海上平台阴极保护系统技术研究

海上平台阴极保护系统技术研究

1金属设施利随着我国海洋石油开发的快速发展，海洋结构也越来越普遍。例如，海上勘探平台、采井平台、海床上管道、桥梁、码头、船舶等。这些设施大多由材料制成，尤其是由钢铁制成。而这些海洋构筑物又处于复杂的海洋环境中,因此,研究钢铁在海洋环境中的腐蚀规律及控制腐蚀的方法,对延长海洋钢制设施的使用寿命,保证海上钢制结构物的安全运行,具有十分重要的意义。2海洋腐败环境海洋构筑物在海洋环境中,腐蚀环境可为分五类,各类的环境条件及腐蚀行为见表1。3海水的电解质—海洋腐蚀类型及机理在海洋环境中的金属构件,腐蚀类型主要有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀、电偶腐蚀、腐蚀疲劳等,其腐蚀机理主要是由电化学腐蚀引起的。海水中溶解有大量可以离解的盐类,海水矿化度较高,使海水成为一种导电性很强的电解质溶液。其中含量最多的盐类是氯化物,其次是硫酸盐。而氯离子含量约占总离子数的55%,这就使海水对于大多数金属结构材料具有较高的腐蚀活性,不可能建立钝态。即使对于含铬高的合金钢来说,在海水中形成钝态也是很不稳定的,能引起孔蚀。由于海面与空气接触的面积很大,又有海浪搅拌,强烈的自然对流,故海水的充气良好,可以认为海水的外层是被氧所饱和了的。海水是中性溶液,pH值为7.2~8.6,这就决定了大多数金属的腐蚀在海水中属于氧去极化腐蚀,即电化学腐蚀反应的阴极过程是以氧的还原进行的,同时,伴随着金属的氧化过程,即金属的腐蚀。4支撑整个平台海上平台主要是由平台主体、升降装置两大组成部分。其中,升降装置由桩腿、桩靴和液压升降系统组成。当平台在固定海域工作时,桩腿则降至海底,支撑整个平台主体,使平台主体位于海面以上。当移动平台时,桩腿则升起并随平台主体一起移动。这样,整个桩腿分别处于海泥区、海水全浸区、潮差区、浪花飞溅区、海洋大气区,其腐蚀因素较多,腐蚀环境非常恶劣,并且,桩腿对整个平台起着支撑作用,其安全性、可靠性是至关重要,因此,必须对桩腿进行有效的防腐措施。同时,考虑到桩腿升降时与桩架之间的间隙较小,因此对其桩腿提出涂层与强制电流联合保护的防腐设计方案。4.1设计方案4.1.1保护面积及电流>海水电阻率:25Ω·cm>海泥电阻率:100Ω·cm>保护电流密度:海水中50mA/㎡;海泥中30mA/㎡>保护年限:20a(1)保护面积(单桩)式中:D—支撑桩直径,m。(2)保护电流量(单桩)式中:i—电流密度,mA/㎡S。(3)阳极接水电阻式中:L—阳极长度,cm;d—阳极直径,cm。(4)选择恒电位仪输出电流:I0=50.2A,考虑20%余量,选择输出63A,考虑到后期随防腐层破损设备输出逐渐增大,选择输出100A。输出电压:U0=I0(0.12+0.3)=42(V),考虑20%余量,选择输出60V。4.1.3辅助阳极的控制目前在强制电流阴极保护中广泛采用可控硅恒电位仪。每根支撑桩单独设一台恒电位仪,实现单独控制,单独监测,另外备用2台,可以定期实现自动切换。每台恒电位仪控制4支不同高度的辅助阳极,见图1。在平台支撑桩伸长到海底并固定好后,方可用悬吊支架把阳极缓缓放入海平面以下,且4支阳极处于不同深度,使保护电流分布均匀。此时可以安装通电点,即阴极电缆与支撑桩相连接。4.1.4钛阳极dsa辅助阳极是将保护电流从电源引出的导电体,要求该导电体的材料具有良好的导电性能,当通过大电流时极化阻值小,阳极溶解损耗也少,对介质的接触电阻稳定,便于加工,经济性好。辅助阳极的种类很多,但是适用于海水环境的并不多。常见的有镀铂钛阳极、铂铌复合阳极、铅银合金阳极、钛/金属氧化物阳极。在此推荐使用钌钛氧化物阳极。钌钛阳极即在钛基上涂有金属氧化物的一种新型阳极,属于混合金属氧化物阳极(DSA)类。该阳极排流能力大,消耗率十分低,价格比镀铂钛阳极低。钌钛阳极在含一定氯离子的介质中,具有高的工作电流密度。在海水中,1000A/㎡的工作电流密度下,室温至70℃温度范围,其极化电位不超过1.8V,0℃左右,其极化电位升高到2.8V左右。工程上长期使用,电化学性能普遍稳定,与镀铂钛阳极相比,性能相差无几,而价格又便宜。在每根支撑桩周围布置4支~8支钌钛阳极,均布置在水平面以下不同深度,按照海水深度均匀布置在支撑桩周围,距离支撑桩距离不小于3m。阳极通过导线固定在平台底部,安装一种特殊的悬吊支架,在支撑桩伸入海底并固定好后,将阳极缓缓的放到指定位置,固定好阳极和导线。4.3.5资金强度电极参比电极放置在通电点附近,海平面以下靠近支撑桩。为了减少IR降的影响,应使参比电极尽可能地靠近支撑桩钢结构。可选用Ag/AgCl电极和锌电极。这两种电极的性能见表2:4.3.6主养系统保护监测系统为了随时监测阴极保护系统是否正常运行,掌握阴极保护系统对水下钢结构的保护是否有效,阳极工作状态是否正常,需要设置平台阴极保护监测系统。由于海上的特殊作业条件,不允许随时进行海下作业,检测保护电位,有必要通过监测装置来完成这一检测工作。可在平台水下钢结构不同水深的节点部位安装Ag/AgCl和Zn双电极电位测量探头和牺牲阳极输出电流测量探头,把水下电化学信号通过电缆传送到平台水上中心控制室的数据采集系统,可连续自动显示和定时存储监测结果,具有高度智能化和自动化,实现系统的无人管理。5降低阴极保护费用海上平台的各组