1、 地上石油储罐的阴极保护 API RP 651 第 4 版， 2014 年 9 月 石油工业标准化研究所翻译出版 Cathodic Protection of Aboveground Petroleum Storage Tanks API RECOMMENDED PRACTICE 651 FOURTH EDITION, SEPTEMBER 2014 石油工业标准化研究所翻译出版 API 标准翻译出版委员会 主 任：杨 果 副主任：高圣平 万战翔 付 伟 邢 公 委 员：（按姓氏拼音为序） 陈俊峰 陈效红 崔 毅 杜德林 范亚民 方 伟 郭 东 韩义萍 何保生 李树生 刘雪梅 马开华 秦长毅 单
2、宏祥 孙 娟 王 慧 王进全 王 欣 文志雄 夏咏华 张虎林 张 勇 张 玉 邹连阳 主 编：高圣平 副主编：杜德林 本标准由石油工业标准化研究所组织翻译、出版和发行。 本标准翻译单位：石油工业标准化研究所 本标准校对责任人：丁飞 本标准译文难免有不妥之处，欢迎各位读者批评指正。 API 授权声明 本标准由美国石油学会（ API）授权许可，由石油工业标准化研究所（ PSRI）组织翻译。翻译版本不代替、不取代英文版本，英文版本仍为具备法律效力的版本。API 对翻译工作中出现的错误、偏差、误解均不承担任何责任。在未经 API 书面许可的情况下，不得将翻译版本进行再翻译或复制。 AUTHORIZED
3、 BY API This standard has been translated by Petroleum Standardization Research Institute (PSRI) with the permission of the American Petroleum Institute (API). This translated version shall not replace nor supersede the English language version which remains the official version. API shall not be re
4、sponsible for any errors, discrepancies or misinterpretations arising from this translation. No additional translation or reproduction may be made of the standard without the prior written consent of API. 特别说明 API 出版物只针对一些共性问题。有关特殊问题，宜查阅地方、州和联邦的法律法规。 API 或 API 的任何雇员、分包商、顾问、委员会或其他受托人，均不担保也不承诺（无论明指还是暗
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6、时何地应当使用这些出版物，仍需要用户依据自身的实践经验而做出明智的判断。API 标准的制定和出版，无意以任何方式限制任何人使用任何其他操作惯例。 任何按照 API 标准的会标使用要求标志其设备和材料的制造商，对于其产品符合相关 API 标准，负有全部责任。API 不承诺、担保或保证这些产品实际上确实符合该项 API 标准。 本推荐作法用户不宜完全依赖本文件所包含信息。在利用本文件中所含信息时，用户应当有正确的业务、科学、工程以及安全判断。 版权所有，违者必究。在没有得到出版商的书面批准之前，任何人都不允许在检索系统中复制和 保存本文件中的任何内容或者采用电子、机械、复印、录像或者其他方式传播本
7、文件中的任何内容。 请联系出版商美国石油学会出版业务部，地址：1220 L Street, NW, Washington, DC 20005。 版权 2014美国石油学会 前言 任何 API 出版物中的任何内容，均不得被解释为以任何暗示方式或以其他方式赋予任何人制造、销售或使用专利权所涵盖的任何方法、仪器或产品的权力，也不得被解释为担保任何人不会因侵犯专利权而承担责任。 应： 在标准中使用时，“应”表示符合该规范的最低要求。 宜： 在标准中使用时，“宜”表示推荐或建议，但并不是必须符合该规范。 本文件按照 API 标准化工作程序制定，该程序保证了制定过程的透明度和广泛参与，本文件被认定为 AP
8、I标准。关于本标准内容解释方面的有关问题，或者关于标准制定程序方面的看法和问题，宜以书面形式提交给API 标准部主任，其地址为：1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005 。如需要复制或翻译本标准的全部或部分内容，也请与标准部主任联系。 通常， API 标准最长每隔五年会复审一次，对标准予以修订、确认或撤销。该五年复审周期可以延期一次，但延期最长不超过两年。欲查询某出版物的状态，可联系 API，其电话为：（202 ） 682-8000。 API 每年发布出版物目录，并每季度更新，其地址为：1220 L Street, N.W., Washington
9、, D.C. 20005 。 欢迎用户提出修订建议，此类建议应提交给 API标准和出版部，其地址为： 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005，或发送电子邮件：standardsapi.org 。 目 次 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 2.1 标准、规程、出版物与规范 . 1 2.2 其他参考文件 . 2 3 术语和定义 . 2 4 地上钢制储罐的腐蚀 . 8 4.1 概述 . 8 4.2 腐蚀机制 9 4.3 内部腐蚀 11 5 阴极保护需求的确定 . 11 5.1 概述 . 11 5.2 储罐历史 12 5.3 储罐基础和土壤条件 14
10、 5.4 影响阴极保护的其他因素 17 6 腐蚀控制用阴极保护方法 . 18 6.1 概述 . 19 6.2 牺牲系统 19 6.3 外加电流系统 . 20 7 阴极保护系统的设计 . 22 7.1 概述 . 22 7.2 更换罐底、外部衬里（释放预防屏障）和二级密封对阴极保护系统设计的影响 . 22 7.3 外部阴极保护 . 25 7.4 内部阴极保护 . 30 8 阴极保护标准 31 8.1 概述 . 31 8.2 保护标 准 31 8.3 测量技术 31 8.4 替代性对照电极 . 32 9 阴极保护系统的安装 . 33 9.1 概述 . 33 9.2 牺牲阳极系统 . 33 9.3 外
11、加电流系统 . 34 9.4 腐蚀控制测试站、储罐下方监测方法以及连接 37 10 干扰电流 . 39 10.1 概述 . 39 10.2 干扰电流来源 . 39 10.3 干扰电流的检测 . 39 10.4 干扰电流的控制 . 40 11 阴极保护系统的运行和维护 40 11.1 概述 . 40 11.2 安全 . 40 11.3 阴极保护调查 . 41 11.4 阴极保护记录 . 42 图 1 电化学腐蚀电池 . 8 图 2 由储罐基础中石块或粘土造成的氧浓差电池 9 图 3 未经保护的储罐罐底的杂散电流腐蚀示例 10 图 4 电化学腐蚀 . 11 图 5 采用牺牲阳极的阴极保护 . 20
12、 图 6 外加电流阴极保护 21 图 7 地上储罐下方的不透水外部衬里 23 图 8 旧罐底顶上的新钢制罐底 . 24 图 9 馈电试验布局图 . 29 图 10 电势测量示意图 . 32 图 11 典型的牺牲阳极安装 3 3 图 12 典型浅阳极床安装 35 图 13 常见深阳极床 . 36 图 14 永久性安装的对照电极和测试站 38 图 15 对照电极安装的穿孔管 . 38 表 1 常用电阻率分类 . 14 表 2 部分电势序 . 19 表 3 常用对照电极 . 32 表 4 永久性对照电极 . 37 引 言 建造地上存储设施、更换现有地上储罐和相关管道系统，或对现有地上储罐和相关管道系
13、统进行阴极保护的人员宜参考相关地方、国家以及联邦消防、安全和环境法规以及下列出版物最新版本： API Std 650； API RP 652； API Std 653； API Spec 12B； API Spec 12D； API Spec 12F； API Std 2610； NACE RP0193； NACE RP0285； NFPA 30； NFPA 70；且， PEI RP200。 在采用本推荐作法中建议的任何措施之前，相关政府主管机构宜参考适用于该安装区域的相关法规。 1 地上石油储罐的阴极保护 1 范围 1.1 本推荐作法（RP ）旨在通过阴极保护的利用，提供地上储罐罐底实现有效
14、的腐蚀控制的程序和作法。本推荐作法包含现有和新建地上储罐的阴极保护应用规定。然而，本推荐作法不含基于环境化学控制的腐蚀控制方法或保护涂层利用等方面的详细信息。 1.2 当地上储罐应用中采用阴极保护时，本推荐作法旨在提供与碳氢化合物应用中地上金属储罐相关的信息和指导。本推荐作法中推荐的若干作法还适用于其他应用中的储罐。本推荐作法只能用于指导从事阴极保护的人员。其中未提供特定的阴极保护设计。只有熟练掌握地上石油储罐阴极保护作法的人员方可进行阴极保护设计。 1.3 鉴于储罐罐底安装条件多样性影响了阴极保护作法的标准化，本推荐作法未分别指定各种情形下的作法。 2 规范性引用文件 2.1 标准、规程、出
15、版物与规范 下列参考文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件, 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本（包括任何修改单）适用于本文件。 API Spec 12B， 用于存储采出液的栓接储罐 ； API Spec 12D， 用于储存采出液的现场焊接储油罐 ； API Spec 12F， 用于存储采出液的工厂焊接储罐 ； API RP 500， 石油设施电气装置场所分类推荐作法 ； API RP 575， 常压和低压储罐检验的推荐作法 ； API Std 620， 大型焊接低压储罐的设计和建造 ； API Std 650， 钢制焊接石油储罐 ； API R
16、P 652， 地上石油储罐罐底衬里 ； API Std 653， 储罐检验、修理、改建和翻建 ； API RP 1615， 地下石油储存系统的安装 ； API RP 1621， 零售场所散装流体的储存控制 ； API RP 1632， 地下石油储罐和管道系统的阴极保护 ； API RP 2003， 防止静电、闪电和杂散电流引燃的措施 ； ASTM C1441， 砌筑砂浆骨料标准规范 ； ASTM C778， 标准砂规格 ； ASTM D512， 水中氯离子含量的试验方法 ； ASTM D516， 水中硫酸根离子含量的试验方法 ； ASTM D1557， 用修正作用力 56000 ft-Ibf/
17、ft3（ 2700 KN-m/m3）测量土壤实验室压实性能的测试方法 ； 1美国材料与试验协会，地址：100 Barr Harbor Drive，West Conshohocken ，Pennsylvania 19428 ， www.astm.org。 2 API RP 651 ASTM G51， 测量腐蚀试验用土壤 pH 值的测试方法 ； ASTM G57， 用温纳四电极法现场测量土壤电阻率的试验方法 ； EPA 0376.12， 硫化物滴定法测定碘的试验方法 ； NACE3， 皮博迪管道腐蚀控制， ISBN 1-57590-114-5； NACE TM0497， 埋地或水下金属管道系统阴极
18、保护准则的测量技术 ； NACE SP0177-2007， 减轻交流电和雷电对金属结构和腐蚀控制系统影响的标准措施 ； NACE RP0193-2001， 地上金属储罐底部的外部阴极保护 ； NACE SP0285-2011， 应用阴极保护控制地下储罐系统的腐蚀 ； NACE SP0388-2007， 碳钢储水罐浸水内表面强制电流阴极保护的推荐作法 ； NACE SP0572-2007， 外加电流深井阳极床的设计、安装、操作与维护 ； NACE SP0575-2007， 原油处理容器内部阴极保护系统 ； NACE TPC 11， 地下腐蚀控制协调委员会的组织指导 ； NFPA 304， 易燃和
19、可燃流体规范 NFPA 70， 国家电气规范 PEI RP1005， 地下液体储罐系统安装推荐作法 2.2 其他参考文件 尽管本推荐作法中没有引用以下出版物，但是该出版物提供了与石油行业地上储罐阴极保护相关的信息。 API Std 2610， 转运油库和储罐设施的设计、建造、运行、维护与检验 ； UL 1426， 易燃和可燃液体地上钢制储罐标准 。 3 术语和定义 本章中所含定义为腐蚀控制从业人员的习惯用语。在许多情况下，为了达到简洁和实用的目的，严格的科学定义会采用简写或重新释义。在本文件中，下列定义适用。 3.1 地上储罐 aboveground storage tank 通常指地面上静止
20、且均匀地支撑的圆柱形容器。该容器由金属顶、罐板、罐底以及支撑结构组成。其总体积中有 90 %以上位于地上。 3.2 阳极 anode 发生氧化（腐蚀）的电化电池的电极。反义词： 阴极。 2美国国家环境保护局，地址：1200 Pennsylvania Avenue ，N.W. ， Washington，D.C. 20460， www.epa.gov。 3美国腐蚀工程师学会，地址：1440 South Creek Drive，Houston， Texas， 77084-4906， www.nace.org。 4美国消防协会，地址：1 Batterymarch Park ， Quincy，Massa
21、chusetts 02169-7471 ， www.nfpa.org。 5石油设备协会，地址：P.O. Box 2380, Tulsa, Oklahoma 74101-2380. www.pei.org。 6美国保险商实验室，地址：333 Pfingsten Road ， Northbrook，Illinois ，60062 ， 。 地上石油储罐的阴极保护 3 3.3 阳极床 anode bed 由安装在地面以下的一个或多个阳极组成，用于进行阴极保护。 3.4 回填 backfill 阴极保护系统中用于填充阳极、通气管以及嵌入件周围空间的商业化均匀导电材料。可以采用回填材料提前包装阳极，以便安
22、装。 3.5 破坏管道/ 储罐 breakout piping/tanks 危险液体管道系统中用于缓解飙升的管道 /储罐、或接收并储存管道传输的危险液体以便重新注入和管道持续运输的管道 /储罐。 3.6 阴极 cathode 发生还原反应的电化电池的电极。反义词：阴极。 3.7 阴极保护 cathodic protection 将全部表面变成电化电池的阴极从而减少金属表面腐蚀的技术。 3.8 罐棱 chime（or chine ） 储罐罐底钢板在水平方向上延伸出罐板外部垂直面的部分（即：罐底形成的外缘；其中罐底钢板突出并沿着储罐周长焊接至罐板底部），亦称罐底延长部。 3.9 碎焦炭 coke
23、breeze 商业化碳质回填材料。 3.10 浓差腐蚀电池 concentration corrosion cell 因裂缝与沉积物导致的金属离子或氧浓度差异或储罐底部氧浓度差异而产生的局部腐蚀。 （NACE 定义：电化电池。因电解质若干组分的浓度差异而产生电动势。【该差异导致了离散阴极和阳极区域的形成。】） 3.11 连续性结合 continuity bond 提供电气连续性的金属连接。 4 API RP 651 3.12 腐蚀 corrosion 材料与环境反应而导致的退化，尤其指金属。 3.13 电流密度 current density 流经金属表面的单位面积电流。 3.14 馈电试验
24、current requirement test 利用从临时阳极床到被保护结构上的直流电流确定保护结构所需电流的试验。 3.15 深阳极床 deep anode bed 由安装在地面以下标称深度 15 m（50 ft ）或更深处某个钻孔中的一个或多个阳极组成，用于进行阴极保护。 3.16 差异充气电池 differential aeration cell 因罐底某一部分与同种材料制成的罐底另一部分之间的空气（氧气）浓度差异而产生电动势的电化电池。 3.17 电气隔离 electrical isolation 与其他金属结构电隔离的状态。 3.18 电化电池 electrochemical ce
25、ll 由浸没在电解质中的阳极和阴极组成的电化学系统，可以产生电路。阳极和阴极可以是单独的金属块或同一金属块上的不同区域。该电池含外部电路，使电子从阳极流向阴极。 3.19 电极电势 electrode potential 根据标准对照电极测量的电极电势。电极电势不含因电流通过金属电阻或电解路径导致的任何电压测量误差。 3.20 电解质 electrolyte 包含能够在电场中移动的离子的化学物质。在本推荐作法中，电解质指地上石油储罐附近或与其底部接触的土壤或水，包括其中所含的污染物和化学品。 3.21 环境开裂 environmental cracking 地上石油储罐的阴极保护 5 在延性材
26、料的脆性破坏中，环境的腐蚀作用是诱因。 3.22 外电路 external circuit 由电线、金属连接器、测量仪器以及电源等组成，用于产生和测量电化电池中的电气情况。电子将通过该部分电池。 3.23 外部衬里 external liner 地上储罐下部、储罐防护堤内部或之上安装的绝缘膜等系统或装置，用于控制任何意外逸出产品。 3.24 外部结构 foreign structure 在阴极保护中视为系统以外部分的任何金属结构。 3.25 牺牲阳极 galvanic anode 在电解质中电气连接时，因其在电势序中的相对位置，而向更加珍贵的另一种金属提供牺牲保护的金属。上述阳极是牺牲保护或牺
27、牲阴极保护中的电流来源。 3.26 牺牲阴极保护 galvanic cathodic protection 通过与阳极性更强的金属进行电气连接进行的电解质中金属的腐蚀还原或抑制。 3.27 电势序 galvanic series 按照给定环境下的相对势而排列的一系列金属和合金。 3.28 漏涂点 holiday 保护性涂层中基体裸露在环境下的不连续之处。 3.29 外加电流 impressed current 由利用电极系统以外电源的装置提供的电流（例如：阴极保护整流器的直流输出）。 3.30 干扰结合 interference bond 旨在控制金属结构释放的杂散电流而设计的金属连接。 3.
28、31 6 API RP 651 IR 压降 IR drop 按照欧姆定律 E = I R，电阻上产生的因电流引起的电压。在本推荐作法中，最重要的 IR 压降是从阳极到结构之间流经电阻电解质的电流产生的结构到土壤电势部分。 3.32 隔离 isolation 见 电气隔离。 3.33 隔膜 membrane 用于控制和/ 或分开两种不同环境的、稀薄的连续性绝缘合成材料。 3.34 氧化 oxidation 因化学反应而损失的电子。 3.35 极化 polarization 因电极/ 电解质界面流经的电流产生的、电极的开路电势变化。 3.36 整流器 rectifier 将交流电转化为直流电的装置
29、。当用于阴极保护时，整流器通常由降压交流变压器、硅或砷堆（整流元件）、仪表以及其他配件组成。 3.37 还原 reduction 因化学反应而获得的电子。 3.38 对照电极 reference electrode 在类似测量条件下开路电势为常数的电极。 3.39 释放预防屏障（RPB ） release prevention barrier （RPB ） 由钢制罐底（用于双罐底或二次密封系统）、合成材料、粘土衬里以及地上储罐底部或之下安放的屏障或屏障组合组成，具有以下功能：（a ）防止存储产品的溢出；且（b ）限制或引导释放材料以便进行泄漏检查。 3.40 电阻器 resistor 电路内用
30、于控制电流的装置。 地上石油储罐的阴极保护 7 3.41 二级密封 secondary containment 用于控制储存产品意外溢出以便使其从环境中合理地回收或清除的装置或系统。 3.42 浅阳极床 shallow anode bed 一组分别安装且等距布置的阴极保护阳极，通常埋藏在地下 20 ft（6 m ）以内。 3.43 分流器 shunt 已知电阻导体。通过导体电压测量和欧姆定律计算，可以确定电流。 3.44 杂散电流 stray current 流经预定电路以外其他路径的电流。 3.45 杂散电流腐蚀 stray current corrosion 因流经预定电路以外其他路径的直
31、流电流造成的腐蚀。 3.46 应力腐蚀开裂 stress corrosion cracking 因腐蚀和拉伸应力的共同作用造成的金属开裂。在开裂时，拉伸应力远远小于材料的抗张强度或屈服强度。 3.47 结构到电解质电压（或结构到土壤电势或管道到土壤电势） structure-to-electrolyte voltage（ also structure-to-soil potential or pipe-to-soil potential） 金属结构与电解质之间的电压差异，用与电解质接触的对照电极测得。 3.48 结构到结构电压（或结构到结构势差） structure-to-structure
32、voltage （ also structure-to structure potential difference） 常见电解质中金属结构之间的电压差异。 3.49 储罐基础 tank pad 与地上储罐外部钢制罐底紧邻的材料。 3.50 测试引线 test lead 与结构连接并在测试站端接的导电电线或电缆，一般用于结构到电解质电势测量和其他测量。 8 API RP 651 3.51 测试站 test station 作为一条或多条测试引线端接点的小型围护结构或外壳。 3.52 电压 voltage 电动势或用伏特表示的电极电势差异。亦称电势。 3.53 水垫 water bottom 因
33、溶解度和比重差异造成的水和产品分离而在储罐罐底形成的水层。 4 地上钢制储罐的腐蚀 4.1 概述 4.1.1 腐蚀可以定义为金属与其所在环境发生反应造成的退化。钢结构腐蚀属于电化过程。在腐蚀过程中，金属表面一定存在着不同的电势区。上述电势区必须与电解质进行电气性连接和接触。 腐蚀电池必须包含四个部件：阳极、阴极、连接阳极与阴极的金属路径以及电解质（见图 1）。腐蚀电池中各个部件的作用如下所示： a） 在阳极处，基底金属通过释放电子和形成正金属离子进入溶液（腐蚀）。对钢材而言，阳极反应如下所示： Fe Fe+2 + 2-e b） 在阴极处，阳极处释放的电子将导致化学反应。阴极不会发生腐蚀。常见的
34、阴极反应如下所示： O2 + 2H2O + 4e- 4-OH c） 金属路径使阳极释放的电子可以移动到阴极。 d） 电解质包含离子，通过离子运动使电流从阳极流到阴极。电解质包含带正电荷的离子（正离子）和带负电荷的离子（负离子）。正负离子分别被吸引至阴极和阳极。湿润的土壤是储罐罐底外表面最常见的电解质。而水和淤泥则是其内表面常见的电解质。 图 1 电化学腐蚀电池 钢材阳极 阴极 电流 电解质 地上石油储罐的阴极保护 9 4.1.2 腐蚀形式多种多样。然而，与储罐罐底相关的两种最常见的腐蚀方式是普遍腐蚀和局部（点状）腐蚀。当发生普遍腐蚀时，金属表面某一区域形成成千上万个腐蚀电池，进而造成相对均匀的
35、金属损失。当发生局部（点状）腐蚀时，单个腐蚀电池略大，而且还会发现明显的阳极和阴极区域。在这种情况下，金属损失集中在较小范围之内，表面大部分区域不受腐蚀影响。 4.1.3 金属组分是确定金属表面区域变成阳极或阴极的主要因素。相邻区域的电化学电势差异会造成金属结构中合金元素或污染物的不均匀分布。焊接金属、高热影响区以及母材之间的差异也可能引起腐蚀。 4.1.4 电解质的理化性质也会影响到金属表面阴极和阳极区域的位置。例如，金属表面区域氧浓度不同可能会造成电势差异。氧浓度较低的区域将变成阳极；氧浓度较高的区域将变成阴极。当钢制储罐罐底位于均匀的砂质基础上和/ 或被粘土或其他碎片或不均匀的底土污染时
36、，上述现象会造成钢制储罐罐底腐蚀（见图 2 ）。 图 2 由储罐基础中石块或粘土造成的氧浓差电池 4.1.5 土壤特性会对与土壤接触的结构的腐蚀类型和速度产生实质性影响。例如，溶解盐将影响土壤电解质的载流容量，有助于确定阳极区域和阴极区域的反应速率。含水量、 pH 值、氧浓度以及其他因素将以复杂的方式共同影响腐蚀。 4.2 腐蚀机制 4.2.1 杂散电流腐蚀 杂散电流（亦称干扰电流）经过土壤电解质到达预期目的以外的结构。通常情况下，受影响结构收集来自电解质的干扰电流；上述电流的来源并没有与受影响结构电气连接。如图 3 所示，杂散电流可能会进入未经保护的储罐罐底，经过金属的低阻力路径，到达更接近
37、保护结构（管道）的储罐区域。此时，电流在 B 点释放回电解质，造成金属损失。最常见且影响最大的杂散电流可能是直流电。上述电流由电气铁路、地铁、焊机、外加电流阴极保护系统以及热电发电机等接地直流电力系统产生。 干扰电流产生的腐蚀的严重程度（金属损失）取决于下列若干因素： 沙 钢制储罐 罐底 阴极 区域阳极区域当石块或粘土与钢材接触时发生腐蚀10 API RP 651 a） 干扰和受影响结构的距离和线路以及干扰电源的位置； b） 电流的大小和密度； c） 受影响结构上涂层的质量或有无涂层； d） 高电阻机械接头是否存在及其位置； e） 温度。 图 3 未经保护的储罐罐底的杂散电流腐蚀示例 合理的杂
38、散电流规避设计、杂散电流腐蚀检测以及控制，详见第 7 章和第 10 章。 4.2.2 电化学腐蚀 两种不同组分（因此，电解电势不同）的金属在电解质（通常指土壤）中连接时会产生电化学腐蚀。电流会从最活跃的金属（阳极）流动至较不活跃的金属（阴极），并加速攻击阳极金属。例如，当铜止回阀连接至碳钢管道或不锈钢管道、铜管或铜接地棒连接至碳钢储罐时，会产生电化学腐蚀。在管道/ 铜储罐实例中，不锈钢管道、铜管或铜接地棒是阴极；钢制储罐是阳极。鉴于电流将通过电阻最低的路径，紧邻不锈钢或铜管的储罐区域的腐蚀情况最严重，如图 4 所示。问题的严重程度取决于若干因素。最重要的因素如下所示： a） 阴极与阳极的相对表
39、面积； b） 根据材料在电势序中的相对位置确定的两种材料之间的相对势差；且 c） 温度。 如果与阴极表面积相比，阳极面积较小，且两种金属在电势序之间的距离较远时，腐蚀可能更加严重。 再举一个电化学腐蚀实例。在双罐底应用中，用不锈钢压条密封/ 支持释放预防屏障。在该实例中，相对于不锈钢压条而言，储罐罐底是阳极。 在A 点收集的电流 在B 点（腐蚀发生处） 释放的电流 未经保护 的储罐 保护线 整流器 阳极床 地上石油储罐的阴极保护 11 图 4 电化学腐蚀 4.3 内部腐蚀 根据之前的经验，储罐罐底内表面可能发生腐蚀。腐蚀的程度或性质取决于与钢制罐底接触的流体的组分因素。 影响腐蚀程度的主要因素
40、包括： a） 导电性（溶解性固体的功能）； b） 悬浮颗粒物； c） pH 值； d） CO2、 H2S 或 O2等溶解气体； e） 硫酸盐还原菌； f） 温度。 下列三种主要腐蚀形式应当予以考虑：普遍腐蚀、局部（点状腐蚀）以及储罐中出现较少的环境龟裂。内部腐蚀机制，详见 API 652。 5 阴极保护需求的确定 5.1 概述 所有地上储罐的阴极保护需求均应予以确定。本章讨论了确定钢制地上储罐罐底是否需要阴极保护时应当考虑的参数。如果认为可能发生腐蚀，则宜采取适当的腐蚀控制措施，以确保金属的完整性，进而保证储罐使用寿命期间的安全与经济运行。仅仅设施位置或检漏系统的存在与否不宜用于确定阴极保护需
41、求。阴极保护需求决策宜根据按照 API 653 获取的检查数据、腐蚀调查、运行记录、类似环境中类似储罐系统的测试结果、国家、州以及地方规程要求和本文件中提供的建议为依据。 不锈钢或铜管 铜接地棒 储罐罐底 储罐罐底发生腐蚀 电流12 API RP 651 考虑到储罐基础类型和条件的多样性及其在有无阴极保护时避免腐蚀的可变性，本标准中的作法宜与 API 653 中的检验和维修作法（包括测量储罐基础的电气和化学属性），以确定储罐罐底的外部腐蚀得以充分控制而且能够继续得以控制。 5.1.1 新建地上储罐 在初步设计中，宜纳入新建地上储罐的阴极保护腐蚀控制，除非详细研究表明无需上述腐蚀控制。如果采用阴
42、极保护，在储罐的使用寿命期间宜保持阴极保护。 5.1.2 现有地上储罐 宜按照 API Std 653 进行评估，确定安装阴极保护的需求。当研究表明腐蚀将影响到储罐的安全或经济运行时，宜安装适当的腐蚀控制措施。腐蚀控制措施可以包括阴极保护和衬里（见 API 652）。 5.1.3 内部阴极保护 通常情况下，纯烃类流体无腐蚀性，无需对内表面进行腐蚀控制。然而，根据经验，当内表面与水、沉淀物或其他污染物接触时，地上储罐会发生内部腐蚀。一般来说，涂层可以用于减少或消除内表面的腐蚀。对于石油储罐而言，内部腐蚀保护和涂层可以一起使用，以便有效地避免涂层漏涂点处的腐蚀。关于内部阴极保护的更详细信息，见 N
43、ACE SP0575 与 SP0388。 5.1.4 外部阴极保护的限制 当阳极和阴极（储罐罐底）有电流通过时，阴极保护才是有效的腐蚀控制方式。许多因素会削弱或阻止电流的流动，进而在某些情况下限制阴极保护的有效性或在某些情况下影响其利用情况。上述因素包括： a） 储罐基础，例如混凝土； b） 储罐罐底和阳极之间的绝缘外部衬里（除非阳极安装在衬里与储罐罐底之间）； c） 高电阻率土壤或粗/ 大石块骨料基础； d） 当安装新罐底时仍然保留了原来遗留的地上储罐的罐底。 关于上述因素和其他相关因素的讨论，详见 5.3 和 5.4。人们宜认识到外部阴极保护对内部腐蚀无影响。 5.2 储罐历史 5.2.1
44、 概述 在确定阴极保护需求之前，建议完整地评估储罐历史。如果评估表明外部腐蚀是已知或潜在问题，则宜采用阴极保护或其他腐蚀控制措施。如果内部腐蚀属于已知问题，宜考虑采用衬里（见 API 652）。在某些情况下，可以同时使用内部阴极保护和衬里。下列项目宜予以调查并确定。 地上石油储罐的阴极保护 13 5.2.2 储罐设计 /建造历史 在评估储罐设计/ 建造历史时，宜调查并确定下列项目： a） 环墙基础和储罐基础设计； b） 现场平面图，包括罐区布置图； c） 建造日期； d） 土壤的电气和化学属性； e） 地下水位； f） 涂层或衬里的存在情况和类型； g） 之前的维修情况； h） 土壤条件变化情
45、况； i） 导电和绝缘释放预防障碍； j） 次罐底； k） 相邻结构的现有阴极保护； l） 维修历史； m） 预期寿命； n） 整流器和阳极床的位置； o） 储罐罐底设计、上锥形、下锥形、“ w”型或平罐底。 5.2.3 应用类型 在评估应用类型时，宜调查并确定下列项目： a） 储存产品的类型； b） 产品温度； c） 水垫的存 在情况与深度； d） 填充与排放频率。 5.2.4 检查 /腐蚀历史 在评估检查/ 腐蚀历史时，宜调查并确定下列项目： a） 按照 API 653 进行的储罐检查； b） 腐蚀速率记录； c） 相邻储罐的腐蚀问题； d） 类似构造储罐的腐蚀问题； e） 杂散电流问题；
46、 f） 之前腐蚀保护系统的设计与性能； g） 结构到土壤电势调查； h） 在内部检查期间进行的储罐罐底化学和电气测试。 14 API RP 651 5.2.5 其他因素 在评估其他因素时，宜调查并确定下列项目： a） 外部埋藏的金属结构； b） 外部阴极保护系统。 5.3 储罐基础和土壤条件 5.3.1 概述 5.3.1.1 考虑到多种多样的表面、地下和气候条件，地上储罐建造了各种类型的基础。储罐下部基础的材料会对储罐罐底的外部腐蚀产生显著的影响，进而影响外部阴极保护的有效性和适用性。确保基础材料中无石块、粘土块、焊条、纸、塑料以及木材等杂质十分重要。基础材料颗粒宜细小且均匀。 储罐宜建造在高
47、架护道上，以便确保从储罐罐底充分引流。微细颗粒的利用可形成紧密的基础，有助于降低氧气充排时从储罐周边流出和流入的氧气。如果采用较大微粒，在大颗粒或碎片与钢制储罐罐底接触的地方，可能造成氧差腐蚀。在这种情况下，阴极保护电流将被屏蔽，无法在消除腐蚀时发挥作用。 目前，存在多种多样的基础材料。事实上，部分基础材料可能影响到阴极保护的有利作用。与此相反，在某些情况下，如果能够合理地选择和安装，部分基础材料有利于减少腐蚀，进而可能减少阴极保护的利用，详见本节以下内容。 5.3.1.2 土壤电阻率可以提供与储罐下部和周围材料电阻率相关的信息。常见电阻率分类，见表 1 。在测量土壤电阻率时可以采用多种方法。
48、常用方法描述，见 ASTM G57。值得注意的是，不宜仅仅采用土壤电阻率这一个因素来确定土壤的腐蚀性。 表 1 常用电阻率分类 电阻率范围（ohm-cm ） 潜在腐蚀性 10,000 渐进式低腐蚀性 5.3.1.3 基础材料的电阻率可能高于现有周围土体的电阻率。在电阻率较高的基础材料下方的腐蚀性土壤可能因毛细管作用而污染基础填料，在确定砂质基础厚度时宜予以考虑。因此，周围土体的电阻率可以有助于确定储罐罐底的腐蚀可能性。土壤电阻率调查结果宜用于确定阴极保护需求。然而，还宜考虑土壤的其他属性【见5.3.2.1g）、 h）、i）与 j）】。 地上石油储罐的阴极保护 15 5.3.1.4 在沿海地区，储罐表面的盐分会被雨水冲刷至储罐两侧，进而可能流入储罐并污染储罐基础。如果大气中有喷洒的肥料或工业作业形成的化学制品，上述情况也有可能发生。在灯芯效应的作用下，氯化物等污染物可以从地下水中提取，也可能污染储罐基础。在上述情况下，通常需要利用阴极保护来避免腐蚀。 5.3.1.5 如果储罐罐底发生泄漏，泄漏材料也可能影响外侧的腐蚀情况。如果储罐漏水，储罐下方环境的腐蚀性可能增加。如果产品从储罐中泄漏，则可能形成之前不存在的腐蚀电池或对阴极保护的有效性产生负面影响。在泄漏时，可能冲刷走部分基础材料，而且在某些区域储罐罐底无法与地面接触。在这
