海洋石油平臺導(dǎo)管架陰極保護(hù)的實(shí)施和改進(jìn)綜述

張金磊

摘 要 通過對海洋石油平臺導(dǎo)管架陰極保護(hù)的情況進(jìn)行檢測，并對檢測的結(jié)果進(jìn)行分析。通過檢測發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)的過程中極化進(jìn)行的速度非常緩慢，并且不存在較為明顯的導(dǎo)管極化成為保護(hù)電位的現(xiàn)象。不僅如此，位于水深70.5m左右的導(dǎo)管架，在水下浸泡超過21個月后仍然無法將導(dǎo)管架極化至保護(hù)電位，并且處于較深水位犧牲陽極所釋放出的電流也遠(yuǎn)比淺水區(qū)犧牲陽極所釋放的電流要大得多。經(jīng)過所獲得的相關(guān)信息對該情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是由于設(shè)計時對電流密度的選取出現(xiàn)了問題，因?yàn)樗x取的電流密度過小，導(dǎo)致其無法在導(dǎo)管架表面形成致密的鈣質(zhì)沉積層。本文主要對陰極保護(hù)存在的問題進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)的方法，確保導(dǎo)管架能達(dá)到保護(hù)電位的作用。

關(guān)鍵詞 平臺；導(dǎo)管架；犧牲陽極；陰極保護(hù)；改造

改造海洋石油平臺涉水的最深處可以達(dá)到84m左右，該海洋平臺在建造的初期，建造方對施工的成本、工期以及施工時面對的問題等方面進(jìn)行了分析，最終決定對海洋平臺全浸區(qū)的導(dǎo)管架采用的是犧牲陽極保護(hù)陰極的保護(hù)方法，并且對全浸區(qū)的管道架進(jìn)行涂層，對全浸區(qū)的管道架進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)。但是在施工的過程考慮到工期的原因，最終決定取消對全浸區(qū)的導(dǎo)管架采用涂層，而僅僅依靠陰極保護(hù)來進(jìn)行管道架的防腐。該平臺導(dǎo)管架陰極保護(hù)根據(jù)DNV—RP_401的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計的，本文也將介紹該種導(dǎo)管架的陰極保護(hù)設(shè)計，并對保護(hù)的情況進(jìn)行分析，進(jìn)而加以改進(jìn)。

1 陰極保護(hù)設(shè)計

DNV-RP_401對電流密度的取值主要是通過測量海水表面平均溫度和海水深度，進(jìn)而對其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定的。根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，此類型的海洋平臺導(dǎo)管架的保護(hù)面積可以根據(jù)不同的表面狀態(tài)和海水深度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)閷?dǎo)管架的保護(hù)面積以及保護(hù)電流的面積都是確定的值，通過已知的信息通過相關(guān)的計算就可以得到海洋平臺的導(dǎo)管所需要的初始保護(hù)電流、維持電流以及末期電流等。按照該標(biāo)準(zhǔn)建造的平臺陽極上的原理是Al—Zn—Ln合金來制作的犧牲陽極，并且對陽極的尺寸以及單支陽極的質(zhì)量進(jìn)行規(guī)定，保證陽極的具有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格。另外在對導(dǎo)管架進(jìn)行設(shè)計時，首先要測定放置區(qū)域的海水電阻率，并結(jié)合驅(qū)動電壓對單支電極的初始電流和末期輸出進(jìn)行計算。通過計算的數(shù)據(jù)，確定需要在導(dǎo)管架上安裝陽極板的數(shù)目，才能滿足要求[1]。

2 導(dǎo)管架保護(hù)情況調(diào)查

對于大型的設(shè)備系統(tǒng)都具備保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，以避免發(fā)生事故。在導(dǎo)管架上也安裝著陰極保護(hù)情況監(jiān)測的裝置，對其保護(hù)的情況進(jìn)行監(jiān)測記錄，并且此種系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛使用。導(dǎo)管架在布設(shè)之前就被安裝了監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由Ag/Agcl與高純鋅復(fù)合參比電極并配合多個電流探頭，并以此來對導(dǎo)管架的保護(hù)電位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時還可以測量犧牲陽極的發(fā)出電流。導(dǎo)管架下水518天后，通過監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)單支犧牲陽極所釋放出來的電流減小了，這也意味著在此深度下的導(dǎo)管架已經(jīng)形成了一層致密的鈣質(zhì)沉積層。并且由于鈣質(zhì)沉積層受到流速較快的海水的影響，會使得犧牲電極所釋放出的電流出現(xiàn)一定的波動。另外通過監(jiān)測系統(tǒng)的記錄70.5m和84.1m導(dǎo)管架的電位分別為700 mV和650 mV，始終沒能達(dá)到防腐蝕的保護(hù)電位。并且這兩個區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)管架與犧牲陽極之間存在較大的電位差，犧牲陽極所釋放出來的電流比較大。而且在陰極保護(hù)系統(tǒng)中陽極的使用壽命與陽極的所釋放出的電流成反比，因此根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來看，底層的陽極最先被消耗完[2]。

3 難以達(dá)成保護(hù)狀態(tài)的原因分析

海底的溫度一般都比較低，對鈣質(zhì)沉積層的形成起到了抑制的作用，其原因主要是氧氣的擴(kuò)散速度受到了限制，同時溫度較低減緩了反應(yīng)的速率，因此這個區(qū)段的形成的鈣質(zhì)沉積層的量很少，所以保護(hù)性能就比較差。因此為了形成良好的鈣質(zhì)沉積層，在低溫時就需要加大電流密度。如果在設(shè)計時所選取的保護(hù)電流密度偏低時，導(dǎo)致陽極的消耗過快，導(dǎo)致整個導(dǎo)管架長期處于欠保護(hù)的狀態(tài)。另外在淺水區(qū)時，氧氣充足加之海水的溫度也相對較高，所以該區(qū)域的碳酸鈣的量很大，達(dá)到過飽和的狀態(tài)，在這種過飽和的狀態(tài)下導(dǎo)管架的表面上也會附著鈣質(zhì)沉積層，所以只需要釋放出很小的電流就能滿足要求，達(dá)到很好的保護(hù)效果。通過對淺水區(qū)與深水區(qū)保護(hù)狀態(tài)的分析，發(fā)現(xiàn)淺水區(qū)的導(dǎo)管架保護(hù)情況良好，但是深水區(qū)的導(dǎo)管架一直處于欠保護(hù)的狀態(tài)，這是海洋平臺陰極保護(hù)法存在的不足。

4 改造方案

首先在設(shè)計時在水下區(qū)段鋪設(shè)的導(dǎo)管架都是沒有處理過的裸鋼，如果僅僅依靠犧牲陽極對其進(jìn)行保護(hù)的話就顯得很乏力了，如果在使用中由于某些原因?qū)е码娢粺o法達(dá)到要求，也就無法起到保護(hù)陰極的作用，就會使得導(dǎo)管架在海水中被侵蝕，造成嚴(yán)重的危害，甚至危害到工作人員的安危。另外，海水上下兩部分陽極所釋放出的電流也有所不同，底部陽極釋放出的電流遠(yuǎn)嗎大于上部電流，這也就加快了其的消耗速率。因此，為了避免這種情況的發(fā)生，就需要在導(dǎo)管架底部相應(yīng)的增加陽極板的數(shù)量，以此來降低單支陽極的壓力，并且能保證底部導(dǎo)管架的電位處于保護(hù)電位。另外還有一種改進(jìn)方法就是外加電流的陰極保護(hù)法，但是這種方法的使用并沒有被廣泛使用，因?yàn)槠淇煽啃院湍途枚榷疾患盃奚枠O的保護(hù)法，另外外加電流保護(hù)法的后期維護(hù)比較復(fù)雜，并且維護(hù)的量也非常大，所以應(yīng)用并不廣泛。

5 結(jié)束語

在施工的設(shè)計方面要有完備的分析，選取合適的陰極保護(hù)設(shè)計參數(shù)，保證導(dǎo)管架達(dá)到保護(hù)電位。另外在我國還沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，所以要根據(jù)各地的海洋平臺的建設(shè)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對后面的工作和建設(shè)提供有效的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳武，龍?jiān)?，陳超，?平臺導(dǎo)管架陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)及犧牲陽極陰極保護(hù)改造[J].全面腐蝕控制，2016，（7）：33-34，61.

[2] 董亮，王修云，李德明，等.數(shù)值模擬技術(shù)在海洋平臺陰極保護(hù)中的應(yīng)用案例分析[C].海洋材料腐蝕與防護(hù)大會.海洋材料腐蝕與防護(hù)大會論文集.北京：安科工程技術(shù)研究院（北京）有限公司安科工程技術(shù)研究院（北京）有限公司，2016：80-80.