海上平臺陰極保護系統(tǒng)技術研究

海上平臺陰極保護系統(tǒng)技術研究

1金屬設施利隨著我國海洋石油開發(fā)的快速發(fā)展，海洋結構也越來越普遍。例如，海上勘探平臺、采井平臺、海床上管道、橋梁、碼頭、船舶等。這些設施大多由材料制成，尤其是由鋼鐵制成。而這些海洋構筑物又處于復雜的海洋環(huán)境中,因此,研究鋼鐵在海洋環(huán)境中的腐蝕規(guī)律及控制腐蝕的方法,對延長海洋鋼制設施的使用壽命,保證海上鋼制結構物的安全運行,具有十分重要的意義。2海洋腐敗環(huán)境海洋構筑物在海洋環(huán)境中,腐蝕環(huán)境可為分五類,各類的環(huán)境條件及腐蝕行為見表1。3海水的電解質—海洋腐蝕類型及機理在海洋環(huán)境中的金屬構件,腐蝕類型主要有均勻腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、沖擊腐蝕、空泡腐蝕、電偶腐蝕、腐蝕疲勞等,其腐蝕機理主要是由電化學腐蝕引起的。海水中溶解有大量可以離解的鹽類,海水礦化度較高,使海水成為一種導電性很強的電解質溶液。其中含量最多的鹽類是氯化物,其次是硫酸鹽。而氯離子含量約占總離子數的55%,這就使海水對于大多數金屬結構材料具有較高的腐蝕活性,不可能建立鈍態(tài)。即使對于含鉻高的合金鋼來說,在海水中形成鈍態(tài)也是很不穩(wěn)定的,能引起孔蝕。由于海面與空氣接觸的面積很大,又有海浪攪拌,強烈的自然對流,故海水的充氣良好,可以認為海水的外層是被氧所飽和了的。海水是中性溶液,pH值為7.2~8.6,這就決定了大多數金屬的腐蝕在海水中屬于氧去極化腐蝕,即電化學腐蝕反應的陰極過程是以氧的還原進行的,同時,伴隨著金屬的氧化過程,即金屬的腐蝕。4支撐整個平臺海上平臺主要是由平臺主體、升降裝置兩大組成部分。其中,升降裝置由樁腿、樁靴和液壓升降系統(tǒng)組成。當平臺在固定海域工作時,樁腿則降至海底,支撐整個平臺主體,使平臺主體位于海面以上。當移動平臺時,樁腿則升起并隨平臺主體一起移動。這樣,整個樁腿分別處于海泥區(qū)、海水全浸區(qū)、潮差區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海洋大氣區(qū),其腐蝕因素較多,腐蝕環(huán)境非常惡劣,并且,樁腿對整個平臺起著支撐作用,其安全性、可靠性是至關重要,因此,必須對樁腿進行有效的防腐措施。同時,考慮到樁腿升降時與樁架之間的間隙較小,因此對其樁腿提出涂層與強制電流聯合保護的防腐設計方案。4.1設計方案4.1.1保護面積及電流>海水電阻率:25Ω·cm>海泥電阻率:100Ω·cm>保護電流密度:海水中50mA/㎡;海泥中30mA/㎡>保護年限:20a(1)保護面積(單樁)式中:D—支撐樁直徑,m。(2)保護電流量(單樁)式中:i—電流密度,mA/㎡S。(3)陽極接水電阻式中:L—陽極長度,cm;d—陽極直徑,cm。(4)選擇恒電位儀輸出電流:I0=50.2A,考慮20%余量,選擇輸出63A,考慮到后期隨防腐層破損設備輸出逐漸增大,選擇輸出100A。輸出電壓:U0=I0(0.12+0.3)=42(V),考慮20%余量,選擇輸出60V。4.1.3輔助陽極的控制目前在強制電流陰極保護中廣泛采用可控硅恒電位儀。每根支撐樁單獨設一臺恒電位儀,實現單獨控制,單獨監(jiān)測,另外備用2臺,可以定期實現自動切換。每臺恒電位儀控制4支不同高度的輔助陽極,見圖1。在平臺支撐樁伸長到海底并固定好后,方可用懸吊支架把陽極緩緩放入海平面以下,且4支陽極處于不同深度,使保護電流分布均勻。此時可以安裝通電點,即陰極電纜與支撐樁相連接。4.1.4鈦陽極dsa輔助陽極是將保護電流從電源引出的導電體,要求該導電體的材料具有良好的導電性能,當通過大電流時極化阻值小,陽極溶解損耗也少,對介質的接觸電阻穩(wěn)定,便于加工,經濟性好。輔助陽極的種類很多,但是適用于海水環(huán)境的并不多。常見的有鍍鉑鈦陽極、鉑鈮復合陽極、鉛銀合金陽極、鈦/金屬氧化物陽極。在此推薦使用釕鈦氧化物陽極。釕鈦陽極即在鈦基上涂有金屬氧化物的一種新型陽極,屬于混合金屬氧化物陽極(DSA)類。該陽極排流能力大,消耗率十分低,價格比鍍鉑鈦陽極低。釕鈦陽極在含一定氯離子的介質中,具有高的工作電流密度。在海水中,1000A/㎡的工作電流密度下,室溫至70℃溫度范圍,其極化電位不超過1.8V,0℃左右,其極化電位升高到2.8V左右。工程上長期使用,電化學性能普遍穩(wěn)定,與鍍鉑鈦陽極相比,性能相差無幾,而價格又便宜。在每根支撐樁周圍布置4支~8支釕鈦陽極,均布置在水平面以下不同深度,按照海水深度均勻布置在支撐樁周圍,距離支撐樁距離不小于3m。陽極通過導線固定在平臺底部,安裝一種特殊的懸吊支架,在支撐樁伸入海底并固定好后,將陽極緩緩的放到指定位置,固定好陽極和導線。4.3.5資金強度電極參比電極放置在通電點附近,海平面以下靠近支撐樁。為了減少IR降的影響,應使參比電極盡可能地靠近支撐樁鋼結構。可選用Ag/AgCl電極和鋅電極。這兩種電極的性能見表2:4.3.6主養(yǎng)系統(tǒng)保護監(jiān)測系統(tǒng)為了隨時監(jiān)測陰極保護系統(tǒng)是否正常運行,掌握陰極保護系統(tǒng)對水下鋼結構的保護是否有效,陽極工作狀態(tài)是否正常,需要設置平臺陰極保護監(jiān)測系統(tǒng)。由于海上的特殊作業(yè)條件,不允許隨時進行海下作業(yè),檢測保護電位,有必要通過監(jiān)測裝置來完成這一檢測工作?？稍谄脚_水下鋼結構不同水深的節(jié)點部位安裝Ag/AgCl和Zn雙電極電位測量探頭和犧牲陽極輸出電流測量探頭,把水下電化學信號通過電纜傳送到平臺水上中心控制室的數據采集系統(tǒng),可連續(xù)自動顯示和定時存儲監(jiān)測結果,具有高度智能化和自動化,實現系統(tǒng)的無人管理。5降低陰極保護費用海上平臺的各組