海底石油管道阴极保护措施.docx

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1、海底石油管道阴极保护措施一、海底管道介绍在海底铺设输送石油和天然气管道的工程。海洋管道包括海底油、气集 输管道，干线管道和附属的增压平台，以及管道与平台连接的主管等部 分。其作用是将海上油、气田所开采出来的石油或天然气汇集起来，输 往系泊油船的单点系泊或输往陆上油、气库站。海洋油、气管道的输送 工艺与陆上管道相同。海洋管道工程在海域中进行，工程施工的方法则 与陆上管道线路工程不同。沿革20世纪50年代初期，人们开始在浅海水域中寻找石油和天然气。 随着海洋油气田的开发，首先出现了海洋输气管道。天然气必须依靠海 洋管道外输，浅海中采出来的原油则可由生产平台直接装入油船。在深 海中采出来的原油，大型

2、油船停靠生产平台会威胁到平台安全，因此出 现了海中专用于停靠大型油船的单点系泊。这样，就要有连接各生产平 台与单点系泊之间的输油管道。70年代，在海域中开发了大型油气田 以后，开始建设了大型海洋油气管道，把开采的油气直接输往陆上油气 库站。二、海底管道特点 主要特点是：施工投资大。在一般海域中铺设一条中等口径的海洋管 道需要一支由铺管船、开沟船和10余只辅助作业的拖船组成庞大的专 业船队。此外，还需要供应材料、设备和燃料的船只等。租用专业船队 的费用是海洋管道施工中的主要费用，由于这一费用较高，致使海洋管 道施工费用比陆上同类管道要高12倍。施工质量要求高。不论是 在施工期间或投产以后,海洋管

3、道若发生事故，其维修比陆上管道维修困 难得多，因此，海洋管道施工要确保质量。施工环境多变。海况变化剧 烈而迅速，如风浪过大，施工船队难以保持稳定。在这种情况下，往往 须将施工的管道下放到海底，待风浪过后再恢复施工。施工组织复杂。海洋管道施工中，管道的预制，船队的配件、燃料和淡水的供应等，都 需要依靠岸上的基地；船队位置和移动方向的确定，也是依靠岸上基地 的电台给予紧密配合。因此海洋管道施工具有海陆联合组织施工的特点。三、海底管道勘察：包括路由选择和勘测、海浪和水流调查。路由选择和勘测寻找一条较平坦、地质条件又稳定的海下走廊是保证 管道长期稳定的基础。首先是在详细的海图上选出几条走向。其次沿着

4、各条走向用声纳测深仪实测海底地形；用覆盖层探测仪和侧向声纳扫描 仪，描绘出几十米深的纵断面工程地质图才采明海底泥层的构成、岩性、 断层位置以及有无埋设其他管道等。然后将所取得的几条走向资料进行 对比，以确定最优的路由。路由确定后，沿着确定的路由从海底中取出 土样，测定土壤的抗剪切力、致密度和比重等，以便用这些数据来确定 管道施工方案。海浪和水流调查海洋管道施工受到海浪的直接干扰，因此，必须详细 勘察施工海域内不同季节海浪的发生周期、持续时间、方向、浪高、波 长以及频率等；并须取得多年的资料作为选择施工用的船型、安排施工 季节和进度的依据。海浪勘测可采用海浪记录仪。水流会影响管道施工时的安全和管

5、道投产后的稳定性。施工前应沿着路 由实测海水流速的垂直分布和流向等，并收集多年各季度的实测资料, 从而对管道的稳定性、振动进行核算。管道在水下承受多种作用力，尤 其是水流的作用力，其中包括水平推力和上举力。在垂直方向上，只有管 道的重量大于上举力和浮力时,管道才能稳定。当管道裸露铺设在起伏不 平的海床上，水流流过管道的悬空段时，管道容易产生振动，甚至导致断 裂。测出海底处海水流速，就可以计算出最大允许悬空段的长度。增加 管道重量仍难克服水流对管道的作用力时，应采取开沟埋设或其他稳、管 措施。四、海底管道施工 施工作业海洋管道施工包括海上定位、铺设管道和开沟等项作业。海上定位指导铺管船沿着路由方

6、向移动和确定在海域中施工船队位置 的作业。海上定位的方法是在岸上设置两座以上已知其经纬度的定向电 台，定向电台发射微波定向信号。作业船上安装有无线电定向仪，可以 精确地测定船与岸上各电台间的夹角，从而准确地测出船所在的位置。在近海作业时可以用微波发射信号；在远海作业时一般用200米的无线电长波发射信号。这两种方法均能达到铺管作业定位所需要的精度。铺管作业海洋管道铺设作业是由陆上管道穿越河流、湖泊水域的施工 方法发展起来的。铺管作业主要有三种方法：铺管船铺设、牵引法铺设 和用卷筒船铺设。作业过程中选择何种方法是根据管径大小、海水深浅、 海况和距岸远近等条件确定的。近年来海洋油气田探勘接近千米深的

7、海 域，海洋管道施工技术正向这一深度发展。70年代末期已能在600米 深的海域中铺设管道。铺管船铺设。这种方法最为常用。50年代在开发浅海区油气田时， 多采用人工开出一条能通行浅水船的河道，并在一种用浮箱拼装而成的 铺管驳船上，把管子组装起来，当驳船向后移动时，焊接好的管段即滑 入水中。这种铺管驳船逐步发展成为大型铺管船。1956年第一艘较大 型的铺管船投入使用。船上可以堆放管材，设有吊运管子的起重设备和 管段的组装线，还有托管架作为管段下海的滑道。这种铺管船锚定技术 较完善，可在30米深的海域作业。此后，铺管船不断地发展，出现了 具有自航能力，可铺设更大口径的管道，能在较深的海域作业的自航式

8、 铺管船。1965年在开发大西洋的北海油气田时，这种类型的铺管船因 抗风浪能力差，不能适应北海区的海况，作业经常被中断,经过改革船体 结构，制成半潜式铺管船，加强了抗风浪能力。70年代初期乔克陶I 号半潜式铺管船在澳大利亚的巴斯海峡投入使用，证明半潜式铺管船稳 定性好，并能在120180米深海中进行铺管作业。1979年半潜式”卡 斯特罗号铺管船，在建设由非洲阿尔及利亚经突尼斯穿过突尼斯海峡 通向欧洲意大利的输气管道时，成功地在608米深的海域中铺设了 500 毫米管径的管道。铺管作业过程是将管子经陆上预制厂加上水泥加重层后，用船运到铺管 船上，将管子逐段组装焊接，焊好的管段在铺管船向前移动时，

9、从船尾 部的托管架上滑入海中。整个铺管作业的过程中，管段下滑的长度必须 与船的位移量同步，同时，铺管船必须处于较稳定的状态。为此,在铺管 船的前后左右布置有46个船锚，调节锚缆的松紧可稳定船只；调节锚 缆的长短可移动船位。管段自托管架的尾部滑向海底时，悬吊在海水中 形成一个由上拱弯转为下弯曲的S形，使管段受到复杂的弯曲应力的作 用，此外，还受到浪涌和水流的冲击力的作用。为了使管段不产生永久变 形，须用托管架保持上拱弯尽可能大的弯曲半径，并使下弯曲处处于容 许弯曲应力的范围以内。因此船上有能力足够的张力机夹住管段，使之 不能自由滑动，并且使管段下滑同船的位移距离一致。五、海底管道防腐1海底管线外

10、防腐目前，国外海底长输管道常用的外防腐层主要有：聚乙烯三层结构（三 层PE ）、熔结环氧粉末（FBE）和双层熔结环氧粉末（双层FBE）O三层PE第一层为环氧涂料，第二层为胶粘剂，第三层为挤出聚乙烯，各层之间相互紧密粘接，形成一种复合结构，取长补短。它利用环氧粉 末与钢管表面很强的粘结力而提高粘结性；利用挤出聚乙烯优良的机械 强度、化学稳定性、绝缘性、抗植物根茎穿透性、抗水浸透性等来提高 其整体性能，使得三层PE防腐涂层的整体性能表现较好，价格在88 98元/m2。适合于对覆盖层机械性能、耐土壤应力性能要求较高的苛 刻环境，如碎石土壤、石方段、植物根系发达地区。缺点是当外防腐层 破损后，易造成脱

11、胶、渗水、阴极屏蔽，且与混凝土加重层粘结力稍差。熔结环氧粉末涂层约350500pm ,机械强度高,与钢管、混凝土加 重层表面粘结力强、耐化学介质侵蚀性能、耐温性能等都比较好，价格 相对也便宜，一般在6573元/m2，但由于涂层较薄，抗尖锐物冲击 力较差，易被冲击损坏，不适合于石方段，适合于大部分土壤环境，适 合于定向钻穿越粘质土壤，也适合于海底管道。国外60年代开始应用 于管道防腐，发展很快，是目前国际管道防腐上采用量最多的涂层。双层熔结环氧粉末具有和三层PE相同的综合性能，机械性能高，涂层 表层光滑。另外可避免阴极屏蔽问题，与阴极保护系统的匹配比三层 PE好，这是国际上新研制出的涂层，集中了

12、单层环氧粉末和三层PE的 优点,克服了二者之不足。缺点是价格较高，约在100 108元/m2。通过比选，由于双层环氧粉末具有：与钢管、混凝土加重层表面粘接力 强、抗化学腐蚀性强、抗阴极剥离、对阴极保护没有屏蔽效应、抗磨性 能好等优点，所以在杭州湾海底管道中选用双层环氧粉末。管道防腐层各种补口工艺都有其各自的优缺点和适用条件。熔结环氧粉 末管段的补口工艺主要有：环氧涂料现场静电喷涂、热收缩套、聚乙烯 防腐胶带等。环氧涂料现场静电喷涂工艺与管道原有环氧涂层相容性好, 但操作工艺相对复杂，施工质量不易掌握；热收缩套施工简便，先刷环 氧底漆，后热收缩套包裹；所以海底管道补口选用热收缩套。混凝土加 重层

13、接头采用玛蹄脂封口。2海底管线阴极保护海底管线一般采用牺牲阳极的保护方法，阳极材料常用的有铝合金阳极 和锌合金阳极。1）铝合金阳极铝阳极能够防止海水中钢质结构的腐蚀，广泛应用于船体、压水舱、 海水管道、港口码头设施、海洋工程、钻井平台、冷凝器以及土壤介质 的管道等的防腐之用。铝阳极的性能受合金的化学成分影响，2）锌合金阳极主要性能： 阳极自溶性小，电流效率高，阳极发生电流的自调节性能好；保护年限 较长，可达2030年,一般不会发生过保护现象。适用范围：锌合金牺牲阳极适用于海水、淡海水介质中的船舶、压载水舱、机械设 备、海洋工程和海港设施、钻井平台、港口码头、海水介质的冷凝器、 水泵以及低电阻率土壤中的管道、电缆等设施金属防腐蚀的阴极保护。