淺談鋼結(jié)構(gòu)在海上油田的腐蝕防護(hù)

淺談鋼結(jié)構(gòu)在海上油田的腐蝕防護(hù)

1導(dǎo)管架支護(hù)腐蝕認(rèn)知根據(jù)相關(guān)報(bào)道，這種材料在海洋環(huán)境中的腐敗率比沙漠地區(qū)高400500倍。我國的渤海4號(hào)采油平臺(tái)是1973年由鉆井平臺(tái)改擴(kuò)建而成,1981年對(duì)這座平臺(tái)的水上部分進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)腐蝕十分嚴(yán)重;1982年8～9月又進(jìn)行了年檢,結(jié)果發(fā)現(xiàn)處于飛濺區(qū)的原鉆井平臺(tái)和加固導(dǎo)管均有大的腐蝕洞,一些設(shè)計(jì)壁厚為8mm的拉筋壁厚只剩下0.75～1.5mm,腐蝕速率達(dá)0.6mm/a。勝利海上的CB25A采油平臺(tái),于1995年10月建成投產(chǎn),1998年11月對(duì)該平臺(tái)年檢發(fā)現(xiàn),導(dǎo)管架構(gòu)件腐蝕深度在0.25～0.8mm不等,腐蝕速率在0.08～0.27mm/a;與渤海4號(hào)對(duì)比,新建平臺(tái)在防腐蝕措施上有所改進(jìn)和加強(qiáng),腐蝕速率已大大降低,但是,在海洋環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕仍然十分嚴(yán)重。2鋼結(jié)構(gòu)對(duì)海洋環(huán)境的侵蝕2.1海洋裸鋼樁的腐蝕試驗(yàn)分析處于海洋環(huán)境中的鋼材,與其它環(huán)境相比受到的腐蝕更為嚴(yán)重。從腐蝕的角度來看,在垂直方向一般把海洋腐蝕環(huán)境分為五個(gè)不同區(qū)帶,即海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海底泥土區(qū),鋼材所處的環(huán)境不同,腐蝕速度也不一樣,在海洋中的裸鋼鋼樁的典型腐蝕模型見圖1實(shí)線所示。圖2是在日本東京附近的千業(yè)海岸三年的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果,是將普通鋼板打入海中所進(jìn)行試驗(yàn)獲得的結(jié)果,這與鋼材在海洋環(huán)境中的腐蝕模型圖是一致的。從上述兩個(gè)圖中可以看出,鋼材在海洋環(huán)境各個(gè)不同區(qū)帶中的腐蝕有如下特征:①不管普通鋼材還是低合金鋼,他們?cè)诤Ｑ蟛煌瑓^(qū)帶中的腐蝕速度是完全不同的;②對(duì)于普通鋼材來說,海氣交換界面區(qū)即浪花飛濺區(qū)和海泥交換界面區(qū)存在著嚴(yán)重的腐蝕峰,具有最大的腐蝕速度;③鋼材的成分不同,其腐蝕規(guī)律不同;④在海氣交換界面區(qū)和海泥交換界面區(qū)存在著宏觀電池腐蝕;⑤鋼鐵在海洋不同環(huán)境中既發(fā)生均勻腐蝕,也存在著嚴(yán)重的局部腐蝕;⑥鋼材在海底泥土中的腐蝕速度是最小的。2.2不同海洋環(huán)境地區(qū)的木材腐蝕和保護(hù)2.2.1大氣中主方面腐蝕海洋大氣區(qū)是指處于浪花飛濺區(qū)以上的部位,與其它區(qū)帶相比,海洋大氣區(qū)的腐蝕并不太嚴(yán)重,但是與遠(yuǎn)離大海的內(nèi)陸相比,由于大氣中含海鹽成分、濕度大、紫外線照射強(qiáng)烈等因素,其腐蝕速度遠(yuǎn)較內(nèi)陸為大。對(duì)海洋大氣環(huán)境中的鋼材來說,由于沒有導(dǎo)電性溶液存在,一般不采取陰極保護(hù)的方法,目前,一般是采用涂層防護(hù)。2.2.2海氣交叉腐蝕浪花飛濺區(qū)處于海洋大氣區(qū)的下部,海水漲潮時(shí)海水不能浸泡而海水的浪花飛沫可以噴濺到的部位。該部位處于海氣交換界面區(qū),由于海水的不斷飛濺,忽干忽濕,加上日光的照射,溫度升高,空氣中的氧供給充分,是腐蝕最為嚴(yán)重的部位。在該部位,一般采用不同于大氣區(qū)的重防腐的方法,如加重防腐涂層、有機(jī)覆蓋層和金屬覆蓋層等,勝利海上埕島中心二號(hào)平臺(tái)曾采用金屬覆蓋層的方法進(jìn)行飛濺區(qū)的防護(hù)。2.2.3雨淋日曬,導(dǎo)致的腐蝕潮差區(qū)是指鋼結(jié)構(gòu)在海水退潮時(shí)暴露在空氣中,漲潮時(shí)又被浸沒的部位。該部位由于海水的干濕交替、風(fēng)吹浪打、雨淋日曬,往往被認(rèn)為是腐蝕最嚴(yán)重的部位,而事實(shí)卻恰恰相反,如圖1所示,該部位的腐蝕是比較輕的;這是由于海水上漲時(shí),該部位與海水全浸區(qū)形成宏觀電池,潮差區(qū)成為宏觀電池的陰極區(qū)受到保護(hù)所造成的。由于海水的高低潮每天都在變化,潮差區(qū)和飛濺區(qū)沒有一個(gè)明顯的界線,所以在進(jìn)行防腐時(shí),一般采取與飛濺區(qū)相同的方法。2.2.4影響鋼鐵腐蝕速度的因素普通鋼材在全浸區(qū)腐蝕速度一般為0.1～0.2mm/a,但在潮差區(qū)和海水全浸區(qū)交界處下部,即全浸區(qū)的最上部,由于氧的濃差電池作用,存在著一個(gè)較大的腐蝕峰值(見圖1);另外,在海水中除了氧的影響之外,海水的流速、溫度、海水水質(zhì)、生物等都是影響鋼材腐蝕速度的因素。鋼材在海水全浸區(qū)的防護(hù)方法一般采用陰極保護(hù)和涂層防護(hù)兩者并用的方法,陰極保護(hù)一般采用犧牲陽極的方法;目前,勝利海水平臺(tái)及海底管線均是采用涂層和犧牲陽極的組合防護(hù)。2.2.5鋼樁涂層防護(hù)由于海泥中的溶解氧非常少,是海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕最輕微的部位。目前,勝利海上采油平臺(tái)入泥的鋼樁,不做涂層防護(hù),只考慮犧牲陽極的陰極防護(hù)方法;而對(duì)于埋設(shè)在海泥中的海底管線,則采用涂層加犧牲陽極的組合防護(hù)。3勝利海上油田的鋼結(jié)構(gòu)侵蝕控制措施3.1腐蝕環(huán)境的復(fù)雜性勝利埕島灘海油田腐蝕環(huán)境有以下特點(diǎn):(1)腐蝕環(huán)境比陸地惡劣,也復(fù)雜得多,腐蝕控制措施實(shí)施及維護(hù)困難;(2)地處黃河入?？?受黃河水和內(nèi)陸環(huán)境影響,海水含砂量大、溶解氧含量高,海泥床位移變動(dòng)大,冬季有大塊流冰,沖刷腐蝕嚴(yán)重;(3)注水水質(zhì)為海水,腐蝕性強(qiáng)。通過大量的研究試驗(yàn)表明,埕島海域的腐蝕嚴(yán)重區(qū)主要在平均低潮位以上4m左右的浪濺區(qū),其腐蝕速度平均約0.51mm/a,是潮差區(qū)、全浸區(qū)、大氣區(qū)的2～3倍,是海泥區(qū)的10倍左右。腐蝕環(huán)境的復(fù)雜多變、腐蝕速度的不均勻性是灘海鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)防護(hù)的主要困難。多年來在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合埕島近海海域環(huán)境和工程特點(diǎn),進(jìn)行綜合腐蝕控制及工藝配套技術(shù)研究和工程設(shè)計(jì),開發(fā)適合埕島灘海環(huán)境的高效鋁基犧牲陽極材料、優(yōu)良的防腐蝕涂層配套體系、平臺(tái)及管道腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)、海水緩蝕劑等,形成一套適用于灘海鋼結(jié)構(gòu)腐蝕控制措施,匯總于表1和表2。3.2涂層防護(hù)3.2.1進(jìn)展之一:高效和配套結(jié)構(gòu)的引進(jìn)和設(shè)計(jì)作為一個(gè)永久性的設(shè)施,海上平臺(tái)必須選擇具有長效防腐性能的重防腐涂料品種。目前勝利油田海上工程中采用了包括無機(jī)及環(huán)氧富鋅、環(huán)氧玻璃鱗片、環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧云鐵、氯化橡膠涂料、高氯化聚乙烯、丙烯酸聚氨酯涂料、煤焦油瓷漆、環(huán)氧砂漿等十幾個(gè)品種的高性能涂料及其配套結(jié)構(gòu),1998年引進(jìn)了高附著力和耐磨性的美國塞克-54柔性陶瓷涂料,同時(shí)配套設(shè)計(jì)開發(fā)了管道玻璃鋼內(nèi)襯接頭焊接補(bǔ)口裝置?；緷M足大氣區(qū)、全浸區(qū)鋼結(jié)構(gòu)和管道以及注水管道的防腐蝕要求。3.2.2+聚乙烯包覆針對(duì)浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)嚴(yán)重沖蝕的問題,設(shè)計(jì)配套了“重防腐涂層+聚乙烯包覆”的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu),底料為富鋅類或環(huán)氧類涂料,膜厚100～200μm;聚乙烯包覆材料采用以丁基橡膠為底膠的共擠型復(fù)合聚乙烯膠帶,總厚度達(dá)到了1.42mm。3.2.3復(fù)合涂層的研制研究開發(fā)并設(shè)計(jì)采用了金屬復(fù)合涂層結(jié)構(gòu),主要用于海底管線水下支持樁和抗冰護(hù)管的防護(hù),解決帶導(dǎo)向筒的抗冰隔水管無法采用犧牲陽極保護(hù)的問題。該金屬復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)為:鋅合金打底,中層采用面層含稀土元素的Ac-Al合金層,外層采用塞克-54環(huán)氧柔性陶瓷涂等高性能涂料封閉。該復(fù)合結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn):①具有良好的陰極保護(hù)功效。②以鋅涂層打底,保證了與鋼基體的附著力;③稀土元素的添加減少了鋁的損耗,增強(qiáng)了鈍化膜的連續(xù)和致密性,并提高了涂層的耐氯離子侵蝕能力。熱噴涂是利用熱源將噴涂材料溶化并霧化成小液滴和小固液滴(半徑在0.5～100μm之間),靠熱源自身的動(dòng)力或外加的壓縮氣流使這些懸浮的小液(固)滴以一定的速度噴射到基體表面,經(jīng)壓縮、冷卻和固化等過程形成一層新的表面或疏松材料的工藝方法。1997年7月在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用優(yōu)選的噴涂金屬材料和封閉有機(jī)涂料,對(duì)勝利埕島海上采油平臺(tái)進(jìn)行噴涂金屬覆蓋層應(yīng)用試驗(yàn)。選擇埕島中心二號(hào)平臺(tái)動(dòng)力及注水平臺(tái)的導(dǎo)管架作為噴涂試驗(yàn)對(duì)象。噴涂部位見圖3。熱噴涂的實(shí)驗(yàn)和平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明:先噴涂鋁層,再噴涂鋅層,共厚140～160μm,再覆蓋有機(jī)覆蓋層封閉,是海上平臺(tái)等鋼鐵結(jié)構(gòu)件最為經(jīng)濟(jì)有效的防護(hù)方案。3.3高效電流效率開發(fā)了適合埕島海域的FFAL系列高性能鋁合金陽極(見圖4),即在常規(guī)Al-Zn-In系陽極中添加Mg、Ga等合金元素,增加了鋁陽極的表面活