海洋石油平台导管架阴极保护的实施和改进综述

张金磊

摘 要 通过对海洋石油平台导管架阴极保护的情况进行检测，并对检测的结果进行分析。通过检测发现阴极保护的过程中极化进行的速度非常缓慢，并且不存在较为明显的导管极化成为保护电位的现象。不仅如此，位于水深70.5m左右的导管架，在水下浸泡超过21个月后仍然无法将导管架极化至保护电位，并且处于较深水位牺牲阳极所释放出的电流也远比浅水区牺牲阳极所释放的电流要大得多。经过所获得的相关信息对该情况进行分析，发现出现该现象的主要原因是由于设计时对电流密度的选取出现了问题，因为所选取的电流密度过小，导致其无法在导管架表面形成致密的钙质沉积层。本文主要对阴极保护存在的问题进行分析，并提出改进的方法，确保导管架能达到保护电位的作用。

关键词 平台；导管架；牺牲阳极；阴极保护；改造

改造海洋石油平台涉水的最深处可以达到84m左右，该海洋平台在建造的初期，建造方对施工的成本、工期以及施工时面对的问题等方面进行了分析，最终决定对海洋平台全浸区的导管架采用的是牺牲阳极保护阴极的保护方法，并且对全浸区的管道架进行涂层，对全浸区的管道架进行联合保护。但是在施工的过程考虑到工期的原因，最终决定取消对全浸区的导管架采用涂层，而仅仅依靠阴极保护来进行管道架的防腐。该平台导管架阴极保护根据DNV—RP_401的标准进行设计的，本文也将介绍该种导管架的阴极保护设计，并对保护的情况进行分析，进而加以改进。

1 阴极保护设计

DNV-RP_401对电流密度的取值主要是通过测量海水表面平均温度和海水深度，进而对其标准进行规定的。根据其标准的相关规定，此类型的海洋平台导管架的保护面积可以根据不同的表面状态和海水深度进行调节。因为导管架的保护面积以及保护电流的面积都是确定的值，通过已知的信息通过相关的计算就可以得到海洋平台的导管所需要的初始保护电流、维持电流以及末期电流等。按照该标准建造的平台阳极上的原理是Al—Zn—Ln合金来制作的牺牲阳极，并且对阳极的尺寸以及单支阳极的质量进行规定，保证阳极的具有标准的规格。另外在对导管架进行设计时，首先要测定放置区域的海水电阻率，并结合驱动电压对单支电极的初始电流和末期输出进行计算。通过计算的数据，确定需要在导管架上安装阳极板的数目，才能满足要求[1]。

2 导管架保护情况调查

对于大型的设备系统都具备保护监测系统，以避免发生事故。在导管架上也安装着阴极保护情况监测的装置，对其保护的情况进行监测记录，并且此种系统已经被广泛使用。导管架在布设之前就被安装了监测系统，该系统是由Ag/Agcl与高纯锌复合参比电极并配合多个电流探头，并以此来对导管架的保护电位进行实时监测，同时还可以测量牺牲阳极的发出电流。导管架下水518天后，通过监测系统发现单支牺牲阳极所释放出来的电流减小了，这也意味着在此深度下的导管架已经形成了一层致密的钙质沉积层。并且由于钙质沉积层受到流速较快的海水的影响，会使得牺牲电极所释放出的电流出现一定的波动。另外通过监测系统的记录70.5m和84.1m导管架的电位分别为700 mV和650 mV，始终没能达到防腐蚀的保护电位。并且这两个区域内的导管架与牺牲阳极之间存在较大的电位差，牺牲阳极所释放出来的电流比较大。而且在阴极保护系统中阳极的使用寿命与阳极的所释放出的电流成反比，因此根据监测结果来看，底层的阳极最先被消耗完[2]。

3 难以达成保护状态的原因分析

海底的温度一般都比较低，对钙质沉积层的形成起到了抑制的作用，其原因主要是氧气的扩散速度受到了限制，同时温度较低减缓了反应的速率，因此这个区段的形成的钙质沉积层的量很少，所以保护性能就比较差。因此为了形成良好的钙质沉积层，在低温时就需要加大电流密度。如果在设计时所选取的保护电流密度偏低时，导致阳极的消耗过快，导致整个导管架长期处于欠保护的状态。另外在浅水区时，氧气充足加之海水的温度也相对较高，所以该区域的碳酸钙的量很大，达到过饱和的状态，在这种过饱和的状态下导管架的表面上也会附着钙质沉积层，所以只需要释放出很小的电流就能满足要求，達到很好的保护效果。通过对浅水区与深水区保护状态的分析，发现浅水区的导管架保护情况良好，但是深水区的导管架一直处于欠保护的状态，这是海洋平台阴极保护法存在的不足。

4 改造方案

首先在设计时在水下区段铺设的导管架都是没有处理过的裸钢，如果仅仅依靠牺牲阳极对其进行保护的话就显得很乏力了，如果在使用中由于某些原因导致电位无法达到要求，也就无法起到保护阴极的作用，就会使得导管架在海水中被侵蚀，造成严重的危害，甚至危害到工作人员的安危。另外，海水上下两部分阳极所释放出的电流也有所不同，底部阳极释放出的电流远吗大于上部电流，这也就加快了其的消耗速率。因此，为了避免这种情况的发生，就需要在导管架底部相应的增加阳极板的数量，以此来降低单支阳极的压力，并且能保证底部导管架的电位处于保护电位。另外还有一种改进方法就是外加电流的阴极保护法，但是这种方法的使用并没有被广泛使用，因为其可靠性和耐久度都不及牺牲阳极的保护法，另外外加电流保护法的后期维护比较复杂，并且维护的量也非常大，所以应用并不广泛。

5 结束语

在施工的设计方面要有完备的分析，选取合适的阴极保护设计参数，保证导管架达到保护电位。另外在我国还没有相应的国家标准的规定，所以要根据各地的海洋平台的建设，对相关数据进行记录，对后面的工作和建设提供有效的帮助。

参考文献

[1] 陈武，龙云，陈超，等.平台导管架阴极保护监测系统及牺牲阳极阴极保护改造[J].全面腐蚀控制，2016，（7）：33-34，61.

[2] 董亮，王修云，李德明，等.数值模拟技术在海洋平台阴极保护中的应用案例分析[C].海洋材料腐蚀与防护大会.海洋材料腐蚀与防护大会论文集.北京：安科工程技术研究院（北京）有限公司安科工程技术研究院（北京）有限公司，2016：80-80.