一种储罐外底板阴极保护电源系统

摘要

本发明涉及一种储罐外底板阴极保护电源系统，包括：交流电输入模块、变压器模块以及整流器模块；交流电输入模块的输入端与电网连接，交流电输入模块的输出端与变压器模块连接，变压器模块与整流器模块连接；交流电输入模块用于输入交流电压；变压器模块为多级式变压器，包括初级线圈、磁芯、次级线圈以及电压调节接头；初级线圈与流电输入模块的输出端连接；次级线圈与电压调节接头的输入端接触；电压调节接头的输出端与整流器模块连接；变压器模块通过电压调节接头将交流电压调节为多波段输出模式；整流器模块用于将调节后的交流电压转换成直流电压。采用本发明的所述储罐外底板阴极保护电源系统，提高了对储罐外底板阴极保护的保护效果。

说明书

技术领域

本发明涉及油气储运系统的腐蚀与防护技术领域，特别是涉及一种储罐外底板阴极保护电源系统。

背景技术

储罐的外底腐蚀，主要来自于罐底土壤介质的腐蚀。绝大多数的储罐基础主要以砂层和沥青砂构成，也有部分储罐在砂层下面加防渗膜或防渗垫层。储罐坐落在沥青砂面上，由于罐中液体和温度的不断变化，会使沥青砂出现裂痕，致使地下水上升接近储罐的外底板，形成腐蚀环境。目前，埋地储罐外底板长寿面防腐蚀措施主要采用阴极保护技术。

中国专利CN2753693公布了一种原油储储罐外底板外侧阴极保护装置，采用储罐底下方至少装设有三个阳极体的方式，以径向辐射状排列，对称、水平地装设在储罐底下方。美国专利US05340455A公布了一种较早地采用混合氧化物(简称MMO)阳极带，以网格状方式均布在储罐外底下方。还有国内外相关专利则采用一种柔性阳极，替代MMO阳极带均布在储罐外底下方。上述现有技术中采用的阳极是外加电流的辅助阳极。辅助阳极材料主要有高硅铸铁、石墨、钢铁、镀铂铌、镀铂钛、磁铁、柔性阳极和混合氧化物等。辅助阳极的布置可选择罐周直立式、罐旁深井式、罐底斜角式和罐底水平式。上述阳极的埋设主要采用深井式和浅埋式。

中国专利CN201310387227公布了一种薄板式锌合金牺牲阳极系统控制储罐外底板腐蚀。对储罐外底圆周进行重点阴极保护，对罐外底板中间区域，减少锌阳极用量或不做阴极保护。

美国专利还公布了牺牲阳极的阴极保护方式。例如美国专利20090205951公布了铝合金或锌合金牺牲阳极保护，阳极采用盘状或网状，阳极被高碱性的填包料包裹。美国公司也有采用Plattline

经过多年的发展，各国目前均制定了相关的技术规范和标准，对储储罐外底板阴极保护做出了明确规定。中国主要参照的标准有SY0007-99《钢质管道及储罐防腐蚀工程设计标准》、SY/T0088-2006《钢质储罐罐底外壁阴极保护技术标准》、API RP 651-97《地上石油储罐阴极保护》和GB50393-2009《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》。

总而言之，目前对储罐外底阴极保护的设计思想为：对土壤电阻率较低、储罐直径较小的，采用牺牲阳极保护；而对于土壤电阻率较高、储罐直径较大的环境，则采用外加电流保护系统。

储罐底外侧牺牲阳极保护方式，由于阳极的输出电流能力有限，将导致牺牲阳极间距较小，使用量巨大，大大增加初期投资。实际上，目前很多储罐罐底下方有混凝土基座，基座和罐底之间还有沥青砂和防渗膜，这进一步增加了罐底外侧介质的电阻率，牺牲阳极保护范围很不均匀，大型储罐外底板越来越少地采用牺牲阳极方式。

对于外加电流保护方式，新建储罐外底防水好，介质腐蚀性弱，所需要的保护电流远远小于设计计算值，因此，外加电流电源的实际输出远远小于设计的额定值。例如，对于10万立方米的原油罐罐底外侧保护，按照通常设计方法，电源一般采用65V/65A或50V/50A输出。但在运行初期几年内的测量结果表明，实际电源输出一般在2A甚至更低。这会产生两种问题：一是尽管电源纹波占满载输出比例很小，但是幅度相对初期电流需求仍然较高，交流成份在电源实际输出中占比很高，阴极保护恒定电流模式运行效果很差。电源电流输出中的交流成分可能会覆盖直流成分，变成了阴、阳极间歇变化的运行状态，增加了腐蚀的危险；二是由于实际保护电流需求很小，微小的电流波动，就容易使电源出现过电位报警或触发电源停机。

发明内容

本发明的目的是提供一种储罐外底板阴极保护电源系统，以解决现有储罐外底板的牺牲阳极保护方法以及外加电流保护方法对储罐外底板的保护效果差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种储罐外底板阴极保护电源系统，包括：交流电输入模块、变压器模块以及整流器模块；

所述交流电输入模块的输入端与电网连接，所述交流电输入模块的输出端与所述变压器模块连接，所述变压器模块与所述整流器模块连接；所述交流电输入模块用于输入交流电压；

所述变压器模块为多级式变压器，包括初级线圈、磁芯、次级线圈以及电压调节接头；所述初级线圈与所述流电输入模块的输出端连接；所述次级线圈与所述电压调节接头的输入端接触；所述电压调节接头的输出端与所述整流器模块连接；

对所述次级线圈引出多个抽头，将多个所述抽头分成三级，包括粗调抽头、中调抽头以及细调抽头；

所述电压调节接头包括电压粗调接头、电压中调接头以及电压细调接头；

所述粗调抽头与所述电压粗调接头接触；所述中调抽头与所述电压中调接头接触；所述细调抽头与所述电压细调接头接触；所述电压调节接头用于调节所述次级线圈输出的交流电压；通过调节所述抽头和所述电压调节接头的组合关系，形成多个电压量程的满载输出，以多个所述电压量程中最低电压量程输出时，纹波波动不明显，进而无需低纹波以及无需保持恒电位；

所述变压器模块通过所述抽头以及所述电压调节接头将所述交流电压调节为多波段输出模式；

所述整流器模块用于将调节后的交流电压转换成直流电压。

可选的，所述交流电输入模块包括交流输入端、断路器和交流防雷单元；所述断路器与所述交流输入端并联，所述交流防雷单元与所述断路器并联；

所述断路器用于控制交流电输入的通断；所述交流防雷单元用于对所述交流电输入模块进行保护。

可选的，还包括过电压保护模块；

所述过电压保护模块并联于所述电压调节接头与所述整流器模块之间；所述过电压保护模块用于对所述整流器模块的输入端进行保护。

可选的，还包括输出电路保护模块；所述输出电路保护模块包括熔断器、压敏电阻以及浪涌保护单元；

所述压敏电阻与所述整流器模块的输出端并联，所述浪涌保护单元与所述压敏电阻并联；所述熔断器的一端与所述压敏电阻的一端连接，所述熔断器的另一端与所述浪涌保护单元的一端连接；所述输出电路保护模块用于对所述整流器模块的输出端进行保护。

可选的，所述输出电路保护模块还包括电抗器、分流器、电流表、电压表以及多个测量端子；

所述电抗器的一端与所述压敏电阻的一端连接，所述电抗器的另一端与所述分流器的一端连接，所述分流器的另一端与所述熔断器的一端连接；所述电流表和所述电压表均与所述分流器的另一端连接；

在所述电抗器的两端分别设置一个测量端子，在所述压敏电阻的另一端设置两个测量端子；所述测量端子用于在电源调试或者检修、维修过程中测量直流电流。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的一种储罐外底板阴极保护电源系统，包括交流电输入模块、变压器模块以及整流器模块；所述交流电输入模块的输入端与电网连接，所述交流电输入模块的输出端与所述变压器模块连接，所述变压器模块与所述整流器模块连接；所述交流电输入模块用于输入交流电压；所述变压器模块用于将所述交流电压调节为多波段输出模式；所述整流器模块用于将所述将调节后的交流电压转换成直流电压。通过电压调节接头调节次级线圈的匝数，进而调节输入电压与输出电压的关系，避免了小电流输出时交流成分绝对值相对阴极保护电流占比很大所带来的危害，也降低了电源纹波系数的要求，进而提高了对储罐外底板的保护效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种储罐外底板阴极保护电源系统的电路原理图；

图2为本发明实施例1的参比电极和柔性阳极布置示意图。

符号说明：1-断路器；2-交流防雷模块；3-初级线圈；4-磁芯；5-次级线圈；6-电压粗调接头；7-电压中调接头；8-电压细调接头；9-整流器模块；10-电抗器；11-分流器；12-熔断器；13-压敏电阻；14-电流表；15-电压表；16-浪涌保护单元；17-测量端子；18-过电压保护模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种储罐外底板阴极保护电源系统，以解决现有储罐外底板的牺牲阳极保护方法以及外加电流保护方法对储罐外底板的保护效果差的问题。

本发明采用多级抽头式变压器，将阴极保护电源输出设计为多波段输出模式，次级线圈以不同电压增幅抽头输出，以便适应新建储罐保护电流需求小的特点；最大电源输出仍然按照通常阴极保护设计，以便满足储罐外底板防腐保护寿命的要求。储罐外底板阴极保护电源系统这样设计的优点，首先，电源运行小电流输出时，采用低电压变压绕组抽头，其次级变压输出满载也很小，因此即便是纹波系数较高，其满载输出时交流成分绝对值依然很小，交流成分在阴极保护直流输出中占比依然很小，不会出现过电位报警或停机现象。也无需追求电源过低的纹波系数(<1％)。其次，电源调节更加便捷，由于降低了纹波控制和恒电位控制的要求，大幅度减少了电源电路板上电容和电感等元器件数量，由此，大大减少电路板故障，因此，所述储罐外底板阴极保护电源系统结构简单、皮实耐用。本发明的所述储罐外底板阴极保护电源系统想对于可控硅型的阴极保护电源而言，对新建储罐外底板阴极保护的效果更加明显。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的一种储罐外底板阴极保护电源系统的电路原理图，如图1所示，所述储罐外底板阴极保护电源系统包括：交流电输入模块、变压器模块以及整流器模块9。

所述交流电输入模块的输入端与电网连接，所述交流电输入模块的输出端与所述变压器模块连接，所述变压器模块与所述整流器模块9连接；所述交流电输入模块用于输入交流电压。

所述变压器模块为多级式变压器，包括初级线圈3、磁芯4、次级线圈5以及电压调节接头。所述初级线圈3与所述交流电输入模块的输出端连接。所述次级线圈5与所述电压调节接头的输入端接触，所述电压调节接头的输出端与所述整流器模块9连接。所述变压器模块通过所述电压调节接头将所述交流电压调节为多波段输出模式。所述整流器模块9用于将调节后的交流电压转换成直流电压。

具体的，对所述次级线圈5引出多个抽头，将多个所述抽头分成三级，包括粗调抽头、中调抽头以及细调抽头；所述电压调节接头包括电压粗调接头6、电压中调接头7以及电压细调接头8；所述粗调抽头与所述电压粗调接头6接触；所述中调抽头与所述电压中调接头7接触；所述细调抽头与所述电压细调接头8接触；所述电压调节接头用于调节所述次级线圈5输出的交流电压。

所述交流电输入模块包括交流输入端、断路器1和交流防雷单元2。所述断路器1与所述交流输入端并联，所述交流防雷单元2与所述断路器1并联。所述断路器1用于控制交流电输入的通断；所述交流防雷单元2用于对所述交流电输入模块进行保护。

所述储罐外底板阴极保护电源系统还包括过电压保护模块18；所述过电压保护模块18并联于所述电压调节接头与所述整流器模块9之间。所述过电压保护模块18用于对所述整流器模块9的输入端进行保护。

所述储罐外底板阴极保护电源系统还包括输出电路保护模块；所述输出电路保护模块包括熔断器12、压敏电阻13以及浪涌保护单元16。所述压敏电阻13与所述整流器模块9的输出端并联，所述浪涌保护单元16与所述压敏电阻13并联。所述熔断器12的一端与所述压敏电阻13的一端连接，所述熔断器12的另一端与所述浪涌保护单元16的一端连接。所述输出电路保护模块用于对所述整流器模块9的输出端进行保护。

所述输出电路保护模块还包括电抗器10、分流器11、电流表14、电压表15以及多个测量端子17。

所述电抗器10的一端与所述压敏电阻13的一端连接，所述电抗器10的另一端与所述分流器11的一端连接，所述分流器11的另一端与所述熔断器12的一端连接；所述电流表14和所述电压表15均与所述分流器11的另一端连接。

在所述电抗器10的两端分别设置一个测量端子17，在所述压敏电阻13的另一端设置两个测量端子17；所述测量端子17用于在电源调试或者检修、维修过程中测量直流电流。

本发明储罐外底板阴极保护电源系统的工作原理为：商业电力网提供交流电压输入到多级式变压器的初级线圈3，断路器1控制交流电输入的通断，带有磁芯4和次级线圈5的多级式变压器提供一种降低和调节输出电压大小的线路，并能够将直流电路与输入的交流电隔绝。然后，整流器模块9使调整后的交流电压转变为直流电压输出。与传统的阴极保护采用的变压/整流器电源不同之处，在于本发明对次级线圈5引出多个抽头，这些抽头通过改变次级线圈匝数的方法，调节输入电压与输出电压的关系。按照调节输出电压幅度的大小，将抽头分成三级调节的分抽头，即：粗调抽头，中调抽头，细调抽头。通过对三级分抽头端子的不同接入组合形成不同的输出电压大小。电压调节接头安装在设备前的面板上，每个波段电压的连接采用短接铜片或波段开关实现。交流电输入保护采用交流防雷模块2，直流输出电路前端保护采用过电压保护模块18，直流输出电路后端保护分别通过熔断器12、压敏电阻13和浪涌保护模块16三级保护器件实现。通过电流表14和电压表15显示直流输出。在电源调试或检维修过程中，操作员可以在分流器11两端的测量端子17上直接测量直流输出电流。储罐外底板阴极保护电源系统直流输出端的正极连接辅助阳极，负极连接被保护的储罐外底板，形成阴极保护系统。

原油罐外底板壁采用导电聚合物柔性阳极进行阴极保护设计时，通常可按如下参数选取：

(1)设计寿命：不低于40年。

(2)保护电流密度：10mA/m

(3)阴极保护极化电位偏移：不小于100mV。

(4)阳极埋深：不小于500mm(距离储罐外底板)。

(5)回填沙的电阻率：100～500Ω·m。

(6)导电聚合物柔性阳极纵向电阻：0.72mΩ/m。

实施例1

原油储罐容量：100000m

实施例2

原油储罐容量：50000m

实施例3

原油储罐容量：30000m

上述三个实施例均采用两种阴极保护电源对比，电源A是可控硅型恒电位仪，恒电位/恒电流模式可进行开关切换；电源B是本发明所述储罐外底板阴极保护电源系统。

对于实施例1～3中的10万、5万、3万立方米新建储罐，由于参比电极在高电阻率石英砂埋覆下电位不稳定，外底板阴极保护在运行调试和初期无法采用恒电位模式运行。电源A只能采用手动调节恒电流输出模式，三台储罐直流电压输出、直流电流输出以及阴极保护电位测量结果见表1，表1为电源A恒电流输出时，实施例1～3储罐直流电压输出、直流电流输出以及阴极保护电位的测量结果表。电源输出为零时，参比电极测量的是该位置储罐外底板自然电位，手动调节电源A恒电流输出为1％时，阴极保护电位过负。甚至电源A很快出现过电位报警，这些均表明：新建储罐运行初期，罐底石英砂电阻率很高，阴极保护的保护电流需求很小，施加微小的保护电流，就容易使电源出现过电位报警或触发电源停机。

表1电源A恒电流输出，实施例1～3储罐直流电压输出、直流电流输出以及阴极保护电位的测量结果表

采用电源B，每一级抽头细分成四步长调节，因此电源额定电压输出被分为64步长输出(4*4*4)，通过组合调节粗调抽头、中调抽头、细调抽头的电压分抽头短接位置，调节输出电流。电源B在实施例1中每步电压增加值为0.78V，实施例2中每步电压增加值为0.55V，实施例3中每步电压增加值为0.47V。电源B采用电压调节接头调压输出，实施例1～3直流电压输出、直流电流输出以及阴极保护电位的测量结果见表2，表2为本发明提供的电源B调压输出时，实施例1～3直流电压输出、直流电流输出以及阴极保护电位的测量结果表。

表2电源B调压输出时，实施例1～3储罐直流电压和电流输出阴极保护电位的测量结果表

从表2结果可以看到：输出电压稍高时，阴极保护电位偏负；继续调小输出电压，阴极保护输出更小的电流，电源运行稳定，不会出现过电位报警。这是由于采用低电压变压绕组抽头，其次级变压输出满载也很小，因此在低电压抽头满载输出时，其交流成分绝对值依然很小，交流成分在阴极保护直流输出中占比小，不会出现过电位报警或停机现象。因此，电源B无需追求电源过低的纹波系数(<1％)。其次，由于降低了纹波控制和恒电位控制的要求，电源B大幅度减少了电源电路板上电容和电感等元器件数量，由此大大减少电路板故障，因此，整套电源系统结构简单、皮实耐用。本发明所述储罐外底板阴极保护电源系统对于可控硅型的阴极保护电源而言，适应新建储罐外底板阴极保护的效果更加明显。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。