油氣平臺立管腐蝕如何防護？注意事項有哪些？
2018-11-29 12:13:12
作者：易桂虎，曼得拉·查汗，李本愛，羅威威，孫璇 來源：《涂層與防護》
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海上油氣田開采出的油氣除少數在海上直接裝船外運外，多數是通過管道傳輸至陸上加工并分別輸送到用戶。隨著海洋石油天然氣開發的不斷深入，海洋管道的作用顯得越來越重要。它是通過密閉的管道在海底連續地輸送大量油氣的管道，是海上油氣田開發生產系統的主要組成部分，也是目前最快捷、最安全和經濟可靠的海上油氣運輸方式。而立管是海底管道與油氣平臺相連接的重要部分，且立管較海底管道平管段更容易發生腐蝕，所以立管的腐蝕防護就顯得意義重大。本文以立管陸地建造總裝施工為題，對立管防腐保護進行分析，提出合理化建議，以達到提高立管防腐保護質量、減少后期維護成本、提高安全性、可靠性的目的。
立管的防腐設計
立管一般采用涂層與陰極保護聯合防腐的設計方法。
涂層
立管的涂層設計按照所處的工況，分為以下幾種：
（1）飛濺區
由于飛濺區內干濕交替的環境，以及船舶停靠、海洋漂浮物碰撞等的特殊工況，此部分的立管涂層通常采用氯丁橡膠；氯丁橡膠涂層系統為典型的海洋石油立管飛濺區涂層系統，通常是基于0.5mm熔接環氧粉末（FBE）涂層和12.4mm氯丁橡膠用于抵抗由于船舶及海上漂浮物的機械損傷。
（2）大氣區、全浸區
大氣區與全浸區的工況較為單一，腐蝕情況好于飛濺區，采用與海管平管段相同的涂裝系統。常見的涂層為3層聚乙烯（3LPE）。該系統分為3部分：底層為FBE（熔接環氧粉末），厚度最小為300 μm，起到防腐的作用；中間層為高聚物合成膠層，厚度最小為200 μm，起到中間粘和的作用；表層為聚乙烯層（PE），厚度最小為2 600 μm，起到外觀保護的作用。
（3）節點修補
整個立管系統是由數根單根立管組合而成，立管之間互相焊接連接后，需要對焊道位置的涂層進行修補。通常立管節點部分采用三層結構形式的熱縮帶進行修補。該形式的熱縮帶一般由厚度最小為150μm的液態環氧漆、厚度最小為1.5mm的高剪切強度熱熔膠和厚度最小為1.0mm的輻射交聯高密度聚乙烯熱收縮基材3部分組成。節點熱縮帶施工圖見圖1。
圖1 熱縮帶施工圖
陰極保護
立管陰極保護系統中，通常采用鋁合金的手鐲式陽極。結構形式如圖2。
圖2 手鐲式陽極結構圖
犧牲陽極采用的材料主要為鋁-鋅-銦，陽極一般采用焊接形式安裝在海底管線外防腐層表面，焊接處的涂層破損多采用熱縮帶包覆的方法進行修補，以防止海底管線金屬與外界介質直接接觸。
導管架總裝階段立管的現場施工
（1）涂層施工
立管主體部分的涂層，通常是在專業的管道涂敷公司完成涂裝。在陸地建造時只對立管焊道位置的涂層以及施工過程中的破損進行修補。涂層破損區域常采用瑪蹄酯修補。用烤把或熱風將瑪蹄酯融化，填充到損壞區域，最后用抹刀抹平。
立管焊道位置采用熱縮帶修補。在表面處理完成后，將雙組分環氧底漆混合，均勻涂敷在立管管體上。使用加熱設備將涂敷環氧底漆的鋼管預熱到要求溫度后，開始安裝熱縮帶。熱縮帶安裝過程中，需要不斷使用火把加熱，用輥子將熱縮帶整平、將氣泡趕出，使熱縮帶牢固結合。施工完成后進行檢驗和保護。
（2） 陽極施工
立管陽極到貨后，現場依據陽極結構圖、布置圖及實際碰撞情況進行陽極腳焊接位置定位，剝離涂層。待涂層剝離露出立管管體后，進行焊接安裝。
陽極安裝后，所有涂層破損區域可以用聚乙烯熱熔棒/聚乙烯修補片/聚乙烯熱縮帶修補，修補時應盡可能的靠近陽極一側端部。
具體安裝過程見圖3。
圖3 立管陽極安裝過程
陸地施工對立管防腐保護的影響因素
（1）現場節點修補
目前立管現場節點修補的施工質量并不樂觀，主要表現在以下幾個方面：
焊道表面處理問題：無法提供現場噴砂除銹的表面處理設備，多采用動力工具進行替代。導致表面處理等級無法達到熱縮帶施工要求的Sa2.5等級。
熱縮帶預熱問題：無法提供中頻加熱設備，多采用烤把進行替代。烤把加熱時預熱溫度沒有中頻加熱設備高，且熱縮帶受熱不均勻，常出現熱縮帶兩側及底部加熱不足的情況。
上述兩個問題，容易導致熱縮帶在服役期間失效，使立管在服役的中后期暴露在腐蝕的風險下。因此立管施工時，應按嚴格照熱縮帶施工的技術和質量要求，配備便攜式可移動噴砂設備和中頻加熱設備，將腐蝕風險消除在萌芽階段。
（2） 涂層破損率
依據DNV-RP-B401，犧牲陽極的需求量取決于陰極保護所需的電流量，而電流需求量等于涂層表面積、涂層破損率和平均電流需求量三者之積。其中，只有涂層破損率是一個變化的值。
設計階段涂層破損率的取值一般是參照相關標準，但各標準對于立管涂層在預制、安裝階段中引起的破損并沒有量化考慮。若實際涂層破損率大于設計的涂層破損率，則實際需求的陽極要比設計的陽極多，會造成服役期內陽極消耗過快，在服役末期陰極保護失效，使立管面臨腐蝕的風險。
因此涂層破損率在施工過程中的控制顯得尤為重要。合理的施工安排，良好的現場節點施工質量，完善的涂層保護等是降低涂層破損率的有效方法。同時建議對立管預制、安裝過程中的涂層破損進行跟蹤，這對今后立管陰極保護設計有很重要的參考性。
（3）絕緣法蘭
海底管線（含立管部分）的陰極保護與導管架的陰極保護是分別兩個獨立的陰極保護系統。同時因為海底管線犧牲陽極系統的驅動電位只有0.25V左右，為了避免不同陰極保護系統間的相互影響，隔離不同設施的保護電流，所以在海底管線和陸地管線或平臺工藝管線的連接處，都要加裝絕緣法蘭。
在立管陸地施工過程中，務必要保證絕緣法蘭在安裝前妥善存貯，在安裝時正確施工，在安裝后絕緣檢驗。如果失效，立管與導管架發生電連接，導致陰極保護的范圍變大，形成大陰極小陽極的狀態。立管陽極將會很快被損耗掉，無法維持設計壽命內的陰極保護作用。
結語
隨著海上油氣田的逐步開發，海底管道的使用越來越廣泛。立管作為海底管道與油氣平臺連接的重要組成部分，其防腐性能顯得尤為重要。這就要求施工人員尤其是項目管理人員，對立管施工應投入更大的精力。制造、預制、安裝時應考慮環境與施工因素的有機結合，嚴把質量關，減少立管服役后不必要的維護。
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責任編輯：韓鑫
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