海洋石油161樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置優(yōu)化研究與實(shí)施

高連燁 穆勝軍 許海東 李桂忠 孫金偉 張洪濤 許濤 譚靜軒 李艷莉

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津塘沽，郵編：300452）

1.0 前言

海洋石油161是我國首座插銷式液壓自升降生產(chǎn)儲(chǔ)油海洋石油161，是為解決淺海海域邊際油田“蜜蜂式采油”開發(fā)問題而研制的插銷式四樁腿液壓升降式海上裝置。由于四條樁腿終年處于海水及海洋大氣環(huán)境中，長期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各種陰、陽離子等的腐蝕，不可避免地要受一定程度的腐蝕，直接影響到海洋石油161的使用壽命。因此，對該自安裝式采油裝置的樁腿水下部分采取外加電流陰極保護(hù)防腐措施，確保在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的安全及正常使用。但原設(shè)計(jì)制造在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)存在一些問題，急需對存在的問題進(jìn)行優(yōu)化、改造,使其達(dá)到真正的保護(hù)作用。

2.0 海洋石油161原樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置簡介

海洋石油161平臺(tái)的樁腿外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由恒電位儀、陽極電纜、陰極電纜、輔助陽極、電動(dòng)絞車等部分組成。

2.1 外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)原理

所謂陰極保護(hù)就是向被保護(hù)金屬通以一定的直流電，使被保護(hù)的金屬成為陰極而得到保護(hù)。然而外加電流陰極保護(hù)法，是通過外加電源來提供所需的保護(hù)電流。將被保護(hù)的金屬作陰極，選用特定材料作為輔助陽極，從而使被保護(hù)金屬受到保護(hù)的方法。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)是由輔助陽極、參比電極、陽極屏蔽層和直流電源組成。（1）

2.2 海洋石油161上裝腿外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要組成及特點(diǎn)

1）主要組成部分

原系統(tǒng)主要由鈦基金屬氧化物（MMO）管狀陽極、恒電位儀、鋅鋁硅參比電極等組成。鈦基金屬氧化物（MMO）管狀陽極規(guī)格為25mm，長500mm，額定輸出電流23A。工作電流密度：≤600A/m2；消耗率：≤5×10-6Kg/（A·a）；氧化物層厚度：≥8μm；在額定工作電流密度下的恒電流極化電位：≤1.9V；使用壽命：≥10年。恒電位儀采用絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）恒電位儀，型號(hào)為SLT-02B-01，主要性能指標(biāo)為：適用溫度：-25℃～+55℃；交流電輸入：380V 3相 50HZ；直流電輸出：100A 18V；手/自動(dòng)功能轉(zhuǎn)換；限流功能。設(shè)計(jì)原理單線圖如下圖1所示，原建造示意圖如圖2所示：（2）

圖1 海洋石油161樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置單線圖

圖2 海洋石油161樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置示意圖

2）主要特點(diǎn)

海洋石油161是自升式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置，樁腿高度為67m，參比電極安裝在樁腿內(nèi)部，連接電纜需從內(nèi)部上升到樁腿頂端后再沿樁腿下降至固樁室內(nèi)恒電位儀處。陰極接線柱位置為樁腿頂部，連接電纜需沿樁腿下降至固樁室內(nèi)恒電位儀處。如上圖1圖2所示，恒電位儀安裝在4號(hào)固樁室內(nèi)部、輔助陽極通過負(fù)重繩及沉塊放入海水中、陽極提升裝置為手動(dòng)絞車布置在每個(gè)固樁室頂部。

3.0 原樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置存在的主要問題及分析

3.1 存在的主要問題

陰極電纜、參比電極電纜無法固定。陽極提升裝置-手動(dòng)絞車收放困難。陽極電纜防護(hù)等級(jí)低、承重繩風(fēng)阻較大。陰極、參比電極電纜無法滿足海洋石油161升降工況要求。參比電極失效。

3.2 對存在問題的分析

1）海洋石油161正常作業(yè)期間，樁腿頂部到固樁室頂部約有25m左右的高度。陰極電纜、參比電極電纜從樁腿頂部沿樁腿下降至固樁室頂部無法固定；而且與樁腿頂部邊緣摩擦而局部破壞，對人員及設(shè)備正常運(yùn)行造成安全隱患；要解決此問題重新設(shè)計(jì)此兩根電纜的固定方式，從根本上解決無法固定的問題。但因樁腿本身是可升降式的，無法采取常規(guī)的電纜固定方式-焊接馬腳固定電纜?？煽紤]將電纜固定在鋼絲繩上，鋼絲繩固定在樁腿上，同時(shí)鋼絲繩具備方便拆裝的條件。

2）原系統(tǒng)輔助陽極提升裝置為手搖式絞車，收放時(shí)需較多人工時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；而且是高空舷邊作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。此問題可考慮將手動(dòng)絞車改為氣動(dòng)或電動(dòng)形式的絞車，綜合考慮改造的周期及費(fèi)用，電動(dòng)絞車更適合。

3）原系統(tǒng)陽極電纜為無鎧裝電纜，收放時(shí)易與承重繩纏繞、摩擦，造成電纜磨損及收放困難，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行；承重繩和陽極電纜在風(fēng)力較大時(shí)所受風(fēng)阻較大，可使陽極電纜與海洋石油161邊緣摩擦，損壞電纜。解決此問題可考慮改變輔助陽極的連接方式，通過一根帶有一定拉力強(qiáng)度的電纜連接至輔助陽極，既保證電流的有效傳遞、又滿足了作為承重繩的強(qiáng)度需求。

4）原系統(tǒng)陰極、參比電極電纜分別沿各自樁腿經(jīng)過各自固樁室連接至恒電位儀處，中間沒有接線盒或者連接插座，海洋石油161升降時(shí)必須剪斷，恢復(fù)困難 （海洋石油161重新定位后可能造成電纜長度無法滿足要求）、可操作性差；此問題可通過增加接線盒、連接插座的方式解決。

5）本套系統(tǒng)共有兩套參比電極、分別安裝在2、3號(hào)樁腿中，系統(tǒng)中使用的參比電極為鋅鋁硅參比電極，一套用于控制、一套用于監(jiān)視。相對于樁腿有效電位范圍為0-0.25V，通過恒電位儀顯示面板發(fā)現(xiàn)，恒定電流輸出時(shí)兩個(gè)參比電極電位相差較大，可以初步判斷為一個(gè)或兩個(gè)參比電極已失效。此問題如采取更換參比電極的風(fēng)險(xiǎn)很大，需要人下到樁腿內(nèi)部最下方，且需要內(nèi)部焊接。綜合考慮其風(fēng)險(xiǎn)及施工難度因素，考慮增加一套外部參比電極，可定期將新增的參比電極投入使用，監(jiān)控及調(diào)整發(fā)散電流，使其在正常保護(hù)電位范圍之內(nèi)。

4.0 對原樁腿外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)存在的問題改造

4.1 主要改造內(nèi)容

1）固定陰極、參比電極電纜。在樁腿頂部和固樁室上面用槽鋼焊接兩個(gè)鋼絲繩支架，從樁腿頂部到固樁室上面安裝一根直徑為10mm不銹鋼鋼絲繩，利用拆卸方便及可調(diào)松緊的花籃螺絲拉緊鋼絲繩，陰極電纜、參比電極電纜固定在鋼絲繩上；為了防止電纜在固定樁頂部磨損，在可能磨損部位增加膠皮套管。

2）輔助陽極提升裝置改為電動(dòng)提升絞車。為了解決原輔助陽極升降困難及安全問題，通過現(xiàn)場調(diào)研及綜合考慮，在每座固樁室頂部增加1臺(tái)電動(dòng)絞車。海洋石油161在各種工況條件下，如升降海洋石油161、拖航時(shí)均可利用電動(dòng)絞車方便的收放輔助陽極，保證了該系統(tǒng)及時(shí)有效的投入運(yùn)行狀態(tài)。

3）采用新型陽極電纜。原系統(tǒng)中陽極電纜為無鎧裝電纜且需要借助承重繩連接輔助陽極進(jìn)入工作狀態(tài)。本次改造采用的陽極電纜為耐海水腐蝕且具有一定強(qiáng)度的鎧裝電纜。該電纜內(nèi)部含有一根鋼絲繩，具有一定的強(qiáng)度，外部采用耐海水性能較好的絕緣外層，規(guī)格為1*6mm2。改造后的陽極電纜能有效解決原系統(tǒng)中存在的外層磨損、風(fēng)阻較大的問題；同時(shí)也將原來的承重繩取消了，既方便了整個(gè)系統(tǒng)的操作，又保證了其安全長久運(yùn)行。

4）陰極、參比電極電纜增加連接插座。陰極、參比電極到恒電位儀的電纜設(shè)置水密防爆插座，水密防爆插座安裝在固樁室頂部。在海洋石油161升降時(shí)可方便地?cái)嚅_陰極、參比電極電纜，大大增加此裝置的可操作性。

5）采用便攜式參比電極設(shè)置工作電流。原系統(tǒng)中因兩個(gè)參比電極電位顯示值存在較大差異，懷疑一個(gè)或兩個(gè)已經(jīng)失效。系統(tǒng)改造調(diào)試時(shí)采用便攜式銀/氯化銀參比電極測量樁腿電位，作為恒電位儀輸出電流調(diào)整依據(jù)。若樁腿保護(hù)電位達(dá)到-0.8～-1.05V（相對于便攜式銀/氯化銀參比電極），則保持現(xiàn)有電流輸出。如確認(rèn)原系統(tǒng)參比電極失效，可備用一套便攜式參比電極。

5.0 結(jié)束語

海洋石油161是一個(gè)自升降式的生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置，本次改造根據(jù)海洋石油161可升降、移動(dòng)的特點(diǎn)，將原樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置改造成可回收式的保護(hù)裝置。有效解決了原系統(tǒng)中存在的陽極收放困難、陰極/參比電極電纜不能固定等主要問題。使得該系統(tǒng)能根據(jù)海洋石油161的需要及時(shí)的投入/切出運(yùn)行，保證了海洋石油161樁腿的防腐要求。

【1】曹楚南,腐蝕電化學(xué).1994,北京:化學(xué)工業(yè)出版社.127.

【2】海洋石油161防腐系統(tǒng)完工資料.東方建設(shè)（天津）防腐工程有限公司 2009.