海洋石油平臺(tái)的防腐蝕

1、海洋石油平臺(tái)的防腐蝕一、海洋石油平臺(tái)的腐蝕狀況海洋石油平臺(tái)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(tái)有多種多樣，既有簡(jiǎn)易的單柱平臺(tái)，也有用鋼量達(dá)萬噸以上的巨型平臺(tái)。大型平臺(tái)的構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，具有多種作業(yè)功能，造價(jià)也十分昂貴。這些平臺(tái)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(guó)家政府和油公司，都付出了巨大的努力來防止平臺(tái)破壞。導(dǎo)致平臺(tái)破壞的原因有各種各樣，但大多數(shù)來自海洋環(huán)境對(duì)平臺(tái)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(tái)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(tái)的強(qiáng)度儲(chǔ)備以外，它還會(huì)和交變的外力共同作用，造成平臺(tái)構(gòu)件的腐蝕疲勞，引發(fā)平臺(tái)構(gòu)件開裂，招致嚴(yán)重事故。設(shè)計(jì)平臺(tái)時(shí)，對(duì)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(duì)材料和施工質(zhì)量有嚴(yán)格的檢驗(yàn)。因此，防止平臺(tái)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(tái)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(tái)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(huì)形式宏觀腐蝕電池，使得平臺(tái)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(duì)石油平臺(tái)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 mm。渤海海中平臺(tái)的實(shí)測(cè)腐蝕量超過0.1 mm/a,有的達(dá) 0.20.3mm/ao2、 飛濺區(qū)不少資料都指出，碳鋼在飛測(cè)區(qū)的腐蝕量達(dá)到甚至超過0.5mni/a。渤海使用10年的鋼質(zhì)平臺(tái)，曾測(cè)得飛濺區(qū)的腐蝕速度約0.45 mm/a,并且有不少深度2 mm以上的蝕坑。當(dāng)海浪拍擊平臺(tái)構(gòu)件表面時(shí)，混在海水中的氣泡沖擊構(gòu)件表面，對(duì)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(shí)，應(yīng)特別注意。3、 潮差區(qū)海洋石油平臺(tái)是貫穿海泥至大氣的連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)，其腐蝕特征有

4、別于單獨(dú)處于各區(qū)域的鋼鐵。單個(gè)掛片的碳鋼腐蝕速度，潮差區(qū)比全浸區(qū)要高12 倍，而上下連續(xù)的平臺(tái)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(tái)上，海水全浸區(qū)發(fā)生腐蝕有時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。例如渤海 4 號(hào)平臺(tái)，在使用12 年后的一次檢測(cè)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0.10.2mm/ao5、 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(duì)鋼鐵的腐蝕會(huì)有所不同，尤其是有污染

5、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(huì)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(tái)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(shí)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(tái)的防護(hù)維修非常困難，即使能夠維修，付出的代價(jià)也很驚人。所以，對(duì)海洋石油平臺(tái)防腐蝕措

6、施的基本要求，是它的可靠性和長(zhǎng)效性。防腐蝕所用的材料，必須有充分的質(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(tái)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(shí)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(tái)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(tái)的防腐

7、蝕措施多種多樣。對(duì)于具體的一座海上平臺(tái)，其防護(hù)措施應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定，其最基本的要求是要有充分的可靠性，在此基礎(chǔ)上同時(shí)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(tái)的結(jié)構(gòu)型式和尺寸、平臺(tái)使用功能和年限、平臺(tái)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(tái)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(tái)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(shí)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(tái)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

8、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(shí)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(tái)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(xiǎn)。為了確保海上平臺(tái)的安全，一些開發(fā)海洋石油資源的主要國(guó)家，如美國(guó)、挪威、英國(guó)等，有關(guān)的機(jī)構(gòu)都發(fā)布了平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、入級(jí)的

9、規(guī)范。針對(duì)平臺(tái)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(guó)政府于1992 年以能源部令的方式頒布了海上固定平臺(tái)安全規(guī)則，明確規(guī)定了海上石油平臺(tái)的防腐蝕要求。1983 年，中國(guó)船檢局發(fā)布了海上固定平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范，其中對(duì)平臺(tái)防腐蝕也有明確規(guī)定。1993 年， 中國(guó)海洋石油總公司等同采用了美國(guó)國(guó)家腐蝕工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)：NACE Stamdard RP-01-76海上固定石油生產(chǎn)鋼質(zhì)平臺(tái)的腐蝕控制作為推薦標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。中國(guó)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(tái)防腐蝕設(shè)計(jì)、施工依據(jù)的主 要文件。在

10、通常情況下，平臺(tái)建設(shè)者（業(yè)主）在發(fā)標(biāo)或委托中都會(huì)指示設(shè)計(jì)、建造 者（承包商）必須遵照那些標(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?qǐng)?zhí)行。3、 涂層保護(hù)設(shè)計(jì)涂層保護(hù)是海洋石油平臺(tái)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(gè)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(tái)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

11、驗(yàn)的長(zhǎng)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)有很好的粘結(jié)性。表 1-1列出了海洋石油平臺(tái)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(tái)上典型的涂層系列涂層厚度m涂層厚度洗滌底漆12. 5無機(jī)鋅后固化底漆75乙烯基涂層，中間和表面涂層200250環(huán)氧中間涂層125（34 層）乙烯基丙烯或聚氨酯涂層50無機(jī)鋅自固化底漆75無機(jī)鋅后固化底漆75環(huán)氧中間涂層125環(huán)氧結(jié)合層50乙烯基丙烯或聚氨酯涂層50環(huán)氧中間涂層100150乙烯基丙烯或聚氧酯涂層50無機(jī)鋅自固化底漆75無機(jī)鋅后固化底漆75環(huán)氧中間和表面涂層（2層）

12、250共聚物結(jié)合層50乙烯基厚膜表面涂層150250無機(jī)鋅自固化底漆75無機(jī)鋅自固化底漆75乙烯基厚膜中間涂層100150環(huán)氧結(jié)合層50j/巾基表卸深層（2層）50厚膜聚氨酯涂層150250洗滌底漆12. 5氯化橡膠：中間和表面涂層200250（34 層）對(duì)于表面溫度可能很高（90C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(duì)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(shí)，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(hào)，有利于設(shè)備標(biāo)識(shí)和安全生產(chǎn)。表 12列出了海上石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)和主要設(shè)備表

13、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(gè)涂層系統(tǒng)由二道以上涂層組成時(shí)，各涂層宜有顏色區(qū)別，以避免漏涂。表1 2海上平臺(tái)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(xiǎn)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(tái)直升機(jī)場(chǎng)規(guī)劃、設(shè) 計(jì)和建造的推薦作

14、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(zhǎng)度計(jì)算涂料用量。對(duì)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(duì)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(shí)，必須 對(duì)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(dòng)力工

15、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(shí)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，處理后的鋼表面，都必須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。止匕外，表面處理 時(shí)的環(huán)境條件、作業(yè)時(shí)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(shí)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(duì)涂料的 混合、稀釋、貯存以及施工場(chǎng)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(duì)每道涂層的檢驗(yàn)和驗(yàn)收前對(duì)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

16、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(duì)上述內(nèi)容的檢驗(yàn)方法和應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)，以及對(duì)不合格涂層的處 理方示，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(duì)海洋石油平臺(tái)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(tái)的材料、涂層保護(hù)等情況。對(duì)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(duì)平臺(tái)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(dòng)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(tái)的防腐 蝕，但目前采

17、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(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)指明評(píng)價(jià)平臺(tái)陰極保護(hù) 效果的準(zhǔn)則，以便在平臺(tái)使用期間對(duì)平臺(tái)被保護(hù)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢測(cè)。參比電極Cu/CuSO4Ag/AgCIZn含氧劃、境 最小值 最大值0.851.100.801.05-0.25-0.00缺氧劃、境中 最小值 最大值0.951.100.901.05-0.15-0.00很高強(qiáng)度的鋼 cS>700Mpa 最小值 最大值0.851.000.800.95-0.25-0.00表1-3海洋石油平臺(tái)的保護(hù)電位（單位工-V）電位準(zhǔn)則是最常用來評(píng)價(jià)陰極 保護(hù)效果的準(zhǔn)則。在通常條件下，平 臺(tái)結(jié)構(gòu)測(cè)得的電位應(yīng)符合表1-3的要

18、 求。施加保護(hù)電流時(shí)，陰極電位負(fù)移 大于300mV,也表明平臺(tái)處于良好保 護(hù)狀況。外觀檢查（潛水員觀察或觸摸、 物理測(cè)量、照相或攝像等）和在平臺(tái)典型位置安裝試片也是評(píng)價(jià)平臺(tái)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)電流計(jì)算保護(hù)電流密度因環(huán)境條件和海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)的表面狀況的不同，會(huì)有很大差別。確定保護(hù)電流密度時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)根 據(jù)相似條件的經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)測(cè)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(huì)比表中的數(shù)值大得多。如果平臺(tái)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(tái)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(tái)的犧牲陽極，一般每個(gè)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(tái)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(shí)， 已利用的材料質(zhì)量與陽極使用前的質(zhì)量之比。