一、概述

钢制储罐是石油、石化行业油品输送、储存及安全运营必不可少的设施，油田油水分离器是将油井产出的地下原油中的天然气、原油、水混合物分离成气（上部）、原油（中部）、水（下部，占分离器一半的液位）的重要设备。分离器内部结构复杂，由于油田采油开发后期油井平均含水率在85%左右，故分离器内部一半以上的部位处在分离出的污水介质中。

油田采出水特性采油污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体和溶解盐类等较为复杂的多相体系，细小杂质大概可分为5大类：悬浮固体、胶体、分散油、乳化油及一些溶解物质。其中悬浮固体(颗粒直径1—100μm)主要包括：泥砂、各种腐蚀产物及垢、硫酸盐还原菌、腐生菌和重质油类等；胶体(1×10-3—1．0μm)主要由泥砂、腐蚀结垢产物和细菌有机物构成。采出水中一般含有1—5g/L的原油，其中90％左右为分散油(10—100μm)和浮上油(大于100μm)，约有10％乳化油(1×10—10μm)。溶解物质主要包括溶解盐类(1×10-3μm以下，如Ca2+、Mg2+、Cl-)和溶解气体(3×10-4—5×10μm如溶解氧、硫化氢)。由于各油田地质条件、原油特性、集输及分离条件等的差异，各地油田采出水的水质不尽相同，但有共性，一般具有以下特点：成分复杂、矿化度高、水温较高、具有放射性。

油田采出水对于分离器内壁下部的腐蚀主要表现为电化学腐蚀。一是由于油品储存、输转期间所携带的水分及由气相水蒸气的凝结水下沉的水分都沉积在罐底部。这部分含油污水的矿化度很高，含Cl- 高或含有大量的硫酸盐还原菌，当溶有H2S、CO2等有害物质时，使得罐底部的腐蚀性更强。二是分离器内的温度较高，以及其他部件与罐体焊接时形成的电偶因素都将加剧他的腐蚀。三是罐壁下部油、水界面上浓差所造成的腐蚀。

二、防腐必要性及采用涂料与阴极保护联合防护的科学性

由于分离器是原油处理“四脱一注”过程中不可或缺的设备，所以为了延长分离器的使用寿命，降低运行成本以及减少运行过程中的跑冒滴漏现象和安全风险，非常有必要对其采取有效的防腐措施。

对钢结构防腐常用的方法就是涂料防腐，涂料防腐是用涂层将金属与介质隔开，起到保护金属的作用。但由于涂层本身有微孔，老化后又易出现龟裂、剥离等现象，再若施工质量不良，产生针孔，这样裸露的金属形成小阳极，涂层部分成为大阴极而产生局部腐蚀电池，进而漆膜破坏得更快。因此，采用单独的涂料保护，得不到满意的效果。若采用涂料与阴极保护联合防护，则裸露的金属获得了集中的电流保护，弥补了涂层的缺陷，是埋地或导电介质中的钢结构 为经济有效地办法。

阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。美国腐蚀工业协会（NACE）对阴极保护的定义是：通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。

采用阴极保护技术延缓钢铁构筑物的腐蚀主要有两种方法：牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。牺牲阳极阴极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属或合金，如铝、锌或镁等。阳极材料不断消耗，释放出的电流供给被保护金属构筑物而阴极极化，从而实现保护。外加电流阴极保护是通过外加直流电流向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化。

阴极保护是一种控制钢制储罐和管道腐蚀的有效办法，它有效弥补了涂层缺陷而引起的腐蚀，能大大延长储罐和管道的使用寿命。根据美国一家阴极保护工程公司提供的资料，从经济上考虑，阴极保护与涂层防腐相结合的保护方法是钢制储罐防腐蚀的 经济的手段之一。自1824年阴极保护技术发现以来，阴极保护技术已广泛应用于石油石化等各行各业各个领域的钢铁构筑物的腐蚀保护。
 

三、阴极保护技术简介

1、牺牲阳极阴极保护
对罐内的牺牲阳极，一般选用铝合金牺牲阳极，但牺牲阳极消耗快，保护年限较短，一般不到半年即消耗完。尤其是分离器内壁温度较高，内壁沉积水的成分复杂，水质有可能呈酸性或碱性，而铝是两性金属，不但能溶于酸，还能溶于碱，所以不管水质是酸性还是碱性都有可能加速铝阳极的消耗。另一方面，牺牲阳极保护不存在死角。
 

2、外加电流阴极保护

（1）辅助阳极
水中外加电流阴极保护系统的阳极可以选用铂金阳极或混合金属氧化物阳极，在分离器内壁，铂金阳极的性能比混合金属氧化物阳极的性能要优异，但铂金阳极比较昂贵，造价较高，所以一般选用混合金属氧化物阳极。阳极数量根据内壁保护面积的大小和腔室的个数来选定。

（2）参比电极
参比电极一般选用高纯锌参比电极，但因分离器内温度和工矿条件波动不定，所以用参比电极控制获得一个比较恒定的电流参数后，后期系统采用恒电流控制方式。

（3）恒电位仪
每个系统（一台分离器为一个系统）由一台恒电位仪（或整流器）供电，恒电位仪可采用恒电位或恒电流的控制方式对分离器供电，所需电流根据参比电极的保护电位来确定。
 

3、外加电流阴极保护系统的优点

外加电流法能提供所需的足够的保护电流，使分离器内壁的各种材料整体达到保护电位，提供足够的保护，消除了电偶腐蚀。外加电流阴极保护系统的设计寿命可以达到10年左右。因为分离器内的水位可能变化而且温度也可能变化，而不同水位和不同温度时所需的电流是不同的，而外加电流阴极保护系统的特点就是可以跟踪被保护体的保护电位，自动的调节输入、输出电流，使水室始终处于 佳的保护范围内。
牺牲阳极法的一次性投资较少，但约每1-3年需要更换一次，与外加电流比较，10年内，材料加人工，投资也不少。若水中含有泥沙等杂质淤积在下部，会影响阳极的正常工作。另外，防腐效果只能在维修时检查，保护不足只能听之任之。

外加电流法的一次性投资较大，但可在10年时间内无需大的投入，连续可靠、安全运行，维修投入少。还可以随时检测电位，判断防腐效果。当环境介质变化，恒电位仪则自动调节，确保保护电位稳定。所以对分离器内壁， 佳的保护方法是外加电流阴极保护。
 

4、混合金属氧化物阳极介绍
混合金属氧化物阳极是在钛基体上被覆一层具有电催化活性的混合金属氧化物而构成， 早应用于氯碱工业，后推广应用于其他工业，包括阴极保护领域。由于采用钛为基体，因而易于加工成各种所需的形状，并且重量轻，这为搬运和安装带来了方便。

混合金属氧化物阳极还具有极优异的物理、化学和电化学性能。其涂层的电阻率为10-7 Ω·m，极耐酸性环境的作用，极化小并且消耗率极低。通过调整氧化物层的成分，可以使其适用于不同的环境，如海水、淡水、土壤中。

混合金属氧化物阳极在地床中于50A/m2 工作电流密度下使用寿命可达40年，其消耗速率约2mg/A.a，若其表面有轻微损坏，在其基材表面就会生成一种惰性的不导电的氧化物，这样阳极的整体性能不会减弱。由于混合金属氧化物阳极具有其他阳极所不具备的优点，他已成为目前 理想和 有前途的辅助阳极材料。

5、阴极保护方案
采用混合金属氧化物管状阳极外加电流阴极保护。每台分离器内安装3支Ø25*700mm的阳极，每支阳极额定输出电流5A，每一腔内安装1-2支，阳极采用支架安装，支架高度大于300， 好采用分离器内原有的固定点，但要保证阳极与分离器体绝缘。参比电极采用与混合金属氧化物阳极同样的方式安装在罐壁上。
每个系统（一台分离器为一个系统）由一台恒电位仪供电，恒电位仪采用恒电流控制方式对分离器供电，所需电流根据参比电极的保护电位来确定。

四、经济效益和社会效益

随着油田开发时间的延长，原油含水率不断上升。目前国内各油田均进入了高含水开采期，原油综合含水率一般都在80％以上，为保证原油合格(含水率<0．5％)外输，必须脱水，也就意味着每生产1吨原油就有近4吨采出水。胜利油田原油综合含水率已达90％以上，日产废水7119万。由于分离器是原油处理“四脱一注”过程中不可或缺的设备，因而油水分离器能否正常运行，是油田稳产增产的重要因素。

采用阴极保护后，可以有效减少分离器被腐蚀穿孔泄漏的机会，减少污染，减少大修次数，延长分离器的使用寿命，具有明显的经济效益和社会效益。