jill# [    +

'    пТ [    2%Кг₉

ism и с ^лу V п

+ Я*4 >

hj * 0,15 и; h_z * 0,25 и; = 0,5 ы; = 1,0 м

16

где п - количество протекторов в группе;

R'_m - сопротивление проводника от протектора до магм-^и страли, Ои;

- сопротивление магистрали, Ом.

Дополнительное сопротивление должно быть рассчитано на максимальную силу тока протекторов в данных условиях.

2.17. Дополнительное сопротивление должно быть переменным с плавной регулировкой от нудя до номинального значения.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Определить параметры протекторной защиты резервуара

Исходные данные:

тип резервуара РБС-5000; диаметр резервуара - 22,9 м;

изоляционное покрытие на днище и внутренних стенках резервуара отсутствует;

уровень дренажной воды - 0,25 м; суммарная концентрация солей в воде - в%; уровень дренажной воды изменяется в процессе эксплуатации незначительно;

срок службы резервуара - 50 дет;

наложенная разность потенциалов днище-электролит - ОЛ В; переходное сопротивление днище-электролит - 1,7 0м*м²; допустимое коррозионное уменьиение толщины днища или боковых стенок - 0,5 мм;

радиус изолирующего экрана протектора - 0,25 м; срок службы протекторов должен быть не менее 5 лет.

Расчет

1.    Тип протектора выбирается в соответствии с п.2.10. Защита резервуара должна осуществляться протекторами типа 1ШР-20.

2.    Радиус защитного действия одного протектора определяется по формуле (п.2.2):

17

uS ⁹

где a =

1^36 . 1,54 £ ;

к.* —= 2*1 3 i* ым/год; ⁿl fit 0,1    ’

p « (I--^—) * 100% = a - 2*5).loo = 99,75%;

*« 0,058    »    0,058-2,602    =    0,151    B.

Величина радиуса защитного действия находится из трансцендентного уравнения:

г*    •    0,25-2,Г²*¹*⁵* < ^г -О.»).

0,151    ^#

г * 2,5 и.

3. Количество протекторов для заняты резервуара определяется по формуле (п.2.7):

Величина 5 может быть определена и непосредственно по графику (см. рис .4).

Подставляя исходные данные ( 2) и h ), а также найденную величину S , получим

Округляя в большую сторону до ближайшего целого, получим

N = 26 жт.

4. Сила тока протектора определяется по графикам рис.5, 6, 7, или по формуле (п.2.11):

*= °.⁹-^д- (а +    )    и.,

6

где s * Яг^£ * 3,14*2,5² » 19,6 к².

19,6

(22,9Н*0,25) * 25,2 шт

18

<7/7

U

Рэ(1»-£п)

2Т/ьг_я

f-Kl***

пол

0,30 Ом.*².

Из табл.5 находим, что Из табл.6 Му - 1,43. Возьмем сопротивление проводника

^np^s 0,3 Ом.

На основании известных данных сила тока протектора равна

I

♦    •    1,43    ♦    0,3

0,33

9.j,gL«*>,а_

2*3,14*0,25*0,25 5. Продолжительность работы протектора

_Л г 20

» 0,58 А.

0.1

У П

Заданные срок службы протекторов 3 дет. Поэтому для зажиты резервуара на этот срок необходимое количество протекторов будет

26

*38 иг.

т    3,43

6. Для обеспечения данного срока службы сила тока протектора уменьиается посредством включения дополнительных сопротивлений в цепи протекторов (п.2.16).

В каждую группу, состоямую из шести протекторов, вводится сопротивление, равное:

3

Ши

ПТ

Rпол I/ . р¹ * «У + ^Rnp *>п

где R_M иj>-£- » 0,0175 ^|- = 0,11 Ом; 0,0175    =    0,3    Ом,

0,75

тогда

fig* 1м2£-1    6.3,43

0,>1(С>и2»Д>21— + £ж2- .1,43^0,31 ♦ 2*3,14.0,25*0,25 0,33    J

19