海洋石油平台导管架阴极保护的实施和改进.pdf

海洋石油平台导管架 阴极保 护的实施和 改进 陈 武 ， 杨 洋 ， 龙 云 ， 陈 超 ， 王科林 ， 杨皓洁 1 ． 中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司， 上海 2 0 0 0 3 0 ； 2 ． 中海石油 中国 有限公司上海分公司， 上海 2 0 0 0 3 0 摘要 介绍了海洋石油平台导管架阴极保护的情况和检测结果。某平台导管架牺牲阳极阴极保 护按 照 D N V - R P - 4 0 1 设计 ， 并安装 了一套 阴极保护检 测 系统用来检 测导管架的保 护状况。导管架下 水后阴极保护检测结果表明 管架下水时的电位约为 ⋯ 5 1 0 5 3 0 m V 相对于A g ／ A g C 1 参比电极， 下同 ； E L - 4 0 m处导管架在下水5 2 d后， 电位为 一7 8 9 m V， 即将达到抑制腐蚀所需要的保护电位； E L 一 1 4 m处导管架在下水后 3 6 d开始， 极化速度增大， 在下水5 2 d后， 电位达到- 7 3 6 m V， 很快也能达 到保护 电位 ； 而导管架 E L - 7 0 ． 5 m和 E L ． 8 4 ． 1 m处在 下水 5 2 d后 电位分别为 一 6 3 7 m V和 一 6 2 8 m V， 极化缓慢， 且没有明显使导管架快速极化至保护电位的趋势。导管架下水达2 1个月后， 超过7 0 ． 5 m 水深的区域一直无法极化 至保护电位 。 且水下较深处的牺牲 阳极 的发 出电流也远大于浅水 区阳极的 发出电流。经分析其主要原因是由于设计时所选取的电流密度偏小， 无法在导管架表面形成致密的 钙质沉积层。为使导管架能达到保护 电位 ， 提 出了牺牲 阳极 阴极保护的改造方案。 关键词 平台导管架牺牲阳极阴极保护改造 某海洋平台位于温州市东南 1 5 0 k m的东海 海域 ， 平台所处水深约 8 4 ． 1 n l 。建造方在建造初 期从设计方法 、 成本 、 施工时间、 施工难 点等方面 对比分析了全浸区的导管架只采用牺牲阳极阴极 保护 方法 和 采用 涂 层 与牺牲 阳极联 合保 护 方 法⋯。考虑到工期原 因， 全浸 区的导管架最终选 择了不采用涂层 ， 而仅靠 阴极保护来 防止腐蚀破 坏的方法 。该 平 台 导 管架 阴极 保 护 根 据标 准 D N V R P -4 0 1 进行 设计 ， 文章将介 绍导管架 阴极 保护设计及实际导管架保护状况 。 1 阴极保护设计 D N V ． R P - 4 0 1根据海水表面平均温度和海水 深度规定了电流密度的取值 ， 已经广泛应用于国 内外导管 架 的 阴极 保护 设计。根据 标 准 D N V ． R P - 4 0 1 中的相关规定 ， 该平台导管架的保 护面积 依表面状态 以及水 深等情 况进行 了划分 见 表 1 ， 保护电流密度选取 了“ 热带” 表层海水温度 大于 2 O℃ 的电流密度值 见表 2 。 根据导管架保护面积和保护电流密度， 计算 出导管架所需的初始保护电流为 2 6 8 8 ． 3 A， 维持 电流为 1 4 5 2 ． 5 A， 末期电流为 1 8 9 2 ． 1 A。 该平台阳极采用 了 A l z n I n合金 牺牲 阳极 ， 阳极的尺寸 为 2 0 2 0 m m 2 4 02 7 0mm 4 4 2 7 0 m m， 单支 阳极质量为 3 2 3 ． 4 k g 。设计 时， 现 场海水 电阻率 取值 为 2 2 Q c m， 驱 动 电压 取 0 ． 2 5 V， 计 算得 出单 支 阳极 的初期 输 出 电流值 5 ． O 1 A， 末期输出电流为 3 ． 6 3 A。导管架上最终 设计安装 了5 6 9块阳极 ， 满足设计时初期 、 维持以 及末期所需保护电流要求 。 表 1 保护面积 T a b l e】P r o t e c t i 0 l 】A I a s 保护区域 保护面积 ／ m 海水中有涂层 的钢结构 海水 中裸钢 O一3 0 m 海水 中裸钢 3 O一 8 4 ． 1 in 海泥中的裸 钢 表 2 保 护电流 密度 热带 T a b l e 2 D e s i g n C u r r e n t D e n s i t y T r o p i c a 1 保护哇 宛 } 度 ￡ 斑- 2 爨 护嚣域 初始 维持 束期蠢 国 咏 枣肖涂 豹 再 ” 一 4 0 淹 撩锕 3 ￡ m Q 7 0 、 1 0 0 l 裸 ≤ ；■ 。 1 s 镳 0 6 0一 8 0 海 滟巾 ；的裰钢 8 l 2 O 2 0 l 捧 蕴 整 劣 l l l 2 炎 收稿 日期 2 0 1 4 0 51 0 ； 修改稿收到 日期 2 0 1 4 0 61 5 。 作者简介 陈武 1 9 8 4一 ， 防腐 工程师 ， 硕 士。E m a i l c h e n a 2 c n o o c ． t o m． c a 一 ～ 一 6 lm 2 m 2 导管架保护情况调查 阴极保护监测系统可以持续的监测平 台导管 架阴极保护状况 ， 已经被广泛应 用_ 2 J 。在该导管 架下水前 ， 导管架上安装有阴极保护监测系统 ， 该 系统包括 1 6对 A g ／ A g C 1 与高纯锌复合参 比电极 和 7个电流探头， 用于实时检测 导管架 的保护 电 位和牺牲阳极的发出电流。参比电极和电流探头 安装于 B 1桩腿的 E L - 1 4 m， E L - 4 0 m， E L 一 7 0 ． 5 m 和 E L ． 8 4 ． 1 m处 。在平台组块完成前 ， 在导管架 的桩顶安装 了初期 阴极保护监控仪 ， 用于采集和 储存导管架下水后 的初始极化 电位数据 ， 采用 电 池供 电。在平台组 块完成后 ， 将 阴极保护监控仪 安装至 中控 ， 改用 电源供 电。 该导管架于2 0 1 2 年7月 2日 下水， 初期阴极 保护监控仪记录 了下水后至第 5 2 d导管架 电位 数据 见图 1 ， 每小时采集一次数据。 图 1 导 管架下水后的初始极化 电位 F i g ． 1 I n i t i a l p o l a r i z a t i o n p o t e n t i a l a f t e r j a c k e t l a u n c h i n g 由图 1可以看 出， 导管架下水 时的电位约 为 ⋯ 5 1 0 5 3 0 m V 相对于 A g ／ A g C 1 参 比电极 ， 下 同 。随着时间的推移 ， E L - d 0 1 3 q 处导管架电位逐 渐负移 ， 在下水 5 2 d后 ， 电位为 一7 8 9 m V， 即将达 到抑制腐蚀所需要的保护电位。E L 一 1 4 m处导管 架在下水后 的开始 一段 时间内极化较慢 ， 但是在 下水后 3 6 d开始 ， 导管架极化速度增大 ， 在下水 5 2 d后 ， 电位达 到 一7 3 6 m V， 很快也 能达到保护 电位。而 E L - 7 0 ． 5 m 和 E L - 8 4 ． 1 m在 下水 5 2 d 后， 导管架的电位分别为 一 6 3 7 m V和 一 6 2 8 m V， 极化较为缓慢 ， 且没有 明显使导管架快速极化至 保护电位的趋势 。 图 2和图 3分别为导管架下水后第 5 1 8 d至 6 4 4 d 导管架电位数据图和牺牲阳极发出电流数 图2 导管架电位 导管架下水后第5 1 8 d至 6 4 4 d F i g ． 2 P o t e n t i a l o f t h e j a c k e t f r o m 5 1 8 d a y s t o 6 4 4 d a y s af t e r l a u n c h i n g 3 ． 5 3 ． 0 2 ． 5 瑗2 ． 0 唧 1 ． 5 1 ．0 O ． 5 5 2 0 5 40 5 6 0 5 8 0 6 0 0 6 2 0 6 4 0 时间， d 图3 牺牲阳极的发出电流 第5 1 8 d至6 44 d F i g ． 3 A n o d e c u r r e n t o u t p u t fr o m 5 1 8 d a y s t o 6 4 4 d a y s a f t e r l a u n c h i n g 导管架下水 5 1 8 d后 ， E L - 4 0 m处导管架 电位 约为 一9 5 0 mV， 单支牺牲 阳极发出电流由 1 ． 2 5 A 降至约 1 A， 说 明 E L - 4 0 m处 已经形成致密 的钙 质沉 积 层。E L ． 1 4 1 T I 处 导 管架 电位 约为 一9 2 5 m V， 牺牲阳极发出电流有一定波动 ， 可能是 由于 表层海水的流速较大， 对形成钙质沉积层有一定 影响。E L一 7 0 ． 5 IT I 和 E L ． 8 4 ． 1 IT I 导管架的电位 分别约为 一7 0 0 mV和 一6 5 0 mV， 依然未达到抑 制腐蚀所需要 的保 护 电位。 由于 E L - 7 0 ． 5 m和 E L 一 8 4 ． 1 m 导管架与牺 牲 阳极 之间 的电位 差较 大， 阳极的发出电流也较大。阳极的寿命与阳极 的输 出电流成反 比， 因此最底层 的阳极将最先消 耗完毕。 3 难 以达成保护状态的原因分析 温度较低时钙质沉积层的形成速度减慢 ， 主 4 5 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ c r 粕 1萼v s A A 毒脚 要是 由于氧气 的扩散 减慢及 化学反应 的速 率降 低 ， 低温时形成的钙质沉积层量少并且保护性差 。 温度较低时， 为形成 良好的钙质沉积层 ， 需要采用 较大的 电流密度。D N V R P - 4 0 1中， 根据表层 海 水温度将 海域划分 为了热带、 亚热带 、 温带和寒 带 ， 随着温度的降低 ， 推荐选取 的电流密度增大。 该平台导管架的设计基本是参照南海的设计经验 进行设计的， 保护电流密度选取 了“ 热带” 的电流 密度值 ， 然而东海属于“ 亚热带” ， “ 亚 热带 ” 电流 密度推荐值见表 3 。因此 ， 设计 时所取的保护密 度值偏低 ， 造成设计的牺牲阳极量偏少 ， 导致平 台 导管架部分区域长期处于欠保护状态。 表 3 保护电流密度 亚热带 T a b l e 3 D e s i g n C u r r e n t D e n s i t y S u b ． T r o p i c a 1 保护区域 保护电流密度／ m A I1 1 I 2 初始 维持 末期 在浅水区时， 碳酸钙处于过饱和状态 ， 阴极极 化过程中钙质沉积层可在导管架表面沉积 ， 当形 成致密的钙质沉积层后 ， 较小 的保护电流就可使 导管架处于 良好 的保护状态 。随着水深的增加， 海水的压力增大， 而碳 酸钙 的溶解度随着压力 的 增加而增大 ， 当达到一定的水深后 ， 海水中的碳酸 钙处于不饱和状态 ， 会 限制钙质沉积层的沉积 ， 以 至于难以形成致密的钙质沉积层 ， 造成较 大的电 流也无法使导管架极化 至保护 电位 。另外 ， 打人海泥的钢桩与导管架有 电连接， 会 吸收导管 架底部阳极发 出的部分电流来使海泥里的钢桩极 化， 然而从导管架的牺牲阳极布置来看， 导管架底 部并未加大牺牲阳极的安装密度 ， 总体来看 ， 导管 架底部的阳极量偏少。以上两方面是该平 台导管 架上层保护 良好 ， 而导管架底部欠保护的原因。 4 改造方案 由于导管架 水下 区 区段为 裸钢 ， 仅 靠牺 牲 阳极进行保护 ， 当电位达不 到保 护 电位 时， 导管 架会遭受 腐蚀 ， 严重 威胁 平 台作 业人 员及 财产 安全 。另外 ， 导管架 底部 的单支 阳极 发 出电流 远远大于导管架上部 的单支阳极发出电流， 这 样底部阳极消耗速度远大于上部 阳极 的消耗速 度 。因此 ， 需要在导管架底部 增加 阳极 ， 以降低 46 底部单支 阳极 的发 出电流 ， 并 使 导管架 底部 极 化至保护 电位。 阴极保护改造有牺牲 阳极 改造和外加 电流 阴极保护改造两种。 目前外加 电流 阴极保 护 由 于其可靠 性和耐 久性都 不及牺 牲 阳极 ， 且外 加 电流阴极 保护 系统后期 维护 量大 ， 因此外加 电 流在导管 架 的阴极保 护方 面还应 用较少 ， 该 平 台建议采用牺牲 阳极 阴极保 护改造。可以让潜 水员采用卡箍 固定 阳极_ 5 的方式在导 管架上安 装新的牺牲 阳极 见图 4 。考虑到潜水效率 ， 安 全及费 用 等 因素 ， 潜 水 员 在 E L - 7 0 ． 5 m和 E L ． 8 4 ． 1 m安装新牺 牲 阳极 ， 潜水方式 推荐采用 氦 氧混合气常规潜水 。 图 4 卡箍固定安装新阳极 F i g ． 4 Ne w a n o d e i n s t a l l a t i o n b y c l a mp 5 结语 阴极保护设计参数选取不合理 ， 会造成导管 架长期处于欠保护状态。由于国内没有相应 的国 家推荐标准 ， 建议对各海域的阴极保护设计参数 及导管架的保护情况建立数据库 ， 方便设计人员 根据 情况选取合理的设计参数。 参考文献 [ 1 ] 易桂虎， 曼德拉 查汗． 导管架阴极保护设计对比分析 [ J ] ． 天津化工 ， 2 0 1 3， 2 7 2 5 1 - 5 5 ． [ 2 ] B r i t t o n，L a F o n t a i n e ，G i b s o n ．R e c e n t a d v a n c e s i n o f f s h o r e c a t h o d i c p r o t e c t i o n m o n i t o r i n g [ J ]． Ma t e r i a l s p e rf o r ma n c e ， 2 0 0 0 ， 3 9 6 2 4 - 2 7 ． [ 3 ] C h e n S， Ha r t t W H．De e p w a t e r c a t h o d i c p r o t e c t i o n ．P a r t 1 L a b o r a t o r y s i m u l a t i o n e x p e ri me n t s[ J ] ．C o r r o s i o n ，2 0 0 2，5 8 1 3 8 - 4 8 ． [ 4] C h e n S ，H a r t t W H，Wo l f s o n S ． D e e p w a t e r c a t h o d i c p r o t e c t i o n ．P a r t 2F i e l d d e p l o y me n t r e s u l t s[ J ] ．C o r r o s i o n ， 2 0 0 3 ，5 9 8 7 2 1 - 7 3 2 ． [ 5 ] T u mip s e e d ， S t e p h e n P ．O f f s h o r e p l a t f o r m c a t h o d i c p r o t e c t i o n r e t r o f i t s [ J ] ．M a t e ri a l s P e r f o r ma n c e ，1 9 9 6 ，3 5 1 0 1 1 1 6 ． 编辑王维 宗 S a c r i fi c i a l An o d e Ca t h o d i c P r o t e c t i o n o f P l a t f o r m J a c k e t a n d I mp r o v e me n t Ch e n ，Y a n g Y a n g ，L o n g Y u n ， C h e n Ch a o ， Wan g Ke l i n ， Y a n g e 1 ．S h a n g h a i E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y C o m p a n y o f C N O O C E n e r g y T e c h n o l o g y S e r v i c e Co ．，L t d ．，S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0； 2 ．S h a n g h a i C o m p a n y Q 厂 C Ⅳ D D C C h i n a C o ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0 Ab s t r a c t T h e c a t h o d i c p r o t e c t i o n o f j a c k e t o f ma ri n e o i l p l a t f o r ms a n d i n s p e c t i o n r e s u l t s a r e i n t r o d u c e d ．T h e s a c r i fi c i a l a n o d e c a t h o d i c p r o t e c t i o n o f t h e j a c k e t o f a p l a tf o r m w a s d e s i g n e d i n a c c o r d a n c e w i t h D N VR P一4 0 1 ，a n d a c a t h o d i c p r o t e c t i o n mo n i t o ri n g s y s t e m w a s i n s t a l l e d t O mo n i t o r t h e p r o t e c t i o n o f j a c k e t ．T h e m o n i t o ri n g r e s u h s o f c a t h o d i c p r o t e c t i o n a f t e r t h e i n s t a l l a t i o n o f j a c k e t i n t h e w a t e r s h o w e d t h a t t h e p o t e n t i a l o f t h e j a e k e t w a s a b o u t一5 1 05 3 0 m V t o A g ／ A g C l r e f e r e n c e e l e c t r o d e ．T h e p o t e n t i al o f j a c k e t a t E L一 4 0 m l o c a t i o n w a s一7 8 9 m V 5 2 d a y s af t e r b e i n g s u b me r g e d i n w a t e r ，w h i c h w o u l d r e a c h t h e p r o t e c t i o n p o t e n t i a l r e q u i r e d f o r c o r r o s i o n i n h i b i t i o n ．T h e p o l a r i z a t i o n s p e e d o f j a c k e t a t E L一1 4 m l o c a t i o n r o s e v e r y f a s t 3 6 d a y s aft e r b e i n g s u b me r g e d i n t h e wa t e r a n d t h e p o t e n t i al r e a c h e d 一7 3 6 mV 5 2 d a y s aft e r g o i n g i n t o t h e w a t e r w h i c h c o u l d als o r i d i y r e a c h t h e p r o t e c ti o n p o t e n t i a 1 ．T h e p o t e n t i a l s o f j a c k e t s a t E L- 7 0 ． 5 m a n d E L一 8 4 ． 1 m l o c a t i o n s w e r e一 6 3 7 m a n d 一 6 2 8 mV r e s p e c t i v e l y 5 2 d a y s aft e r b e i n g s u b me r g e d i n wa t e r ．T h e p o l a ri z a t i o n w a s v e r y s l o w a n d t h e r e wa s n o t r e n d o f a c c e l e r a t e d p o l a ri z a t i o n t o p r o t e c t i o n p o t e n t i a 1 ．2 1 m o n t h s a f t e r j a c k e t ’ S b e i n g s u b m e r g e d i n t h e w a t e r ， t h e l o c a t i o n 7 0 ． 5 m u n d e r w a t e r w a s u n a b l e t o p o l a ri z e t o p r o t e c t i o n p o t e n t i a1． Wh e r e a s ，t h e o u t p u t c u r r e n t o f s a c r i fi c i al a n o d e i n d e e p wa t e r w a s mu c h h i g h e r t h a n t h a t i n t h e s h all o w wa t e r ．T h e a n aly s i s f o u n d t h a t i t wa s ma i n l y c a u s e d b y t h e l o w d e s i g n c u rre n t d e n s i t y a n d d e n s e c alc i u m d e p o s i t l a y e r c o u l d n o t for m o n t h e s u r f a c e o f j a c k e t ， w h i c h r e s u l t e d i n t h a t j a c k e t c o u l d n o t r e a c h p r o t e c t i o n p o t e n t i a l for a l o n g t i me ．Th e r e t r o f i t o f u n d e r w a t e r i n s t all a t i o n o f s a c ri fi c i a l an o d e s h a s b e e n r e c o mme n d e d t o i mp r o v e p o l a ri z a t i o n i n t h e l o we r p a r t s o f t h e j a c k e t t o r e a c h t h e p r o t e c t i o n p o t e n t i a 1 ． K e y w o r d s p l a tf o r m， j a c k e t ， s a c r i fi c i al a n o d e ，c a t h o d i c p r o t e c t i o n ， r e v a m p i n g 甘肃或迎来石化业投资新高潮 近 日在兰州举行的甘肃华东地区化工行业对接 座谈会上传来消息， 总投资约 1 7 2亿元的 1 5个石化招商 项目拟全部落户兰州新区， 如果实现， 将助推甘肃石化产 业跨越发展 。 此次会议上， 来 自上海、 江苏、 浙江等“ 五省一市” 的 化工行业企业 、 协会负责人共商甘肃石化产业发展大计。 这也是今年第二十届兰卅I 投资贸易洽谈会的活动之一。 “ 一 五” 期间， 国家将 1 5 6个重点项 目中的 l 6个投向 甘肃， 为兰州成为“ 新中国第一座石油化工工业城” 奠定 了基础 。2 0 1 0年兰 州新 区成 立 以来 ， 在 近几 年 的“ 兰 洽 会” 上， 招商引资成为兰州新区的重头戏。 据了解 ， 今年甘肃省拟招商的石油和化工项 目有 1 5 1 项， 其中 1 5项拟落户兰州新区。其中包括年产 1 5 0 k t 的 内酰胺项 目、 年产 5 0 k t 的 P B T项 目、 年产 3 0 0 k t 的乙二 醇项目等将陆续在兰州新区化工产业园区落地生根。 近年来， 甘肃省石化行业稳步发展， 工业增速和效益 大幅提升， 工业增加值占全省工业增加值的平均 比重超 过 1 ／ 4 。截至 2 0 1 3年底 ， 全省石化行业规模以上企业 2 0 8 户， 从业人员 1 O ． 8 7万人， 全年累计完成工业总产值 2 0 1 8 亿元， 占全省工业总产值的 2 5 ． 3 5 ％ ， 利润总额达到 1 3 2 亿元， 上缴利税总额 3 5 5亿元。据悉， 未来 ， 甘肃石化行业 将以打造“ 丝绸之路经济带” 新疆一 甘肃黄金段为契机， 统 筹区域资源和生态环境承 载能力 ， 充分 利用 中亚 、 新疆 及 周边省区煤油气资源 ， 延伸发展煤炭分质转化利用和煤 化工 、 石油 天然气 化工产业链， 加快兰州新 区石化产业 园、 白银军民结合化工产业示范基地、 平庆传统能源化工 基地 、 河西走廊煤炭 分质 利用产业 带 、 金 昌化 工循环经 济 产业园建设， 推进 “ 煤． 电一 化” 一体化、 石油炼化一体化 发展 。 摘 自国家石油和化工 网 4 7