自升式平台桩腿防腐蚀技术研究

韩伟驰 周 炳 蒋 凯

（中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司，天津 300452）

1 概况

自升式平台桩腿由桩体和桩靴组成，桩腿有两种形式：桁架式和圆柱式。对于不可进水式圆柱形桩腿，平台每次升降时，桩体与固桩室之间都会产生不同程度的摩擦，导致桩体表面一定面积的涂层被刮落，被剥落涂层的金属裸露在潮湿的空气中或淹没在海水中，造成腐蚀，且腐蚀多为电化学腐蚀。

2 自升式平台桩腿防腐蚀保护方法

2.1 牺牲阳极法阴极保护

采用电位比被保护的金属电位还要负的金属，

与被保护的金属连接在一起，作为阳极，腐蚀溶解所产生的电流，抑制被保护金属的腐蚀。

2.1.1 安装方案

将锌阳极块分别焊接在桩腿及桩靴上。

2.1.2 安装方案分析

（1）在桩腿上焊接其他结构，不符合入级规范；

（2）在桩腿上焊接锌块，只能保护桩腿，达不到保护桩靴的目的；

（3）在桩靴上焊接锌块，改变了桩靴的结构应力，造成安全隐患；

（4）在桩靴上焊接锌块，当拔桩拖航时，桩靴收在桩室内，锌块容易对船底造成破坏，存在安全隐患；

（5）不方便维修与保养。

2.2 外加电流防腐保护--桩靴本体安装电极

把要保护的金属构件作为阴极，采用不溶性电极作为辅助阳极，两者都放在电解质溶液里（如海水），通以直流电源后，大量电子被强制流向被保护的金属构件，使金属表面产生负电荷（电子）的积累，只要外加足够强的电压，金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被输送，因而实现金属的防腐蚀。

2.2.1 方案概述

通过控制电源提供直流电流，控制电源正极输出终端接辅助阳极和参比电极，控制电源负极与桩体连接；电缆通过桩腿内部下放至桩靴内部，辅助阳极与参比电极均安装于桩靴外表面；屏蔽层涂敷在辅助阳极周围；以海水为介质，通电对桩腿进行保护。

2.2.2 系统构成组件

（1）控制电源:选用磁饱和恒电位仪，提供直流电流；

（2）辅助阳极:与控制电源相连，将直流电流经由介质传输到被保护的金属结构上（桩体）；

（3）参比电极:监测被保护的金属结构（桩体）电位；为控制电源输出合适的保护电流提供控制信号；

（4）阳极屏蔽层:涂敷在辅助阳周围，使辅助阳极输出的保护电流能均匀地分布于被保护的金属结构（桩体及桩靴）。

2.2.3 安装方式

控制电源安装于平台上合适位置；电缆从控制电源通过桩室顶部沿桩腿敷设至桩靴，每个桩均是如此；在桩靴表面开孔，将辅助阳极分别焊接在不同的开孔内；把阳极屏蔽层涂敷在桩靴与辅助阳极之间。

2.2.4 安装方案分析

（1）所需电缆较长，造成成本的增加；

（2）电缆从桩室顶部通过桩腿内下放至桩靴，施工难度大；

（3）在桩靴上开孔、焊接，改变了桩靴的结构应力；

图1 桩腿摩擦情况

图2 锌块在装腿上焊接

图3 外加电流防腐保护原理

图4 外加电流法阴极保护-桩靴本体安装电极

（4）安装需要在进坞后方能施工，再次增加了成本；

（5）不便于维护与保养。

2.3 外加电流防腐保护—电极下放至海底

2.3.1 方案概述

阴极保护系统控制电源引自平台，负极与船体连接；正极连接输出电缆，电缆及电缆牵引绳（钢缆）在配重块的牵引下，通过电缆滚筒下放至海底，电缆终端分别连接参比电极和辅助阳极，升降平台作业时，将电极从海水中提出，电缆盘放在滚筒上；平台处于站立状态时，将电极下放至海底，对桩腿进行保护。

2.3.2 构成组件

（1）控制电源:选用磁饱和恒电位仪，提供直流电源；

（2）辅助阳极:与控制电源相连，将直流电流经由介质传输到被保护的金属结构上（桩体）；

（3）参比电极:监测被保护的金属结构（桩体）电位；为控制电源输出合适的保护电流提供控制信号；

（4）传动机构：带动电缆滚筒，提升、下放电缆及电缆牵引绳、配重块；

（5）配重块：防止辅助阳极、参比电极随海浪漂动。

2.3.3 安装方案分析

（1）不改变桩腿乃至桩靴结构，符合入级规范；

（2）升降船作业时，保护装置可以方便的下放和提升，方便维修；

（3）组件配备数量减少，电缆长度缩短，大大的降低了成本；

（4）不需要进坞安装，安装简单，利于维护，使用寿命较长。

3 自升式平台外加电流桩腿防腐蚀系统使用情况

3.1 概述

根据平台的现状，某平台采用第三种方案安装了桩腿防腐系统。

阴极保护系统电源引自平台；正极输出连接防水电缆，电缆终端连接辅助阳极，辅助阳极顺着配重块下放到海水中被保护的桩腿附近。

辅助阳极电缆采用一种新型电缆，此电缆耐腐蚀且具有一定的承载能力，不会导致电缆受力损坏；

新型电缆一端安装可拔插的航空水密插头，与阳极接线盒电缆相连，航空水密插头固定在绞车滚筒上；在升降阳极时，拔出相连航空水密插头，与绞车滚筒相连航空插头随滚筒转动，当阳极放入海水中合适位置后，绞车停止转动，重新连接航空水密插头；另一端与配重块相连，并连接阳极，如图所示：

图5 辅助阳极及配重块

3.2 设备安装注意事项

（1）控制电源引自平台380V电源，电极电缆和控制电源之间采用快速接头形式连接；

（2）辅助阳极电缆采用新型电缆；此电缆耐腐蚀且具有一定的承载能力，不会因外力而导致电缆受力损坏；

（3）桩腿与固桩区之间用可靠地短接线进行连接，短接线一端需制作接头，能够旋入桩腿的冲桩管线孔里；

（4）采用人力进行收放，绞车配刹车；绞车焊接到桩腿附近；

（5）配重块通过新型电缆下放到海底，入泥约1-2米。

4 总结及改进

通过研究发现，参比电极、辅助阳极只需入海水即可，因此该系统可进一步优化；把参比电极、辅助阳极全部做到一个撬块内部，然后固定到海水塔底部；共需要1套参比电极、1套辅助阳极，电缆顺着海水塔向上引至甲板即可；无论升船降船升降海水塔都不用再考虑这套装置的操作；绞车及配重块也省掉。冬季时，无需考虑海冰对电缆的损伤，不需要对电缆做防刮擦保护；升降船作业时，保护装置可以方便的下放和提升，节省人力资源，且方便维修；该系统不需要进坞安装，安装简单，利于维护。

[1]GBT3108-1999，中华人民共和国国家标准[S].

[2]中国船级社质量认证公司.海洋石油281操船手册[R]，2011，8.