自升式平臺樁腿防腐蝕技術研究

韓偉馳 周 炳 蔣 凱

（中海油能源發展股份有限公司監督監理技術分公司，天津 300452）

1 概況

自升式平臺樁腿由樁體和樁靴組成，樁腿有兩種形式：桁架式和圓柱式。對于不可進水式圓柱形樁腿，平臺每次升降時，樁體與固樁室之間都會產生不同程度的摩擦，導致樁體表面一定面積的涂層被刮落，被剝落涂層的金屬裸露在潮濕的空氣中或淹沒在海水中，造成腐蝕，且腐蝕多為電化學腐蝕。

2 自升式平臺樁腿防腐蝕保護方法

2.1 犧牲陽極法陰極保護

采用電位比被保護的金屬電位還要負的金屬，

與被保護的金屬連接在一起，作為陽極，腐蝕溶解所產生的電流，抑制被保護金屬的腐蝕。

2.1.1 安裝方案

將鋅陽極塊分別焊接在樁腿及樁靴上。

2.1.2 安裝方案分析

（1）在樁腿上焊接其他結構，不符合入級規范；

（2）在樁腿上焊接鋅塊，只能保護樁腿，達不到保護樁靴的目的；

（3）在樁靴上焊接鋅塊，改變了樁靴的結構應力，造成安全隱患；

（4）在樁靴上焊接鋅塊，當拔樁拖航時，樁靴收在樁室內，鋅塊容易對船底造成破壞，存在安全隱患；

（5）不方便維修與保養。

2.2 外加電流防腐保護--樁靴本體安裝電極

把要保護的金屬構件作為陰極，采用不溶性電極作為輔助陽極，兩者都放在電解質溶液里（如海水），通以直流電源后，大量電子被強制流向被保護的金屬構件，使金屬表面產生負電荷（電子）的積累，只要外加足夠強的電壓，金屬腐蝕而產生的原電池電流就不能被輸送，因而實現金屬的防腐蝕。

2.2.1 方案概述

通過控制電源提供直流電流，控制電源正極輸出終端接輔助陽極和參比電極，控制電源負極與樁體連接；電纜通過樁腿內部下放至樁靴內部，輔助陽極與參比電極均安裝于樁靴外表面；屏蔽層涂敷在輔助陽極周圍；以海水為介質，通電對樁腿進行保護。

2.2.2 系統構成組件

（1）控制電源:選用磁飽和恒電位儀，提供直流電流；

（2）輔助陽極:與控制電源相連，將直流電流經由介質傳輸到被保護的金屬結構上（樁體）；

（3）參比電極:監測被保護的金屬結構（樁體）電位；為控制電源輸出合適的保護電流提供控制信號；

（4）陽極屏蔽層:涂敷在輔助陽周圍，使輔助陽極輸出的保護電流能均勻地分布于被保護的金屬結構（樁體及樁靴）。

2.2.3 安裝方式

控制電源安裝于平臺上合適位置；電纜從控制電源通過樁室頂部沿樁腿敷設至樁靴，每個樁均是如此；在樁靴表面開孔，將輔助陽極分別焊接在不同的開孔內；把陽極屏蔽層涂敷在樁靴與輔助陽極之間。

2.2.4 安裝方案分析

（1）所需電纜較長，造成成本的增加；

（2）電纜從樁室頂部通過樁腿內下放至樁靴，施工難度大；

（3）在樁靴上開孔、焊接，改變了樁靴的結構應力；

圖1 樁腿摩擦情況

圖2 鋅塊在裝腿上焊接

圖3 外加電流防腐保護原理

圖4 外加電流法陰極保護-樁靴本體安裝電極

（4）安裝需要在進塢后方能施工，再次增加了成本；

（5）不便于維護與保養。

2.3 外加電流防腐保護—電極下放至海底

2.3.1 方案概述

陰極保護系統控制電源引自平臺，負極與船體連接；正極連接輸出電纜，電纜及電纜牽引繩（鋼纜）在配重塊的牽引下，通過電纜滾筒下放至海底，電纜終端分別連接參比電極和輔助陽極，升降平臺作業時，將電極從海水中提出，電纜盤放在滾筒上；平臺處于站立狀態時，將電極下放至海底，對樁腿進行保護。

2.3.2 構成組件

（1）控制電源:選用磁飽和恒電位儀，提供直流電源；

（2）輔助陽極:與控制電源相連，將直流電流經由介質傳輸到被保護的金屬結構上（樁體）；

（3）參比電極:監測被保護的金屬結構（樁體）電位；為控制電源輸出合適的保護電流提供控制信號；

（4）傳動機構：帶動電纜滾筒，提升、下放電纜及電纜牽引繩、配重塊；

（5）配重塊：防止輔助陽極、參比電極隨海浪漂動。

2.3.3 安裝方案分析

（1）不改變樁腿乃至樁靴結構，符合入級規范；

（2）升降船作業時，保護裝置可以方便的下放和提升，方便維修；

（3）組件配備數量減少，電纜長度縮短，大大的降低了成本；

（4）不需要進塢安裝，安裝簡單，利于維護，使用壽命較長。

3 自升式平臺外加電流樁腿防腐蝕系統使用情況

3.1 概述

根據平臺的現狀，某平臺采用第三種方案安裝了樁腿防腐系統。

陰極保護系統電源引自平臺；正極輸出連接防水電纜，電纜終端連接輔助陽極，輔助陽極順著配重塊下放到海水中被保護的樁腿附近。

輔助陽極電纜采用一種新型電纜，此電纜耐腐蝕且具有一定的承載能力，不會導致電纜受力損壞；

新型電纜一端安裝可拔插的航空水密插頭，與陽極接線盒電纜相連，航空水密插頭固定在絞車滾筒上；在升降陽極時，拔出相連航空水密插頭，與絞車滾筒相連航空插頭隨滾筒轉動，當陽極放入海水中合適位置后，絞車停止轉動，重新連接航空水密插頭；另一端與配重塊相連，并連接陽極，如圖所示：

圖5 輔助陽極及配重塊

3.2 設備安裝注意事項

（1）控制電源引自平臺380V電源，電極電纜和控制電源之間采用快速接頭形式連接；

（2）輔助陽極電纜采用新型電纜；此電纜耐腐蝕且具有一定的承載能力，不會因外力而導致電纜受力損壞；

（3）樁腿與固樁區之間用可靠地短接線進行連接，短接線一端需制作接頭，能夠旋入樁腿的沖樁管線孔里；

（4）采用人力進行收放，絞車配剎車；絞車焊接到樁腿附近；

（5）配重塊通過新型電纜下放到海底，入泥約1-2米。

4 總結及改進

通過研究發現，參比電極、輔助陽極只需入海水即可，因此該系統可進一步優化；把參比電極、輔助陽極全部做到一個撬塊內部，然后固定到海水塔底部；共需要1套參比電極、1套輔助陽極，電纜順著海水塔向上引至甲板即可；無論升船降船升降海水塔都不用再考慮這套裝置的操作；絞車及配重塊也省掉。冬季時，無需考慮海冰對電纜的損傷，不需要對電纜做防刮擦保護；升降船作業時，保護裝置可以方便的下放和提升，節省人力資源，且方便維修；該系統不需要進塢安裝，安裝簡單，利于維護。

[1]GBT3108-1999，中華人民共和國國家標準[S].

[2]中國船級社質量認證公司.海洋石油281操船手冊[R]，2011，8.