海洋石油平台的防腐蚀.pdf

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1、 海洋石油平台的防腐蚀 Ting Bao was revised on January 6,20021 海洋石油平台的防腐蚀 一、海洋石油平台的腐蚀状况 海洋石油平台的绝大多数是用钢铁建造的。随着海洋石油工业的发展，用于开发海洋石油的平台有多种多样，既有简易的单柱平台，也有用钢量达万吨以上的巨型平台。大型平台的构造相当复杂，具有多种作业功能，造价也十分昂贵。这些平台一般都放置在离岸较远的海域里，而且多数是固定安装的。因此，它们不能像船舶那样进行坞修，维修十分困难。为了确保石油开采作业的顺利进行，保证作业人员的安全和保护环境，进行海洋石油开发的国家政府和油公司，都付出了巨大的努力来防止平台破坏。

2、导致平台破坏的原因有各种各样，但大多数来自海洋环境对平台的作用。这此作用可以归纳为作用力和腐蚀。腐蚀除了直接使平台构件壁厚减薄和局部出现深坑乃至穿孔，大大地降低平台的强度储备以外，它还会和交变的外力共同作用，造成平台构件的腐蚀疲劳，引发平台构件开裂，招致严重事故。设计平台时，对可能遇到的环境作用力极值都作了充分的考虑。在建造和安装中，对材料和施工质量有严格的检验。因此，防止平台破坏的重要责任，便落在了防腐蚀工作者的肩上。海洋石油平台钢铁设施的腐蚀机理与状况和其他海洋钢结构大致相同。但远离海岸的石油平台遭受的腐蚀环境更恶劣，而且各区域间的构件由于环境条件的不同，会形式宏观腐蚀电池，使得平台整体所

3、受到的腐蚀和单独处于各区域钢铁的腐蚀，有明显的不同，设施的维护和修复也更困难。下面对石油平台金属在海洋环境中腐蚀情况作一些补充说明。1、海洋大气区 海洋大气中钢铁的腐蚀速度比内陆大气中要高 45 倍。在天津塘沽岸边的大气挂片表明，碳钢的年腐蚀量为。渤海海中平台的实测腐蚀量超过/a，有的达/a。2、飞溅区 不少资料都指出，碳钢在飞测区的腐蚀量达到甚至超过/a。渤海使用 10 年的钢质平台，曾测得飞溅区的腐蚀速度约/a，并且有不少深度 2 以上的蚀坑。当海浪拍击平台构件表面时，混在海水中的气泡冲击构件表面，对它们的保护层有很大的破坏力。在设计飞溅区涂层时，应特别注意。3、潮差区 海洋石油平台是贯穿

4、海泥至大气的连续钢结构，其腐蚀特征有别于单独处于各区域的钢铁。单个挂片的碳钢腐蚀速度，潮差区比全浸区要高 12 倍，而上下连续的平台结构，在潮差区受到的腐蚀却比全浸区要轻一些。有的设计者把潮差区并入飞溅区考虑，这并不意味着潮差区的构件受到的腐蚀程度和飞溅区一样严重，而是考虑到施工、维修以及阴极保护效果等因素的影响。4、海水全浸区 在防护措施不完善的平台上，海水全浸区发生腐蚀有时会导致严重的后果。例如渤海 4 号平台，在使用 12 年后的一次检测中，在低潮位附近发现了多处构件被腐蚀穿了的孔洞。全浸区中钢铁的腐蚀速度，一般为/a。5、海底泥土区 海底沉积物是很复杂的介质，不同海区海泥对钢铁的腐蚀会

5、有所不同，尤其是有污染和大量有机物沉积的软泥，需要特别加以注意。一般认为，由于缺少氧气和电阻率大等原因，海泥中钢铁的腐蚀要比海水中轻得多，在深层土壤中更是如此。在与海水交界的浅层泥中，也会发生如同低潮位附近那样的氧浓差电池腐蚀。海洋环境中钢铁的腐蚀是一种电化学现象。因此，只要能消除电化学腐蚀的基本条件腐蚀电池、导电介质和去极化剂，就能抑制腐蚀的发生。海洋石油平台的防腐蚀虽然有多种多样，但归结起来都是以消除上述三大条件之一或全部条件为目的。在实践中，往往同时用两种或多种防腐蚀手段来达到最好的防腐蚀效果。由于海洋环境条件十分恶劣，石油平台的防护维修非常困难，即使能够维修，付出的代价也很惊人。所以，

6、对海洋石油平台防腐蚀措施的基本要求，是它的可靠性和长效性。防腐蚀所用的材料，必须有充分的质量保证。防腐蚀施工，要有严格的质量标准和检验。在平台使用期间，应依据规范要求定期检验，发现问题及时采取补救措施，防止事故发生。二、防腐蚀设计 海洋石油平台的防腐蚀设计应由具有资质的设计单位和防腐蚀专业技术人员进行。结构设计者应考虑使结构减少腐蚀因素并有利于防腐蚀，例如尽量减少飞溅区的面积和大气区需涂覆的面积，在飞溅区不采用 T 型、K 型或 Y 型交叉连接方式并避免焊接接头，采用连续焊接而避免铆接、紧配合、螺栓连接等构件组合方式，有利于防腐蚀施工等等。下面阐述防腐蚀设计的具体做法。1、防腐蚀措施的确定原则

7、 海洋石油平台的防腐蚀措施多种多样。对于具体的一座海上平台，其防护措施应根据实际情况来确定，其最基本的要求是要有充分的可靠性，在此基础上同时考虑技术的先进性和经济的合理性。在进行防腐蚀设计前，庆掌握海洋石油平台的结构型式和尺寸、平台使用功能和年限、平台所处海域的环境条件，尤其是环境中的腐蚀因子及其强度等资料。以平台的建造地和施工条件，也应当有所了解。只有具备了这些资料，才能使所确定的防腐蚀措施既可靠又适用。由于海洋石油平台往往是一座庞然大物，所处的空间从海底土壤直至海洋大气，所以，一般都同时采用多种防腐蚀措施来达到最佳的防护效果。海洋大气区中的平台结构，一般采用涂层保护或喷涂金属层加封闭涂层保

8、护，有些形状复杂的附属件，如栏杆、格栅等，也可用镀锌保护。在飞溅区和潮差区，一般用厚涂层防腐蚀，或者包覆有机复合层、树脂砂浆或耐蚀合金。全浸区和泥土区，一般采用阴极保护法防腐蚀。在全浸区使用涂层保护的，已经越来越少。无论何种防腐蚀措施，都很难做到完全消除腐蚀，因此，在腐蚀条件苛刻的区域（如飞溅区），在结构设计时必须在强度要求以外增加腐蚀余量。在一般区域，也应根据预计的防腐蚀效果，适当考虑腐蚀余量。2、适用标准和规范 海洋石油平台不仅投资浩大，而且在复杂多变的海洋环境中，它承受着一定的风险。为了确保海上平台的安全，一些开发海洋石油资源的主要国家，如美国、挪威、英国等，有关的机构都发布了平台规划、

9、设计、建造、入级的规范。针对平台的防腐蚀，也发布了相应规范，并且指定相关的适用标准。我国政府于1992 年以能源部令的方式颁布了海上固定平台安全规则，明确规定了海上石油平台的防腐蚀要求。1983 年，中国船检局发布了海上固定平台入级与建造规范，其中对平台防腐蚀也有明确规定。1993 年，中国海洋石油总公司等同采用了美国国家腐蚀工程师协会标准：NACE Stamdard RP-01-76海上固定石油生产钢质平台的腐蚀控制作为推荐标准发布。中国石油天然气总公司基建工程局主编的滩海石油工程防腐蚀技术规范，将在最近以行业推荐标准发布。上述“规则”、“标准”、“规范“，是海洋石油平台防腐蚀设计、施工依据

10、的主要文件。在通常情况下，平台建设者（业主）在发标或委托中都会指示设计、建造者（承包商）必须遵照那些标准、规范。业主指定的标准、规范中涉及到的有关材料和施工与检验机具及方法的标准，承包商也必须参照执行。3、涂层保护设计 涂层保护是海洋石油平台大气区和飞溅有效而经济的防腐蚀措施。正确地选择涂层系统并确定相应的施工工艺，才能确保涂层的保护效果。这是涂层保护设计的宗旨。一个完整的涂层保护设计，应包括涂层系统、涂料用量、表面处理、涂装方法、涂层检验以及经济概算等项内容。（1）涂层系统的确定 海洋石油平台上的涂层系统一般包括底漆、中间涂层和表面涂层。海上腐蚀环境恶劣，维修费用很高，所以必须选择那些经过严

11、格试验的长效保护涂料。不同的环境和使有条件应使用不同的涂层系统，同一系统的各涂层间，应当有很好的粘结性。表 1-1 列出了海洋石油平台和有关设备常用的涂层系统。选择涂层系统主要依照标准实验的数据和实践经验。表 1-1 海洋平台上典型的涂层系列 涂层 厚度 m 涂层 厚度 m 洗涤底漆 乙烯基涂层，中间和表面涂层（34 层）125 200250 无机锌后固化底漆 环氧中间涂层 乙烯基丙烯或聚氨酯涂层 75 125 50 无机锌自固化底漆 环氧中间涂层 乙烯基丙烯或聚氨酯涂层 75 125 50 无机锌后固化底漆 环氧结合层 环氧中间涂层 乙烯基丙烯或聚氧酯涂层 75 50 100150 50 无

12、机锌自固化底漆 环氧中间和表面涂层（2 层）75 250 无机锌后固化底漆 共聚物结合层 乙烯基厚膜表面涂层 75 50 150250 无机锌自固化底漆 乙烯基厚膜中间涂层 乙烯基表面涂层（2 层）75 100150 50 无机锌自固化底漆 环氧结合层 厚膜聚氨酯涂层 75 50 150250 洗涤底漆 氯化橡胶:中间和表面涂层(34 层)125 200250 对于表面温度可能很高(90以上)的设备,应采用耐高温的涂层,也可使用喷涂金属层或陶瓷涂层等保护层。对一些复杂的钢构件,如护栅、扶手、仪表盒、设备撬座等，施加涂层很困难，用热浸镀锌是一种有效的防腐蚀方法。在设计表面涂层时，还应当注意选择不

13、同的颜色，以便提供统一的颜色代号，有利于设备标识和安全生产。表 12 列出了海上石油平台结构和主要设备表面涂层颜色的一般规定。表中没有列出的，可参照油气地面管线和设备涂色规定。当一个涂层系统由二道以上涂层组成时，各涂层宜有颜色区别，以避免漏涂。表 12 海上平台结构表面涂层颜色 结构名称 颜色 结构名称 颜色 结构件、杆、板、桁架、通风结构、甲板、地板 桥梁 人行道和楼梯支架 栏杆 栅栏 组块内壁（包括生活区）组块天花板外面 灭火和安全设备（包括消防水管）有危险的障碍物 橙、灰或黑等 银白 黄 镀锌，灰 镀锌，灰 灰白 浅绿 安全红 黄黑交替条纹 摇臂吊车构架、单轨横梁、滑车 通讯塔 直升飞机

14、甲板 深灰或深绿 顶部与底部为橙黄色中间为橙黄色与白色交替条纹，条宽为塔高的 1/7 就符合海上固定平 台 直 升 机 场 规划、设计和建造的推荐作法的要求（2）涂料用量计算 使用不同涂层系统的结构和设备的表面积及涂料用量应当分别计算。涂装面积和涂层湿膜厚度的乘积为该涂层涂料的实际用量（体积）。向采办部门提供的料单应包括施工的损耗量，并且加以说明。稀释剂也是设计者必须考虑的。除了按面积计算以外，有些较细杆件（管件），也可以按长度计算涂料用量。对于一些小的机械和附属件，如马达、紧固件、法兰等，则可以按件数计算。（3）表面处理 对采用涂层保护的钢结构和设备表面，在涂装前进行符合标准要求的表面处理是

15、保证涂层保护效果的关键环节。进行涂层保护设计时，必须对待涂表面的处理方法和应该达到的质量要求，作出说细的说明。表面处理方法有手工工具清理、动力工具清理、火焰清理、离心轮和空气喷吵处理、溶剂清洗和化学方法处理，设计时应极据实际需要选用适宜的方法。无论采用哪种处理方法，处理后的钢表面，都必须符合有关标准的要求。此外，表面处理时的环境条件、作业时的安全和环境保护也是设计的重要内容。（4）涂装方法和涂层检验 涂层的施工（涂装）方法有高压无气喷涂、压缩空气喷涂以及刷涂、滚涂、热喷涂、浸涂等。涂装方法的确定一般依据涂料生产厂的技术说明，同时还应考虑施工条件和可能获得的设备。在设计文件中，对涂料的混合、稀释

16、、贮存以及施工场所的温度、湿度等，都应有明确的规定。涂层检验包括对每道涂层的检验和验收前对全部涂层系统的检验。涂层检验的内容有湿膜和干膜厚度、涂层缺陷（如漏涂、流挂、皱纹、裂纹、针孔等）、附着力等。设计者应对上述内容的检验方法和应达到的指标，以及对不合格涂层的处理方示，作出明确的规定，这些规定必须符合有关标准、规范的要求。4、阴极保护系统设计 在进行阴极保护系统设计前，应对海洋石油平台钢结构本身和周围环境进行调查，掌握建造平台的材料、涂层保护等情况。对周围环境，除了应了解周围有无其他设施以及它们对平台阴极保护可能的影响以外，更应掌握所处海域海水和海泥的温度、PH 值、电阻率、含氧量、污染和细菌

17、活动情况，以及海水流速、水中悬浮物等数据。阴极保护有牺牲阳极法和外加电流法，两种方法均可用于海洋石油平台的防腐蚀，但目前采用牺牲阳极法的占大多数。（1）阴极保护准则 设计阴极保护系统时，设计者应指明评价平台阴极保护效果的准则，以便在平台使用期间对平台被保护情况进行监测和检测。参比电极 Cu/CuSO4 Ag/AgCI Zn 含氧环境 最小值 最大值 缺氧环境中 最小值 最大值 很高强度的钢 S700Mpa 最小值 电位准则是最常用来评价阴极保护效果的准则。在通常条件下，平台结构测得的电位应符合表 1-3 的要求。施加保护电流时，阴极电位负移大于 300mV，也表明平台处于良好保护状况。外观检查

18、（潜水员观察或触摸、物理测量、照相或摄像等）和在平台典型位置安装试片也是评价平台阴极保护效果的有效方法。（2）保护电流密度的确定和保护电流计算 保护电流密度因环境条件和海上平台结构的表面状况的不同，会有很大差别。确定保护电流密度时，设计者应根据相似条件的经验或试验测量结果予以确定。当遇到像库克湾那样的环境条件或风暴期间，保护电流密度会比表中的数值大得多。如果平台采用涂层和阴极保护联合保护，仅需考虑涂层缺陷和平台使用期间涂层损坏而需要的电流。涂层损坏程度很难确定，它取决于涂料的种类和施工质量。使用 1520 年以后，海水中的涂层损坏程度可能达到 50%。（3）阳极输出电流 阳极输出电流大小应根据

19、保护系统的需要加以设计。用于保护海洋石油平台的牺牲阳极，一般每个阳极块的输出电流为 36A。用于外加电流系统的辅助阳极，应根据电流分布的需要以及阳极材料的特性和直流电源的配置来确定电流输出。（4）阳极寿命和阳极用量 海洋石油平台阳极使用年限可有用式（14）计算。其中的阳极材料的利用系数，是指当剩余阳极材料不能发出所需要的电流时，已利用的材料质量与阳极使用前的质量之比。正确地设计阳极长度、截面和钢芯直径，可使阳极的利用系数达到至接近两年。阳极材料的消耗率是阳极材料性能的重要指标，它取决于材料的化学成分和冶炼铸造工艺，是通过实验测得并最大值 由阳极制造商提供保证的。表 1-4 海水中牺牲阳极消耗率

20、和电位 牺牲阳极合金 电容量，kg 消耗率,Kg/在海水中闭路电位(Ag/AgCI)，V 铝-锌-铟 铝-锌-汞 锌合金 镁合金 22902600 27502840 780815 1100 表 1-5 外加电流阳极材料的消耗率 外加电流阳极材料 用于海水中的电流密度A/常见的消耗率 g/Aa 备注 b-6%Sb-1%Ag b-6%Sb-1%Ag b-1%Ag 微铂 Pt(以 Ti、Nb 或 Ta 为基)石 墨%Cr 160220 160220 501000 5403200 1040 1040 1586 1325 26 230450 230450 不适用于超过 30m 水深 不适用于超过 30m 水深 不适用于超过 30m 水深 Ti 基 Pt 阳极最高使用电压8V（5）设计中应特殊考虑的问题 对海洋石洋平台阴极保护系统最主要的要求是它们的可靠性，因此，除了对用于保护系统的材料要有严格的要求以外，对系统中各种承受外力的构件，必须设计成有足够的强度，并保证安装的可靠性。用于海洋石油平台上的两种阴极保护系统，应予特别考虑的有以下这些问题。