防海生物装置在海上平台的设计和选型优化分析

任兆宁，陈康成，刘康民，陈文轩

（中海石油（中国）有限公司文昌9-2/9-3/10-3气田，广东湛江 524000)

1 防海生物装置原理概述

防海生物装置是一种保护海水电化学腐蚀的装置，它主要应用于各类船舰、海上平台、滨海发电厂和滨海化工厂等地方，为了对使用海水较多的海上结构进行保护。

常用的防海生物装置按照不同原理分为：次氯酸钠和电解铜铝，其他方式还有刷涂防污漆、添加海水中毒料、过滤和灼热等。

次氯酸钠防海生物装置是利用次氯酸钠的强氧化性杀死海生物。海水电解生成次氯酸钠，次氯酸钠电离分解为次氯酸根和钠离子，次氯酸根水解为次氯酸，次氯酸能后穿透并啥词海生物，其反应公式如下：

其中次氯酸钠装置由于需要定期清洗，维护麻烦，对碳钢有腐蚀，需要耐腐蚀材料，所以成本较高，一般用于海水需求量大的平台（＞1200～1500m³/h）。

电解铜铝防海生物装置成本低，结构较简单，使用范围广，用于海水量需求小的地方，但是它对海洋有金属污染。

本文主要讨论电解铜铝的防海生物装置设计和应用。

电解铜铝防海生物装置的工作原理一般为电解金属电极，通过控制仪对金属电极施加低压弱电流使电机在海水中电解，从而向循坏的海水中释放出一定浓度的金属离子和氧化物质，在海水系统内造成海生物难以生存的化境。同时在管线表面形成一层保护膜，达到防污防腐的双重目的。当前行业标准的离子浓度一般为2PPb～5PPb mg/L。

电解铜铝防防海生物装置的防污防腐原理：铜电极电解释放微量铜离子，它能破坏海生物细胞中的蛋白质并使其生命停止，达到防污作用；铝电极电解生成氢氧化铝絮状物质，一方面吸附铜离子并将他们送到各个管系，另一方面产生薄膜附着在管壁，起到防腐作用。

2 防海生物装置的设计

由于上述海上结构需要用到海水，而海水的电化学腐蚀和海洋生物的附着污损是海水系统的两大主要危害因素。海水的电化学腐蚀会在金属表面形成氧浓差电池，使设备和管件局部腐蚀加速，从而造成点蚀穿孔；海生物的附着生产会导致管线、阀门、过滤器等发生堵塞，造成设备效率降低，导致消耗增加和设备寿命降低，最终影响到整个系统的工作效率和效益。

防海生物装置的常用设计原理如下图一，主要由三大部分组成：电控箱，内装控制仪，有恒流、电压可调的功能，作为电解的电源和信号的输入和输出；电解罐，作为阴极和阳极（通常为铜、铝）安装罐体，并承担电解前后的海水流入和流出；管汇（图2），作为和各个用户连接的渠道，上面有流量计和阀门等

图1 典型接线图

图2 流量计和管汇

某海上平台有4台海水提升泵、2台电动消防泵和1台柴油消防泵，7台泵的流量如图3、图4，按照最高行业标准要求离子浓度5PPb mg/L进行设计。其中两台常运行海水泵按照额定排量计算，其他备用设备按照50 m³/h计算。

图3 泵的排量

图4 单台泵的计算数值

海水处理总量为：800+800+50×5=1850 m³/h

对应的铜离子质量为：1 8 5 0 m³/h*5 m g/m³=9250mg/h

1年的铜离子重量：9 2 5 0 m g/h*24h*365≈80.03kg

3 电解铜铝防海生物装置实际应用的问题探讨

综上所述，根据不同的用户，选择不同的防海生物装置是很有必要的，它需要综合考虑海水的处理量、海水用途、海况等情况。另外，设计人员要多收集现场各用户的使用信息，做到逐步改进技术，从而达到更优，只有这样，才能发挥防海生物装置的最大化效果。

上文中的电解铜铝防海生物装置在实际应用有几个问题：

一、电极尤其是正极的绝缘问题，如果设计电极使用年限太小，则更换频繁；如果设计使用年限达，相应的电极会比较重，更换不方便，而且随着时间延长，阳极绝缘容易出现问题，尤其是阳极和撬块接触的地方；

二、管汇输出的问题，由于用户比较多，输出的用户是靠水压控制自己流动，一般设计为流量计下端入口，上端出口，当用户需求量大时，一般不受压力影响，当用户特别是备用泵，需求注入量小，当压力设计较小时，无法完全控制注水量；所以想改变此情况，要么把前端水压升高，要么需要再增加设备保证注水量不受影响，都需要加大投资；、

当前海上平台增加了一种优化后的用法：就是把电解铜铝的控制仪安装在水上，而铜棒和铝棒及固定装置直接安装在水下，一般安装在泵的进水口附近。这样安装的优点是，大大减少了水上的占用面积，减小了由于管线损坏导致注入量收影响的问题，需要的辅助管件等减少，从而节约费用。同样此方法缺点也存在，就是更换阳极需要提泵进行。由于海上平台的提泵周期为3-6月，使用合适的阳极可以保证提泵周期和阳极更换周期基本保持一致，所以目前海上平台使用此方法是利大于弊的，值得推广。

4 结论

综上所述，根据不同的用户，选择不同的防海生物装置是很有必要的，它需要综合考虑海水的处理量、海水用途、海况等情况。另外，设计人员要多收集现场各用户的使用信息，做到逐步改进技术，从而达到更优，只有这样，才能发挥防海生物装置的最大化效果。