海洋石油導(dǎo)管架平臺(tái)外加電流陰極保護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、我國(guó)從上世紀(jì)80年代開始自主設(shè)計(jì)并建造各類海洋石油平臺(tái)。截至目前，共有各類平臺(tái)600多座，其中95％以上為固定式導(dǎo)管架平臺(tái)。海洋石油平臺(tái)水下鋼結(jié)構(gòu)普遍采用犧牲陽(yáng)極法進(jìn)行腐蝕防護(hù)。對(duì)于南海200米左右水深的大型導(dǎo)管架，犧牲陽(yáng)極的需求量1000噸左右。一方面，犧牲陽(yáng)極的冶煉對(duì)能源和資源消耗巨大，陽(yáng)極冶煉過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣對(duì)環(huán)境造成重大污染。另一方面，犧牲陽(yáng)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(dǎo)管架為原型進(jìn)行外加電流陰極保護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　外加電流法安裝方式較多，大致分為遠(yuǎn)地式輔助陽(yáng)極系統(tǒng)、抗拉伸輔助陽(yáng)極系統(tǒng)和固定式輔助陽(yáng)極系統(tǒng)三類。其中遠(yuǎn)地式陽(yáng)極系統(tǒng)施工簡(jiǎn)單，安裝方便，尤其適用于大型深水導(dǎo)管架平臺(tái)的腐蝕控制。遠(yuǎn)地式輔助陽(yáng)極系統(tǒng)不僅用于在役平臺(tái)的延壽修復(fù)，而且可以對(duì)新建平臺(tái)進(jìn)行陰極保護(hù)。
　　外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)

3、算機(jī)中更改模型設(shè)計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，較為便捷。但是在本實(shí)驗(yàn)陰極極化過程中鋼表面鈣鎂沉積層的沉積與覆蓋是一個(gè)動(dòng)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(shí)間不斷發(fā)生變化，如果僅僅根據(jù)某一時(shí)刻的電位與電流密度函數(shù)關(guān)系來對(duì)整個(gè)陰極極化過程進(jìn)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(diǎn)，而且縮比模型法可以對(duì)復(fù)雜幾何形狀的平臺(tái)進(jìn)行復(fù)制，同時(shí)也不使用任何所用材料的極化曲線的電化學(xué)數(shù)據(jù)，具有節(jié)省時(shí)間、

4、降低成本之類的優(yōu)點(diǎn)。故本實(shí)驗(yàn)以南海200米水深的海洋石油導(dǎo)管架平臺(tái)為原型，構(gòu)建了一個(gè)100∶1的縮比模型，同時(shí)放置單座或者雙座遠(yuǎn)地式輔助陽(yáng)極，通過輔助陽(yáng)極與導(dǎo)管架平臺(tái)的相對(duì)位置和角度的改變對(duì)平臺(tái)進(jìn)行陰極保護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本文主要研究結(jié)論包括:
　　1)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)海水條件下，對(duì)于模擬南海200m水深的導(dǎo)管架模型，單座遠(yuǎn)地式輔助陽(yáng)極即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整座導(dǎo)管架平臺(tái)的腐蝕控制。
　　2)對(duì)單座和雙座同側(cè)導(dǎo)管架模型優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，隨著輔

5、助陽(yáng)極向模型方向的移動(dòng)，模型表面電位差是先減小后增加，呈“U”形特征變化。而對(duì)雙座橫向異側(cè)和雙座縱向異側(cè)導(dǎo)管架模型優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，隨著輔助陽(yáng)極向模型方向的移動(dòng)，模型表面電位差是逐漸增加的。
　　3)導(dǎo)管架模型外加電流陰極保護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，施加的保護(hù)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(hù)和欠保護(hù)的問題;反之，施加的保護(hù)電流小，則電位分布均勻。
　　4)輔助陽(yáng)極由遠(yuǎn)到近向?qū)Ч芗苣Ｐ头较蛞苿?dòng)時(shí)，模