海洋石油導管架平臺外加電流陰極保護優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、我國從上世紀80年代開始自主設(shè)計并建造各類海洋石油平臺。截至目前，共有各類平臺600多座，其中95％以上為固定式導管架平臺。海洋石油平臺水下鋼結(jié)構(gòu)普遍采用犧牲陽極法進行腐蝕防護。對于南海200米左右水深的大型導管架，犧牲陽極的需求量1000噸左右。一方面，犧牲陽極的冶煉對能源和資源消耗巨大，陽極冶煉過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣對環(huán)境造成重大污染。另一方面，犧牲陽極溶解釋放的大量重金屬離子，存在潛在海洋生態(tài)污染。若采用外加電流法，則不存在

2、以上問題。本課題以南海200米水深的海洋石油導管架為原型進行外加電流陰極保護優(yōu)化設(shè)計。
　　外加電流法安裝方式較多，大致分為遠地式輔助陽極系統(tǒng)、抗拉伸輔助陽極系統(tǒng)和固定式輔助陽極系統(tǒng)三類。其中遠地式陽極系統(tǒng)施工簡單，安裝方便，尤其適用于大型深水導管架平臺的腐蝕控制。遠地式輔助陽極系統(tǒng)不僅用于在役平臺的延壽修復，而且可以對新建平臺進行陰極保護。
　　外加電流陰極保護系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的方法有數(shù)值模擬法和縮比模型法。數(shù)值模型法只需在計

3、算機中更改模型設(shè)計，即可實現(xiàn)對模型的優(yōu)化設(shè)計，較為便捷。但是在本實驗陰極極化過程中鋼表面鈣鎂沉積層的沉積與覆蓋是一個動態(tài)過程，因此邊界條件中陰極表面電位與電流密度函數(shù)都將隨時間不斷發(fā)生變化，如果僅僅根據(jù)某一時刻的電位與電流密度函數(shù)關(guān)系來對整個陰極極化過程進行描述，結(jié)果的可靠性和可信度都將無法得以保證。而縮比模型法不存在上述缺點，而且縮比模型法可以對復雜幾何形狀的平臺進行復制，同時也不使用任何所用材料的極化曲線的電化學數(shù)據(jù)，具有節(jié)省時間、

4、降低成本之類的優(yōu)點。故本實驗以南海200米水深的海洋石油導管架平臺為原型，構(gòu)建了一個100∶1的縮比模型，同時放置單座或者雙座遠地式輔助陽極，通過輔助陽極與導管架平臺的相對位置和角度的改變對平臺進行陰極保護優(yōu)化設(shè)計。
　　本文主要研究結(jié)論包括:
　　1)靜態(tài)和動態(tài)海水條件下，對于模擬南海200m水深的導管架模型，單座遠地式輔助陽極即可實現(xiàn)對整座導管架平臺的腐蝕控制。
　　2)對單座和雙座同側(cè)導管架模型優(yōu)化設(shè)計時，隨著輔

5、助陽極向模型方向的移動，模型表面電位差是先減小后增加，呈“U”形特征變化。而對雙座橫向異側(cè)和雙座縱向異側(cè)導管架模型優(yōu)化設(shè)計時，隨著輔助陽極向模型方向的移動，模型表面電位差是逐漸增加的。
　　3)導管架模型外加電流陰極保護優(yōu)化設(shè)計時，施加的保護電流越大，模型表面電位差越大，說明模型表面電位分布越不均勻，容易出現(xiàn)局部過保護和欠保護的問題;反之，施加的保護電流小，則電位分布均勻。
　　4)輔助陽極由遠到近向?qū)Ч芗苣Ｐ头较蛞苿訒r，模