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實例：深水平臺導管架外加電流陰極保護系統改造

2018-07-18 11:57:04 作者：陳武來源：腐蝕與防護分享至：

某氣田位于南海東部海域的珠江口盆地，平臺所處海域水深約200m。該平臺導管架均為裸鋼，僅靠犧牲陽極陰極保護來防止腐蝕破壞。導管架下水1000d后，在水深98m以下導管架的電位仍未達到最低保護電位要求。為保障平臺安全生產，平臺方決定追加一套陰極保護系統，使整個導管架盡快極化至保護電位。

導管架陰極保護狀況

該導管架安裝有陰極保護監測系統，監測系統記錄了導管架下水189d后導管架各節點位置的電位（相對于Ag/AgCl參比電極，下同）和犧牲陽極的輸出電流，分別見圖1和圖2。

圖1 不同水深處導管架電位

圖2 犧牲陽極的輸出電流

由圖1可以看出：導管架下水后，不同水深的導管架電位差距較大；僅在水深15m的淺水區導管架電位快速極化至保護電位，水深69m和98m處導管架電位達到保護電位的時間分別長達230d和942d，水深129m和164m處導管架下水1000d后，其電位仍然未能達到保護電位。

由圖2可以看出：在平臺導管架下水的初期，犧牲陽極的輸出電流較大，最高達到9A左右，隨著水深的增加，犧牲陽極的輸出電流增大。但隨著導管架電位的負移和鈣質沉積層的形成，犧牲陽極的輸出電流又逐漸減小。

陰極保護改造方案設計及安裝

1 海水電阻

率依據DNV-RP-B401-2011《海上構筑物犧牲陽極陰極保護設計》，選取海水電阻率ρ=23.5Ω·cm進行計算。

2 保護電流計算

導管架各區域的面積見表1，導管架初期需求電流見表2。根據上述數據，計算可知：需安裝一套新的陰極保護系統，并提供1532A電流使區域2和區域3的導管架極化至保護電位。

3 遠地式外加電流陰極保護系統設計

選取了美國Deepwater公司RetroBuoy ICCP系統進行平臺導管架陰極保護改造。共安裝4套RetroBuoy遠地式外加電流陰極保護系統，每套輸出電流500A，可滿足導管架初期極化電流要求。

每套RetroBuoy遠地式外加電流陰極保護系統包括1臺變壓整流器、1套RetroBuoy輔助陽極、陽極電纜和陰極電纜等。4套RetroBuoy輔助陽極安裝于海底（見圖3），分別距離A1、A4、B1和B4樁腿85米，經過計算，最終選取4臺直流輸出40V/500A的變壓整流器為導管架提供陰極保護電流。

圖3 RetroBuoy輔助陽極

4 ICCP系統安裝

RetroBuoy輔助陽極海底安裝以及海底輔助陽極電纜鋪設至平臺上，是ICCP系統安裝的難點。

在安裝輔助陽極前，需對RetroBuoy輔助陽極與陽極電纜接頭的電連續性和密封性等進行測試。并采用ROV（水下機器人）水下檢測輔助陽極安裝區域是否存在碎石或凹坑等潛在隱患。

在工作船上，將四根輔助陽極電纜卷在同一個電纜卷筒上，采用四根電纜同時收放的方式安裝，同時，平臺人員將鋼絲繩從平臺預留的“J”型管頂部下放至海底，ROV在海底將輔助陽極電纜和鋼絲繩進行連接，平臺人員通過鋼絲繩牽引，將輔助陽極電纜拉上平臺。然后采用電纜固定法蘭將4根輔助陽極電纜固定在“J”型管頂部，電纜固定法蘭結構見圖4。

圖4 電纜固定法蘭結構圖

將RetroBuoy輔助陽極吊裝至指定位置時，為防止吊裝過程中電纜過度彎曲，采用了限彎器和鋼絲繩同時限位的方式進行吊裝。在整個吊裝過程中，需要ROV全程監控，以防輔助陽極發生碰撞或者電纜出現異常情況，一旦出現異常情況，立即將輔助陽極吊至甲板進行維修。輔助陽極放置完成后，通過ROV將多余的電纜在海底按照“S”型路線分布，并放置混凝土穩定墊固定。

陰極保護改造效果

2016年6月6日，在遠地式外加電流陰極保護系統（ICCP）運行3a后，對導管架陰極保護狀況進行檢測。表3為ICCP系統的變壓整流器輸出電壓和輸出電流數據，目前ICCP系統輸出電壓約為17V，輸出總電流為767A。