針對(duì)水艙犧牲陽極耗蝕過快的防腐對(duì)策

趙士奇

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)在發(fā)展中逐漸顯現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備做好防腐處理的重要性。只有確保機(jī)械設(shè)備不被腐蝕困擾，才能保障設(shè)備處于良好狀態(tài)，正常發(fā)揮設(shè)備效能，提高生產(chǎn)效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展。但是近年來，在海洋石油生產(chǎn)領(lǐng)域，F(xiàn)PSO(浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船)工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的問題比較突出，成為困擾海油生產(chǎn)的一大設(shè)備運(yùn)維保障難題。

基于此，針對(duì)工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快問題產(chǎn)生的原因，以及如何減輕和避免這一問題的加劇，進(jìn)而深入進(jìn)行研究并提出科學(xué)的防腐措施，有效避免犧牲陽極耗蝕過快而對(duì)設(shè)備造成破壞，從而確保作業(yè)人員生命財(cái)產(chǎn)安全，并助力行業(yè)快速發(fā)展，為國家創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，成為一項(xiàng)刻不容緩的研究課題，亟待突破。

1 FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的原因

陽極保護(hù)技術(shù)作為一種電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，可以避免或者是降低腐蝕問題的發(fā)生概率，而犧牲陽極的狀態(tài)如何，是確保陽極保護(hù)技術(shù)正常發(fā)揮作用的關(guān)鍵部件。正常狀態(tài)下，犧牲陽極的消耗速率有一定的限度，如果陽極的消耗超過工藝容許的限度，就表示犧牲陽極的工作狀態(tài)不正常，對(duì)于發(fā)生問題及其原因必須查明，盡快予以排除。

1.1 高溫工藝水環(huán)境

FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的原因來自方方面面，其中因高溫工藝水環(huán)境是一個(gè)重要因素。水環(huán)境溫度高，會(huì)導(dǎo)致犧牲陽極金屬晶間的腐蝕加重，造成陽極耗蝕過快，對(duì)于相關(guān)設(shè)備的正常使用造成一定的影響。從實(shí)際情況看，工藝水艙溫度較高，一些犧牲陽極出現(xiàn)了與工藝水艙內(nèi)其他犧牲陽極速度程度不同的腐蝕，甚至導(dǎo)致出現(xiàn)陽極脫落現(xiàn)象。這些腐蝕現(xiàn)象若未能得到及時(shí)有效的處理，會(huì)加大設(shè)備故障的發(fā)生概率，造成安全事故等問題的出現(xiàn)[1]。

1.2 工藝水中化學(xué)成分

導(dǎo)致FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的另一個(gè)重要原因，可能是由于工藝水中某些化學(xué)成分的存在。通常情況下水艙內(nèi)犧牲陽極所在的水環(huán)境包含很多化學(xué)成分，主要有Zn、Sn、Ti、Cu以及其他化學(xué)物質(zhì)。與海水相比，這些化學(xué)物質(zhì)具有極化性較強(qiáng)的特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致艙室保護(hù)電流密度和陽極發(fā)生電流增加，從而致使出現(xiàn)犧牲陽極耗蝕過快的問題，會(huì)降低了陽極的服役壽命。

1.3 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際不符

FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的另一個(gè)原因，是由于實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際不符導(dǎo)致[2]。大多數(shù)情況下，犧牲陽極設(shè)計(jì)文件是按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)文件要求來進(jìn)行的，通常要求控制的實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的溫度在15～30 ℃之間，但是實(shí)際上工藝水艙介質(zhì)的溫度往往高于這個(gè)設(shè)計(jì)溫度，大約可以達(dá)到65 ℃。這樣，因設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)溫度標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際溫度處于不統(tǒng)一狀態(tài)，導(dǎo)致犧牲陽極實(shí)際耗蝕速度快于設(shè)計(jì)消耗速度。并且，因鋁基合金陽極隨著溫度的升高，陽極溶解性變差，更易導(dǎo)致犧牲陽極耗蝕加快，這對(duì)于在生產(chǎn)過程中把握犧牲陽極的變化狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

1.4 工藝水艙介質(zhì)電阻率不確定

實(shí)際上FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快問題的存在，得不到有效處理，還與工藝水艙介質(zhì)電阻率不確定有關(guān)。該工藝水的成分對(duì)于不同的油田并不確定，一般包括分散油、乳化油、溶解油與各種陰陽離子等[3]。鑒于其成分類別比較多，必須要通過在生產(chǎn)場(chǎng)地的實(shí)際測(cè)定確認(rèn)，并提出針對(duì)性的可行策略來保障陽極所處的環(huán)境于穩(wěn)定狀態(tài)。但是實(shí)際上，對(duì)于不同的油田或者是同一油田不同油層的原油之間也是存在一定差別的，特別是在經(jīng)過油氣水分離后產(chǎn)生的工藝水也是差別的，因此電阻率的不確定是一個(gè)常態(tài)現(xiàn)象，不僅會(huì)加速了犧牲陽極耗蝕的速度，也會(huì)影響設(shè)備的正常使用。研究表明，含油污海水中的陽極表面容易鈍化，會(huì)形成一個(gè)腐蝕產(chǎn)物硬殼，影響犧牲陽極正常發(fā)生功效，間接也會(huì)造成設(shè)備局部腐蝕情況加劇，導(dǎo)致生產(chǎn)效益受到影響。

1.5 工藝水艙犧牲陽極布置不合理

目前在我國海洋石油生產(chǎn)領(lǐng)域，F(xiàn)PSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快問題始終沒有得到有效控制，工藝水艙犧牲陽極布置不合理也是常見的一個(gè)誘發(fā)因素。

通常情況下犧牲陽極的布置應(yīng)根據(jù)工藝水艙實(shí)際情況科學(xué)布置，但是實(shí)際上部分企業(yè)往往在工藝水艙設(shè)置時(shí)存在問題，并沒有全部科學(xué)設(shè)置犧牲陽極，導(dǎo)致艙室上部存在犧牲陽極鈍化的問題。當(dāng)然也會(huì)因部分工藝水艙液面不穩(wěn)定，上部陽極浸沒時(shí)間較短，而引發(fā)腐蝕問題，若不及時(shí)處理還會(huì)導(dǎo)致活化電流密度不夠強(qiáng)，直接加劇了陽極耗蝕的速度。并且，由于沉箱收集的是平臺(tái)含油污水、含氧海水、生產(chǎn)回水等，這些水體含有的腐蝕介質(zhì)較多，容易導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象加劇。

除存在上述因素的同時(shí)，還會(huì)因?yàn)槭┕と毕?、焊縫處理不到位，水艙加劇受到海水的侵襲，促使?fàn)奚枠O出現(xiàn)老化現(xiàn)象?；蛘呤且騼?nèi)部涂層的破壞等原因，促使?fàn)奚枠O問題加劇產(chǎn)生。

2 FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的防腐對(duì)策

近年來，我國海油企業(yè)為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，認(rèn)識(shí)到FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的問題，是關(guān)系到企業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)障礙，若得不到及時(shí)處理，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。只有采取有效措施盡快攻克這一難關(guān)，才能夠?qū)崿F(xiàn)自身經(jīng)濟(jì)效益最大化，保障企業(yè)落實(shí)事業(yè)發(fā)展的近期目標(biāo)和中遠(yuǎn)期戰(zhàn)略。根據(jù)犧牲陽極耗蝕過快問題的產(chǎn)生原因，可以從以下幾方面提出技術(shù)可行的改進(jìn)方案。

2.1 改善高溫工藝水環(huán)境

針對(duì)以往FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快問題，相關(guān)人員應(yīng)首先通過改善高溫工藝水環(huán)境來改善犧牲陽極的工作條件，更有利于發(fā)揮其防腐作用。因?yàn)樘热魷囟雀哂趯?shí)際溫度，將會(huì)導(dǎo)致陽極溶解性變差，所以一定要控制好工藝水環(huán)境的溫度，避免因犧牲陽極耗蝕過快帶來不必要損失。改善供水環(huán)境等改善工藝水環(huán)境。相關(guān)企業(yè)可以發(fā)揮工作人員的主觀能動(dòng)性，提出相關(guān)技術(shù)改造措施，比如引入水溫傳感系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)控工藝水艙水環(huán)境溫度的變化趨勢(shì)；建立水溫調(diào)控連鎖系統(tǒng)運(yùn)用技術(shù)手段實(shí)時(shí)調(diào)控水艙的工藝水環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)調(diào)整。工作人員也要提高工作責(zé)任心，對(duì)于一些難于采用設(shè)備監(jiān)控的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位要力爭(zhēng)第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)水溫變化問題，及時(shí)采取措施解決問題，通過對(duì)水艙總體工藝水環(huán)境長(zhǎng)周期控制在一個(gè)適宜的溫度范圍，有效地降低犧牲陽極耗蝕過快發(fā)生概率，保障相關(guān)設(shè)備能夠處于良好運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。這不但在現(xiàn)有的技術(shù)條件上有實(shí)現(xiàn)的可行性，也能夠?qū)π袠I(yè)后期發(fā)展帶來幫助。

2.2 建立犧牲陽極電流保護(hù)裝置

現(xiàn)代化的行業(yè)生產(chǎn)離不開設(shè)備的支持，但是很多時(shí)候僅僅由于防腐措施不到位，導(dǎo)致一些設(shè)備存在質(zhì)量缺陷，無法發(fā)揮設(shè)備應(yīng)有的功效。為進(jìn)一步解決FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的問題，應(yīng)積極提出有效的防腐對(duì)策，通過建立犧牲陽極電流保護(hù)裝置，可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。這需要根據(jù)犧牲陽極耗蝕的實(shí)際情況，根據(jù)原電荷電場(chǎng)線的分布規(guī)律以及等勢(shì)線的分布情況，來建立電流保護(hù)裝置。這樣可以使其電子流動(dòng)方向處于抑制狀態(tài)，可以有效改善FPSO工藝水艙犧牲陽極防腐工作條件，避免犧牲陽極耗蝕過快問題的出現(xiàn)。

2.3 根據(jù)單塊陽極保護(hù)面積，合理布控犧牲陽極

為解決FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快問題，還應(yīng)當(dāng)通過推行根據(jù)單塊犧牲陽極保護(hù)面積，合理布控犧牲陽極，實(shí)現(xiàn)有效防腐目的。通常情況下，犧牲陽極發(fā)生的電流量，主要是根據(jù)犧牲陽極驅(qū)動(dòng)單位除以犧牲陽極接水電阻計(jì)算獲得，所以為了能夠控制犧牲陽極耗蝕過快問題，積極推導(dǎo)出單塊犧牲陽極保護(hù)面積也是一種非常可行的措施。通過科學(xué)計(jì)算可以掌握犧牲陽極耗蝕的實(shí)際規(guī)律，及時(shí)提出合理有效的防腐布控措施實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù)。同時(shí)，相關(guān)管理人員也要提高對(duì)其重視程度，通過充分利用發(fā)揮單塊犧牲陽極的保護(hù)作用，有助于減少設(shè)備單位面積上犧牲陽極的數(shù)量，從而避免犧牲陽極耗蝕過快問題發(fā)生。并且，在可滿足犧牲陽極保護(hù)要求的前提下，降低維修成本。

2.4 優(yōu)化犧牲陽極布置

近年來節(jié)約成本成為企業(yè)管理的重要方向。犧牲陽極布置不合理，過多布置犧牲陽極不但不能獲得良好的防腐效果，還會(huì)造成資源浪費(fèi)，并會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。為了能夠避免資源浪費(fèi)，應(yīng)通過優(yōu)化犧牲陽極布置，解決FPSO工藝水艙犧牲陽極布置過多，耗蝕過快的問題。當(dāng)然，為了達(dá)到保護(hù)自然環(huán)境和防止外界因素對(duì)儀器所造成的破壞，企業(yè)還要采取其他有效的防腐措施，來加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的保護(hù)，確保每一個(gè)設(shè)備都能夠處于良好狀態(tài)。對(duì)于已經(jīng)存在著一些腐蝕問題的設(shè)備要及時(shí)進(jìn)行維修，既避免設(shè)備腐蝕問題的加劇，也能夠確保各項(xiàng)生產(chǎn)順利進(jìn)行。

3 防腐對(duì)策案例分析

以某FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快原因及采取的防腐對(duì)策進(jìn)行分析。

3.1 犧牲陽極耗蝕情況

某FPSO工藝水艙的艙室底部與艙壁等部位的犧牲陽極耗蝕過快，特別是艙底部位有3個(gè)犧牲陽極基本已經(jīng)耗蝕殆盡，艙壁部位有些犧牲陽極已經(jīng)形成貫穿性穿孔耗蝕，嚴(yán)重者犧牲陽極已經(jīng)脫落。記錄顯示，距上次更換犧牲陽極的時(shí)間為6個(gè)月。

3.2 耗蝕過快原因分析

選取耗蝕過快部位采集犧牲陽極試樣，按照GB/T 17848—1999模擬水艙環(huán)境進(jìn)行電化學(xué)性能試驗(yàn)，確定犧牲陽極的耗蝕狀態(tài)與水艙內(nèi)耗蝕狀態(tài)一致，均呈現(xiàn)蜂窩腐蝕狀(見圖1)，腐蝕嚴(yán)重部位出現(xiàn)脫落，說明高溫工藝水環(huán)境使?fàn)奚枠O的腐蝕加速。按照GB/T 4949—2007測(cè)定犧牲陽極中的化學(xué)成分，確定犧牲陽極質(zhì)量符合要求，不會(huì)引起犧牲陽極耗蝕過快。

通過試驗(yàn)可以確定：(1)水艙介質(zhì)溫度過高，使鋁基合金陽極溶解性變差，加速了陽極耗蝕；(2)工藝水環(huán)境中陰離子和陽離子濃度過高使電阻率降低，加速了陽極耗蝕。

3.3 優(yōu)化對(duì)策

根據(jù)元電荷電場(chǎng)線的分布規(guī)律建立數(shù)字模型，推導(dǎo)單塊犧牲陽極的保護(hù)半徑為r，調(diào)整相鄰兩層陽極平行間距為2r，這樣可以通過調(diào)整犧牲陽極的保護(hù)面積合理布置艙室內(nèi)犧牲陽極數(shù)量，既達(dá)到了犧牲陽極保護(hù)的要求又減少了費(fèi)用支出。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)壓力變大，為了能夠在市場(chǎng)中占據(jù)不敗之地，必須提出相應(yīng)的有效防腐對(duì)策，降低FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快的問題。本文通過對(duì)FPSO工藝水艙犧牲陽極耗蝕過快問題產(chǎn)生原因的分析，提出改進(jìn)措施以消除犧牲陽極耗蝕過快的問題。措施包括改善高溫工藝水環(huán)境，建立犧牲陽極電流保護(hù)裝置，同時(shí)要推進(jìn)單塊犧牲陽極保護(hù)面積以及優(yōu)化犧牲陽極布置等措施。全面有效實(shí)施這些措施，可以改善犧牲陽極腐蝕過快問題，避免其對(duì)生產(chǎn)所帶來的不利影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)目的，為企業(yè)發(fā)展和創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益提供有力支持。