海洋石油平臺的防腐蝕

1、海洋石油平臺的防腐蝕一、海洋石油平臺的腐蝕狀況海洋石油平臺的絕大多數(shù)是用鋼鐵建造的。隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展，用于開發(fā)海洋石油的平臺有多種多樣，既有簡易的單柱平臺，也有用鋼量達(dá)萬噸以上的巨型平臺。大型平臺的構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，具有多種作業(yè)功能，造價也十分昂貴。這些平臺一般都放置在離岸較遠(yuǎn)的海域里，而且多數(shù)是固定安裝的。因此，它們不能像船舶那樣進(jìn)行塢修，維修十分困難。為了確保石油開采作業(yè)的順利進(jìn)行，保證作業(yè)人員的安全和保護(hù)環(huán)境，進(jìn)行海洋石油開發(fā)的國家政府和油公司，都付出了巨大的努力來防止平臺破壞。導(dǎo)致平臺破壞的原因有各種各樣，但大多數(shù)來自海洋環(huán)境對平臺的作用。這此作用可以歸納為作用力和腐蝕。腐蝕除了直接

2、使平臺構(gòu)件壁厚減薄和局部出現(xiàn)深坑乃至穿孔，大大地降低平臺的強(qiáng)度儲備以外，它還會和交變的外力共同作用，造成平臺構(gòu)件的腐蝕疲勞，引發(fā)平臺構(gòu)件開裂，招致嚴(yán)重事故。設(shè)計(jì)平臺時，對可能遇到的環(huán)境作用力極值都作了充分的考慮。在建造和安裝中，對材料和施工質(zhì)量有嚴(yán)格的檢驗(yàn)。因此，防止平臺破壞的重要責(zé)任，便落在了防腐蝕工作者的肩上。海洋石油平臺鋼鐵設(shè)施的腐蝕機(jī)理與狀況和其他海洋鋼結(jié)構(gòu)大致相同。但遠(yuǎn)離海岸的石油平臺遭受的腐蝕環(huán)境更惡劣，而且各區(qū)域間的構(gòu)件由于環(huán)境條件的不同，會形式宏觀腐蝕電池，使得平臺整體所受到的腐蝕和單獨(dú)處于各區(qū)域鋼鐵的腐蝕，有明顯的不同，設(shè)施的維護(hù)和修復(fù)也更困難。下面對石油平臺金屬在海洋環(huán)境中

3、腐蝕情況作一些補(bǔ)充說明。1、 海洋大氣區(qū)海洋大氣中鋼鐵的腐蝕速度比內(nèi)陸大氣中要高45倍。在天津塘沽岸邊的大氣掛片表明，碳鋼的年腐蝕量為0.04。渤海海中平臺的實(shí)測腐蝕量超過0.1/a，有的達(dá)0.20.3/a。2、 飛濺區(qū)不少資料都指出，碳鋼在飛測區(qū)的腐蝕量達(dá)到甚至超過0.5/a。渤海使用10年的鋼質(zhì)平臺，曾測得飛濺區(qū)的腐蝕速度約0.45/a，并且有不少深度2以上的蝕坑。當(dāng)海浪拍擊平臺構(gòu)件表面時，混在海水中的氣泡沖擊構(gòu)件表面，對它們的保護(hù)層有很大的破壞力。在設(shè)計(jì)飛濺區(qū)涂層時，應(yīng)特別注意。3、 潮差區(qū)海洋石油平臺是貫穿海泥至大氣的連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)，其腐蝕特征有別于單獨(dú)處于各區(qū)域的鋼鐵。單個掛片的碳鋼腐蝕

4、速度，潮差區(qū)比全浸區(qū)要高12倍，而上下連續(xù)的平臺結(jié)構(gòu)，在潮差區(qū)受到的腐蝕卻比全浸區(qū)要輕一些。有的設(shè)計(jì)者把潮差區(qū)并入飛濺區(qū)考慮，這并不意味著潮差區(qū)的構(gòu)件受到的腐蝕程度和飛濺區(qū)一樣嚴(yán)重，而是考慮到施工、維修以及陰極保護(hù)效果等因素的影響。4、 海水全浸區(qū)在防護(hù)措施不完善的平臺上，海水全浸區(qū)發(fā)生腐蝕有時會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。例如渤海4號平臺，在使用12年后的一次檢測中，在低潮位附近發(fā)現(xiàn)了多處構(gòu)件被腐蝕穿了的孔洞。全浸區(qū)中鋼鐵的腐蝕速度，一般為0.10.2/a。5、 海底泥土區(qū)海底沉積物是很復(fù)雜的介質(zhì)，不同海區(qū)海泥對鋼鐵的腐蝕會有所不同，尤其是有污染和大量有機(jī)物沉積的軟泥，需要特別加以注意。一般認(rèn)為，由于缺

5、少氧氣和電阻率大等原因，海泥中鋼鐵的腐蝕要比海水中輕得多，在深層土壤中更是如此。在與海水交界的淺層泥中，也會發(fā)生如同低潮位附近那樣的氧濃差電池腐蝕。海洋環(huán)境中鋼鐵的腐蝕是一種電化學(xué)現(xiàn)象。因此，只要能消除電化學(xué)腐蝕的基本條件腐蝕電池、導(dǎo)電介質(zhì)和去極化劑，就能抑制腐蝕的發(fā)生。海洋石油平臺的防腐蝕雖然有多種多樣，但歸結(jié)起來都是以消除上述三大條件之一或全部條件為目的。在實(shí)踐中，往往同時用兩種或多種防腐蝕手段來達(dá)到最好的防腐蝕效果。由于海洋環(huán)境條件十分惡劣，石油平臺的防護(hù)維修非常困難，即使能夠維修，付出的代價也很驚人。所以，對海洋石油平臺防腐蝕措施的基本要求，是它的可靠性和長效性。防腐蝕所用的材料，必須

6、有充分的質(zhì)量保證。防腐蝕施工，要有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)。在平臺使用期間，應(yīng)依據(jù)規(guī)范要求定期檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題及時采取補(bǔ)救措施，防止事故發(fā)生。二、防腐蝕設(shè)計(jì)海洋石油平臺的防腐蝕設(shè)計(jì)應(yīng)由具有資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位和防腐蝕專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮使結(jié)構(gòu)減少腐蝕因素并有利于防腐蝕，例如盡量減少飛濺區(qū)的面積和大氣區(qū)需涂覆的面積，在飛濺區(qū)不采用T型、K型或Y型交叉連接方式并避免焊接接頭，采用連續(xù)焊接而避免鉚接、緊配合、螺栓連接等構(gòu)件組合方式，有利于防腐蝕施工等等。下面闡述防腐蝕設(shè)計(jì)的具體做法。1、 防腐蝕措施的確定原則海洋石油平臺的防腐蝕措施多種多樣。對于具體的一座海上平臺，其防護(hù)措施應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定，

7、其最基本的要求是要有充分的可靠性，在此基礎(chǔ)上同時考慮技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)的合理性。在進(jìn)行防腐蝕設(shè)計(jì)前，慶掌握海洋石油平臺的結(jié)構(gòu)型式和尺寸、平臺使用功能和年限、平臺所處海域的環(huán)境條件，尤其是環(huán)境中的腐蝕因子及其強(qiáng)度等資料。以平臺的建造地和施工條件，也應(yīng)當(dāng)有所了解。只有具備了這些資料，才能使所確定的防腐蝕措施既可靠又適用。由于海洋石油平臺往往是一座龐然大物，所處的空間從海底土壤直至海洋大氣，所以，一般都同時采用多種防腐蝕措施來達(dá)到最佳的防護(hù)效果。海洋大氣區(qū)中的平臺結(jié)構(gòu)，一般采用涂層保護(hù)或噴涂金屬層加封閉涂層保護(hù)，有些形狀復(fù)雜的附屬件，如欄桿、格柵等，也可用鍍鋅保護(hù)。在飛濺區(qū)和潮差區(qū)，一般用厚涂層防腐

8、蝕，或者包覆有機(jī)復(fù)合層、樹脂砂漿或耐蝕合金。全浸區(qū)和泥土區(qū)，一般采用陰極保護(hù)法防腐蝕。在全浸區(qū)使用涂層保護(hù)的，已經(jīng)越來越少。無論何種防腐蝕措施，都很難做到完全消除腐蝕，因此，在腐蝕條件苛刻的區(qū)域（如飛濺區(qū)），在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時必須在強(qiáng)度要求以外增加腐蝕余量。在一般區(qū)域，也應(yīng)根據(jù)預(yù)計(jì)的防腐蝕效果，適當(dāng)考慮腐蝕余量。2、 適用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范海洋石油平臺不僅投資浩大，而且在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中，它承受著一定的風(fēng)險。為了確保海上平臺的安全，一些開發(fā)海洋石油資源的主要國家，如美國、挪威、英國等，有關(guān)的機(jī)構(gòu)都發(fā)布了平臺規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、入級的規(guī)范。針對平臺的防腐蝕，也發(fā)布了相應(yīng)規(guī)范，并且指定相關(guān)的適用標(biāo)準(zhǔn)。我國政府

9、于1992年以能源部令的方式頒布了海上固定平臺安全規(guī)則，明確規(guī)定了海上石油平臺的防腐蝕要求。1983年，中國船檢局發(fā)布了海上固定平臺入級與建造規(guī)范，其中對平臺防腐蝕也有明確規(guī)定。1993年，中國海洋石油總公司等同采用了美國國家腐蝕工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)：NACE Stamdard RP-01-76海上固定石油生產(chǎn)鋼質(zhì)平臺的腐蝕控制作為推薦標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。中國石油天然氣總公司基建工程局主編的灘海石油工程防腐蝕技術(shù)規(guī)范，將在最近以行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。上述“規(guī)則”、“標(biāo)準(zhǔn)”、“規(guī)范“，是海洋石油平臺防腐蝕設(shè)計(jì)、施工依據(jù)的主要文件。在通常情況下，平臺建設(shè)者（業(yè)主）在發(fā)標(biāo)或委托中都會指示設(shè)計(jì)、建造者（承包商）必須遵照那

10、些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。業(yè)主指定的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中涉及到的有關(guān)材料和施工與檢驗(yàn)機(jī)具及方法的標(biāo)準(zhǔn)，承包商也必須參照執(zhí)行。3、 涂層保護(hù)設(shè)計(jì)涂層保護(hù)是海洋石油平臺大氣區(qū)和飛濺有效而經(jīng)濟(jì)的防腐蝕措施。正確地選擇涂層系統(tǒng)并確定相應(yīng)的施工工藝，才能確保涂層的保護(hù)效果。這是涂層保護(hù)設(shè)計(jì)的宗旨。一個完整的涂層保護(hù)設(shè)計(jì)，應(yīng)包括涂層系統(tǒng)、涂料用量、表面處理、涂裝方法、涂層檢驗(yàn)以及經(jīng)濟(jì)概算等項(xiàng)內(nèi)容。（1）涂層系統(tǒng)的確定 海洋石油平臺上的涂層系統(tǒng)一般包括底漆、中間涂層和表面涂層。海上腐蝕環(huán)境惡劣，維修費(fèi)用很高，所以必須選擇那些經(jīng)過嚴(yán)格試驗(yàn)的長效保護(hù)涂料。不同的環(huán)境和使有條件應(yīng)使用不同的涂層系統(tǒng)，同一系統(tǒng)的各涂層間，應(yīng)當(dāng)有很好的粘

11、結(jié)性。表1-1列出了海洋石油平臺和有關(guān)設(shè)備常用的涂層系統(tǒng)。選擇涂層系統(tǒng)主要依照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。表1-1海洋平臺上典型的涂層系列涂層厚度µm涂層厚度µm洗滌底漆乙烯基涂層，中間和表面涂層（34層）125200250無機(jī)鋅后固化底漆環(huán)氧中間涂層乙烯基丙烯或聚氨酯涂層7512550無機(jī)鋅自固化底漆環(huán)氧中間涂層乙烯基丙烯或聚氨酯涂層7512550無機(jī)鋅后固化底漆環(huán)氧結(jié)合層環(huán)氧中間涂層乙烯基丙烯或聚氧酯涂層755010015050無機(jī)鋅自固化底漆環(huán)氧中間和表面涂層（2層）75250無機(jī)鋅后固化底漆共聚物結(jié)合層乙烯基厚膜表面涂層7550150250無機(jī)鋅自固化底漆乙烯基厚膜中

12、間涂層乙烯基表面涂層（2層）7510015050無機(jī)鋅自固化底漆環(huán)氧結(jié)合層厚膜聚氨酯涂層7550150250洗滌底漆氯化橡膠:中間和表面涂層(34層)125200250對于表面溫度可能很高(90以上)的設(shè)備,應(yīng)采用耐高溫的涂層,也可使用噴涂金屬層或陶瓷涂層等保護(hù)層。對一些復(fù)雜的鋼構(gòu)件,如護(hù)柵、扶手、儀表盒、設(shè)備撬座等，施加涂層很困難，用熱浸鍍鋅是一種有效的防腐蝕方法。在設(shè)計(jì)表面涂層時，還應(yīng)當(dāng)注意選擇不同的顏色，以便提供統(tǒng)一的顏色代號，有利于設(shè)備標(biāo)識和安全生產(chǎn)。表12列出了海上石油平臺結(jié)構(gòu)和主要設(shè)備表面涂層顏色的一般規(guī)定。表中沒有列出的，可參照油氣地面管線和設(shè)備涂色規(guī)定。當(dāng)一個涂層系統(tǒng)由二道以上

13、涂層組成時，各涂層宜有顏色區(qū)別，以避免漏涂。表12 海上平臺結(jié)構(gòu)表面涂層顏色結(jié)構(gòu)名稱顏色結(jié)構(gòu)名稱顏色結(jié)構(gòu)件、桿、板、桁架、通風(fēng)結(jié)構(gòu)、甲板、地板橋梁人行道和樓梯支架欄桿柵欄組塊內(nèi)壁（包括生活區(qū)）組塊天花板外面滅火和安全設(shè)備（包括消防水管）有危險的障礙物橙、灰或黑等銀白黃鍍鋅，灰鍍鋅，灰灰白淺綠安全紅黃黑交替條紋搖臂吊車構(gòu)架、單軌橫梁、滑車通訊塔直升飛機(jī)甲板深灰或深綠 頂部與底部為橙黃色中間為橙黃色與白色交替條紋，條寬為塔高的1/7就符合海上固定平臺直升機(jī)場規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法的要求（2）涂料用量計(jì)算 使用不同涂層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備的表面積及涂料用量應(yīng)當(dāng)分別計(jì)算。涂裝面積和涂層濕膜厚度的乘積為

14、該涂層涂料的實(shí)際用量（體積）。向采辦部門提供的料單應(yīng)包括施工的損耗量，并且加以說明。稀釋劑也是設(shè)計(jì)者必須考慮的。除了按面積計(jì)算以外，有些較細(xì)桿件（管件），也可以按長度計(jì)算涂料用量。對于一些小的機(jī)械和附屬件，如馬達(dá)、緊固件、法蘭等，則可以按件數(shù)計(jì)算。（3）表面處理 對采用涂層保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)和設(shè)備表面，在涂裝前進(jìn)行符合標(biāo)準(zhǔn)要求的表面處理是保證涂層保護(hù)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。進(jìn)行涂層保護(hù)設(shè)計(jì)時，必須對待涂表面的處理方法和應(yīng)該達(dá)到的質(zhì)量要求，作出說細(xì)的說明。表面處理方法有手工工具清理、動力工具清理、火焰清理、離心輪和空氣噴吵處理、溶劑清洗和化學(xué)方法處理，設(shè)計(jì)時應(yīng)極據(jù)實(shí)際需要選用適宜的方法。無論采用哪種處理方法，

15、處理后的鋼表面，都必須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，表面處理時的環(huán)境條件、作業(yè)時的安全和環(huán)境保護(hù)也是設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。（4）涂裝方法和涂層檢驗(yàn) 涂層的施工（涂裝）方法有高壓無氣噴涂、壓縮空氣噴涂以及刷涂、滾涂、熱噴涂、浸涂等。涂裝方法的確定一般依據(jù)涂料生產(chǎn)廠的技術(shù)說明，同時還應(yīng)考慮施工條件和可能獲得的設(shè)備。在設(shè)計(jì)文件中，對涂料的混合、稀釋、貯存以及施工場所的溫度、濕度等，都應(yīng)有明確的規(guī)定。涂層檢驗(yàn)包括對每道涂層的檢驗(yàn)和驗(yàn)收前對全部涂層系統(tǒng)的檢驗(yàn)。涂層檢驗(yàn)的內(nèi)容有濕膜和干膜厚度、涂層缺陷（如漏涂、流掛、皺紋、裂紋、針孔等）、附著力等。設(shè)計(jì)者應(yīng)對上述內(nèi)容的檢驗(yàn)方法和應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)，以及對不合格涂層的處理方

16、示，作出明確的規(guī)定，這些規(guī)定必須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。4、 陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，應(yīng)對海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)本身和周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，掌握建造平臺的材料、涂層保護(hù)等情況。對周圍環(huán)境，除了應(yīng)了解周圍有無其他設(shè)施以及它們對平臺陰極保護(hù)可能的影響以外，更應(yīng)掌握所處海域海水和海泥的溫度、PH值、電阻率、含氧量、污染和細(xì)菌活動情況，以及海水流速、水中懸浮物等數(shù)據(jù)。陰極保護(hù)有犧牲陽極法和外加電流法，兩種方法均可用于海洋石油平臺的防腐蝕，但目前采用犧牲陽極法的占大多數(shù)。（1）陰極保護(hù)準(zhǔn)則 設(shè)計(jì)陰極保護(hù)系統(tǒng)時，設(shè)計(jì)者應(yīng)指明評價平臺陰極保護(hù)效果的準(zhǔn)則，以便在平臺使用期間對平臺被保護(hù)情況進(jìn)行監(jiān)測

17、和檢測。參比電極Cu/CuSO4Ag/AgCIZn含氧環(huán)境最小值最大值0.851.100.801.05-0.25-0.00缺氧環(huán)境中最小值最大值0.951.100.901.05-0.15-0.00很高強(qiáng)度的鋼S700Mpa最小值最大值0.851.000.800.95-0.25-0.00電位準(zhǔn)則是最常用來評價陰極保護(hù)效果的準(zhǔn)則。在通常條件下，平臺結(jié)構(gòu)測得的電位應(yīng)符合表1-3的要求。施加保護(hù)電流時，陰極電位負(fù)移大于300mV，也表明平臺處于良好保護(hù)狀況。外觀檢查（潛水員觀察或觸摸、物理測量、照相或攝像等）和在平臺典型位置安裝試片也是評價平臺陰極保護(hù)效果的有效方法。（2）保護(hù)電流密度的確定和保護(hù)電流

18、計(jì)算 保護(hù)電流密度因環(huán)境條件和海上平臺結(jié)構(gòu)的表面狀況的不同，會有很大差別。確定保護(hù)電流密度時，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)相似條件的經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)測量結(jié)果予以確定。當(dāng)遇到像庫克灣那樣的環(huán)境條件或風(fēng)暴期間，保護(hù)電流密度會比表中的數(shù)值大得多。如果平臺采用涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)，僅需考慮涂層缺陷和平臺使用期間涂層損壞而需要的電流。涂層損壞程度很難確定，它取決于涂料的種類和施工質(zhì)量。使用1520年以后，海水中的涂層損壞程度可能達(dá)到50%。（3）陽極輸出電流 陽極輸出電流大小應(yīng)根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)的需要加以設(shè)計(jì)。用于保護(hù)海洋石油平臺的犧牲陽極，一般每個陽極塊的輸出電流為36A。用于外加電流系統(tǒng)的輔助陽極，應(yīng)根據(jù)電流分布的需要以及陽極材料的特性和直流電源的配置來確定電流輸出。（4）陽極壽命和陽極用量 海洋石油平臺陽極使用年限可有用式（14）計(jì)算。其中的陽極材料的利用系數(shù)，是指當(dāng)剩余陽極材料不能發(fā)出所需要的電流時，已利用的材料質(zhì)量與陽極使用前的質(zhì)量