海上移动式平台牺牲阳极设计及参数标准分析

0 引言

海上移动式平台拥有特殊的船体结构和防腐机构，能够对海洋石油进行开采和运输，能够对海洋石油进行合理的开采和运输，从而减轻能源危机带来的负面影响。而海上移动式平台的防腐能够保证海上移动式平台船体结构完好，合理配置防腐装置减少船体结构腐蚀，提高海上移动式平台的使用寿命，提升石油开采的经济效率。但是，在定期进行平台防腐装置更换时，常常发现防腐结构设计配备不合理，防腐锌块过快消耗，导致船体结构腐蚀严重，或者防腐锌块没有消耗，而船体结构反而被腐蚀，面对种种情况技术人员缺少必要的专业知识来判断具体问题产生的原因，在采购防腐牺牲阳极时也缺少相应的参考依据，造成技术人员的困扰。因此，有必要对海上移动式平台的防腐结构设计进行研究和分析。

1 海上移动式平台结构的相关论述

1.1 海上移动式平台防腐概述

海上移动式平台是海上众多类型平台的一种，钻井平台是一种海上石油钻井装置，拥有特殊的船体结构，能够对海上的石油进行安全开采，减少石油开采的海洋污染。因为石油开采对移动式平台的高技术设备要求和高标准操作要求，其维护成本和投资相对巨大，因为海上作业环境恶虐，海水腐蚀对移动是平台船体结构造成严重安全威胁，工业上预防钢结构腐蚀方法有三种：金属材料调整法、表层隔离防护法、电化学防护法，其中电化学防止金属腐蚀方法包括：外加电流方法、牺牲阳极方法。安装有效的防腐结构能够保障海上平台船体结构处于完好状态，提高海上移动式平台的使用寿命。本文重点阐述牺牲阳极保护法在海上移动钻井平台的应用。

1.2 牺牲阳极设计概述

牺牲阳极方法通常用于有液体腐蚀介质存在的环境中，牺牲阳极方法的具体原理：选用失去电子能力强的金属材料作为保护极，将其与需要保护的钢结构固定连接，当发生电化学腐蚀时，失去电子能力较强的牺牲阳极发生氧化反应被消耗，被保护的钢结构作以正极受到电化学反应避免被氧化，起到防护作用。因此，作为阳极（电解质反应的负极）的金属材料被腐蚀，保护了作为阴极（电解质反应的正极）的船体结构，这种方法叫做牺牲阳极保护法。牺牲阳极防腐方法通常是比较简单、经济，被广泛应用于有保护土壤或水电流源的电阻较小的大型高层建筑物或钢结构设施上，在缺乏电源要求时更富有使用价值。

按照行业标准，牺牲阳极产品原材料不同区别主要有：镁合金材料、铝合金材料、锌合金材料、镁带材料、锌带材料等产品。镁合金材料适用的电阻率环境高，锌合金材料适用的电阻率环境低。在海洋作业的平台一般选用锌合金和铝合金材料牺牲阳极，但是如果海水温度高于摄氏54度，锌阳极的电化学性能发生强烈变化，反而阴极被保护，造成钢结构腐蚀加速，因此，锌阳极材料的牺牲阳极仅适用于温度低于摄氏49度。

1.2.1 牺牲阳极应满足的条件

①电位必须要满足相关要求，必须要有相应的负极范围，必须要在相应的负极范围内，防止发生吸氢反应，影响其效果。②阳极的极化率要小，必须要控制阳极的极化率，努力减少阳极的极化率，使其符合相应的标准；而且输出的电位必须要稳定，必须要达到牺牲阳极保护法的标准。③阳极材料的电容量要大，海上移动式平台的规模较大,防腐的面积较大，需要的阳极材料也较大，而且阳极材料的电容量必须要大，只有这样才能满足海上移动式平台的防腐需求。④必须有高的电流效率，不能因为输送、化学反应等因素影响电流的效率，从而造成防腐成本的增加。⑤使用的阳极材料价格低廉，阳极材料的来源比较多，使阳极材料的消耗成本低，减少海上移动式平台的防腐成本。⑥在海上移动式平台防腐过程中，溶解均匀，容易脱落，其产生的腐蚀产物应是无毒无害，不能污染海洋和大气环境，符合绿色发展的观念。

在对海上移动式平台防腐牺牲阳极的设计过程中，必须要对牺牲阳极的消耗量进行计算，从而能够根据消耗量和成本选择合适的阳极材料，也能够计算出阳极材料更换的时间，有利于对海上移动式平台的阳极材料进行更换，能够满足海上移动式防腐牺牲阳极的设计要求。计算方法可参考船级社《船舶结构防腐蚀检验指南》附录C公式计算。

式中,pair和rinf分别为环境气压和此时的爆轰产物半径。联立式(21)--式(23)，可求出碎片第3阶段的速度增量vi：

牺牲阳极保护系统的设计包括：牺牲阳极保护设计计算书；牺牲阳极安装分部图。

填制采购订单、生成采购到货单、生成入库单、生成采购专用发票、采购结算、审核采购专用发票并制单，生成凭证如下：

I：电流的输出量（Amps）；T：使用寿命（yrs）；U：电流效率；Z：总电容量；Q：使用率（一般情况下，阳极的使用率为百分之85）；W：总重量（kg）。

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2 设计要求和相应的参数标准

根据标准：GB/T 4948-2002，该标准明确了铝-锌-铟系牺牲阳极的型号的命名方法、规格型号，牺牲阳极生产厂家按照国家标准的要求规范生产，方便准确下单采购。（图1）

更为复杂的政经逻辑隐藏其中，而这些逻辑和与之相配的操作路径，在未来，还将继续影响一个企业的产业路径与一个球队的竞技气质。

锡纯度应不低于GB/T 728-1998中Sn99.95的规定；

2.1 牺牲阳极固定固定安装要求

在制定了阴极的防护要求以后，还必须考虑与这些被保护表面相连接的无涂料表面的影响。铝合金材料的牺牲阳极也可以在货油舱以及相邻的加液舱中采用，但仅限于位能不大于28kgm的部位。而阳极的重量则取决于安装时的整体重量，包括衬垫和安装设施。

标准GB/T 4948-2002规定了牺牲阳极铁脚应当遵循的规则，按照标准对牺牲阳极极铁脚电阻是重要的参数之一。

1.3观察指标 治疗前及治疗2个月后,患者均接受PANSS[1]评分对其治疗效果进行评价,PANSS量表主要包括阳性症状量表、阴性症状量表及一般精神病理学症状量表等方面,分值越高表明患者临床症状越严重。并观察两组患者用药期间不良反应发生情况。

2.2 牺牲阳极的型号表示方法

铝合金牺牲阳极适用于海水环境的金属结构或原油储罐的防腐保护，在船舶建造、海洋工程设施、海港设施建造以及海底管道、海底电缆等设施中广泛应用。常用的铝合金材质牺牲阳极产品，由铝、锌、铟等金属铸造，其中的三种元素：铝、锌、铟是有机结合的整体。通常铟元素材料的含量和均匀分布的Al－Zn－In系牺牲阳极电流效率相当好，数值达80%以上。

2.3 牺牲阳极型号规格和结构型式标准

上述3种轨迹曲线都涉及e和d两个几何参数，这两个参数的取值影响轨迹的形状和长短，进而影响PPO的性能，因此以两种能耗指标分别对轨迹进行参数优化，确定最优轨迹的参数。

②压载水舱用牺牲阳极型号和参数对照标准GB/T 4948-2002规定表4，结构形式见图4。

2.4 牺牲阳极原材料的纯度制造标准

铝纯度应不低于GB/T 1196-1993中Al99.80的规定；

锌纯度应不低于GB/T 470-1997中Zn99.99的规定；

铟纯度应不低于YS/T 257-1998中In-1的规定；

镉纯度应不低于YS/T 72-1994中Cd99.99的规定；

标准GB4948－2002《铝－锌－铟系合金牺牲阳极》，该标准对牺牲阳极材料、尺寸、参数进行规范，为生产和使用提供了依据。海洋自升式平台的桩腿、桩靴因为在海水中长期作业受到电化学腐蚀损坏严重，为了控制钢结构腐蚀，钻井平台在设计时，除了采用常规的油漆隔离防护外，另外加装了防腐牺牲阳极结构，对受海水腐蚀到的部位进行防护。目前，各种尺寸的钻井平台桩腿和桩靴钢结构防腐防护广泛采用本标准系列的牺牲阳极。

镁纯度应不低于GB/T 3499-1995中Mg99.95的规定；

①船体用牺牲阳极型号参数对照标准GB/T 4948-2002规定附表1-3，结构形式见图1-3。

铝硅合金成分应不低于GB/T 8734-2000的规定；

钛纯度应不低于GB/T 2524-1981中2级钛的规定。

2.5 牺牲阳极的化成分标准对照标准GB/T 4948-2002规定要求（表1）

当用户有要求时，可以对化学成分适当调整，但性能和质量应符合标准。

2.6 牺牲阳极的电化学性能标准对照标准GB/T 4948-2002规定要求（表2）

3 牺牲阳极的消耗量计算

1.2.2 牺牲阳极设计的基本内容

牺牲阳极设计计算书包括：防腐保护方法选择；需保护结构部位的面积；设计电位大小、设计电流密度大小；如果选择牺牲阳极防腐方法，需要确定牺牲阳极的材料、规格、固定形式、规格大小、电容量大小、使用寿命和具体数量等。

在设计过程中，必须要对其进行相应的实验，计算出阳极材料的使用寿命。在实验中，必须要以相应的设计要求来模拟实际情况，对实验必须要12小时测量一次，从而能够计算出阳极的消耗量，计算出阳极的使用寿命，从而能够更好地满足设计的要求。

3) 病害调查。于烟叶采收末期分别调查根结线虫病发生情况，按照GB/T 23222—2008的方法进行病害分级，并计算病情指数和防治效果。

以海洋石油自升式钻井平台为例，钻井平台牺牲阳极设计参照相关的标准依据，在严重受侵蚀的位置和数量是在设计阶段完成，以下是设计计算的具体内容：①列出采用牺牲阳极的参数；②计算桩靴桩腿的表面积；③计算单个桩腿所需牺牲阳极的数量；④计算单个桩靴内部所需牺牲阳极的数量；⑤计算单个桩靴外部所需牺牲阳极的数量；⑥最后汇总计算出单个桩腿包括桩靴所需牺牲阳极的总数量。相关设计参数的选用是参考相关设计领域的经验值。数值选用的依据和标准：所设计或维修的平台船龄越长，海况海水环境较恶劣，所选择的参数越偏重于保护性更强的参数。

4 牺牲阳极安装、维护要求

4.1 牺牲阳极的安装注意事项

在产品设计使用过程中，必须要对牺牲阳极的整体安装结构进行严格要求，设计中必须要有相应的安装图纸和安装方法。对于用固定螺栓锚固的海水阳极，必须特别要注意保证其锚固螺栓完全密封，没有任何空隙，防止因锚固螺栓被海水腐蚀，而直接影响到或牺牲阳极管的安装及其结构的安全稳定性。在安装过程中，必须要保证牺牲阳极装置的稳定性，防止该装置被腐蚀。钢芯以具有足够连接尺寸的连续连接焊与每个结构部件连接，而且在每个连接螺栓支座上必须至少使用应有2只能连带一个防松保护螺母的连接螺栓支座来接以确保连接螺栓支座不会发生松动和被气体腐蚀，从而提高其结构的稳定性。而且在设计中，对于更换阳极的装置不能采用焊接等方法，一旦使用焊接等方法难以固定，焊接牺牲阳极可能会影响或损坏相邻舱室时，一般采用螺栓连接，以便减少或避免对相邻舱室的影响。在对牺牲阳极装置进行焊接时，可能会面临着焊接支座不对称的现象，影响该装置的稳定性。因此，在对其进行焊接时，必须要使用的支座焊缝应与其末端腹板焊缝连接，且支座焊缝连接距离与腹板末端边缘的焊接距离至少25mm。而且在设计时，必须要尽可能地避免不对称焊接现象的方式。在设计时，也要考虑实际的牺牲阳极装置安装和更换的情况，必须要将设计简单化，方便对装置进行安装和对牺牲阳极进行更换。在设计时，保证安装结构的稳定，从而能够使海上移动平台的牺牲阳极装置发挥出最大作用，使其装置能够更好的防腐。

根据语言输入与输出理论，英语学习者必须要在获得大量可理解的语言输入（听与读）的前提下，经过知识的内化过程才能进行有效的语言输出（读与写）。在以教师的讲授为中心、以课堂教学为唯一授课途径的传统英语教学模式下，教师在有限的课堂教学时间内主要通过讲解知识点的方式完成知识的传授，学生在课后缺乏教师指导的巩固知识的过程也是知识内化的过程，这种单一的教学模式由于缺乏足够量的语言输入与输出量，导致了英语教学出现费时低效的局面，无法适应社会对学生提出的人才标准要求。

4.2 防腐阳极日常维护要求

在对海上移动式平台牺牲阳极装置设计过程中，也要对相应的维护措施进行设计，从而能够方便养护，能够使装置达到相应的防护标准。为方便防腐蚀系统的维护和修理，在设计过程中，必须要对牺牲阳极装置的安装方法进行研究，必须要简化相应的装置和安装方法，为后期的修理和检查提供方便。海上移动平台的防腐阳极维护管理应当注意以下事项：

①牺牲阳极订货格书中至少应当包括牺牲阳极的外形尺寸、化学成分、电化学性能和最大接触电阻等。②订购的牺牲阳极必须提供符合要求的产品证书，同时还必须以每30块牺牲阳极抽样，取一样品进行电化学性能试验。平台验收人员最好亲自参加这个电化学性能试验。③日常巡检关注水线附近牺牲阳极的消耗情况和桩靴桩腿水下部分是否有锈蚀情况（拖航时检查），牺牲阳极消耗过多和过少都属于不正常现象。④坞修桩腿喷砂刷漆前应当对锌块做好防护工作以免油漆喷溅到锌块上影响锌块的氧化反应。

1.4 统计学方法 数据处理采用SPSS 19.0统计学软件，计量资料用（）表示，两组间比较用 t检验，多组间比较用方差分析，组间两两比较采用Dunnett-t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

4.3 牺牲阳极出厂质量保证书

详尽准确的质量保证书信息，以便后期维修管控和质量问题追踪。为此，牺牲阳极出厂证书应包括：①生产厂家名称；②产品信息和型号；③出厂编号；④重量和数量；⑤分析检验报告信息；⑥生产日期；⑦产品标符合标准信息。

4.4 防腐阳极参数标准查验分析

在海上移动式平台的牺牲阳极在应用到实际中后，必须要对应用的实际参数进行相应的分析，让实际的参数与标准参数进行比较，从而能够更准确、更及时地发现其存在的问题。也要对阴极保护的效果应进行定期检查。相应的分析标准或要求如下：①对牺牲阳极系统性能进行试验检查，对机械元件损伤处理情况等因素进行一个相应的试验检查，让检查的数据符合设计的标准，也要及时地对牺牲阳极进行更换。②对牺牲阳极的状况进行全面检查，使检测的参数与设计的标准参数进行比较，从而能够更加准确、及时地发现其存在的问题，保障牺牲阳极装置正常、稳定发挥防腐保护性能。③在用户进行对比参数表与标准零件对比时，必须对所有牺牲阳极进行定期检查，当用户发现其发生脱落或者严重损坏后，必须按需要重新选用进行更换安装，从而能够确保牺牲阳极装置能够正常、稳定的工作。牺牲阳极已测量超过国家规定阳极使用寿命年限时，必须及时更换。也要建立海上移动式平台防腐检测机制，能够对海上移动式平台的防腐效果和影响进行实时监测，防止海上移动式平台受到较大的腐蚀，影响其工作效率。

5 结束语

综上所述，海上移动式平台的牺牲阳极设计对于海上移动式平台的正常、稳定运行和使用寿命具有重要的作用。因此，必须要加强对海上移动式平台的牺牲阳极设计要求和参数标准进行分析，从而能够保证海上移动式平台能够正常、稳定的工作，能够提高海上移动式平台的使用寿命，促进海上油气资源的高效开发。

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