一、海洋平台的腐蚀环境和条件
海洋平台是长期在海上从事钻探和采油生产的人工岛,与船舶相比,腐蚀环境和条件苛刻得多。其原因是:
1.海洋平台在远离港口的外海海域作业,没有防浪堤坝的港口设施保护,每天都要经受海风、海浪、潮流作用。在某些海域还时常遭受风暴、狂浪、浮冰、地震的袭击。风浪和潮流使平台的飞溅区和潮差区腐蚀加剧,冲击力的作用使结构产生应力腐蚀和腐蚀疲劳。
2.海洋平台甲板以下部分,大都是管子式桁架,焊接节点多,应力高度集中。而且焊接节点部位是最容易产生严重腐蚀的部位,对其保护格外重要。
3.海洋平台大多不能自航,采油平台还不能移动,所以不能像船舶那样定期进坞维修,给保养和维修带来许多困难。平台寿命一般为20~30年,这就要求保护系统的寿命与之相适应,防腐措施要维持这么长时间,会遇到很多困难。
二、海洋平台的腐蚀特点
1.平台腐蚀分区
平台结构各部分所处腐蚀环境不同,腐蚀程度和保护方法也都有差异。按腐蚀环境通常可分为五个区:海洋大气区、海水飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区。
甲板腿以上构件主要在海洋大气中工作,长期遭受风吹、雨淋、日晒、海水盐雾的作用。钢结构直接在海洋大气作用下的腐蚀,要比海滨和陆地大气腐蚀强烈得多。尤其在甲板下部,因长期处于潮湿状态,氧气供应充分,是该区腐蚀最严重的部位。
甲板腿下部和导管架上部,在海水飞溅区和海水干湿交替的潮差区工作。在高潮线以上的飞溅区,由于结构表面长期遭受飞溅海水的不断冲击,表面始终遭海水周期性润湿,氧气供应充分,盐分不断浓缩,缺少完全可靠的保护方法,有时还受狂风巨浪和浮冰的冲击。因此,该部位是平台遭受腐蚀最为严重的范围。由于各海区的海况不同,飞溅区的范围和腐蚀最严重的高度位置也不相同。如墨西哥湾为高潮线以上2m,阿拉斯加湾可达高潮线以上9m,我国北部湾最严重腐蚀区约在高潮线以上1.5m处。
导管架中下部长年浸泡在海水中(全浸区),海水影响腐蚀的因素主要有:海水温度、含氧量、含盐量、电阻率、流动速度等,这些因素随地理位置、季节、海水深度的不同,有些因素会有很大的变化,因此不同海域钢结构的腐蚀行为是不同的。
钢桩结构(导管架桩腿)埋于海泥中,在海泥区由于缺氧,腐蚀速度通常较低。
CCS《浅海固定平台建造与检验规范》则分为飞溅区、大气区、全浸区三个区,将潮差区并入飞溅区,海泥区并入全浸区。定义为:
飞溅区¾¾平台在潮汐和波浪作用下干湿交替的区间。飞溅区范围为自最高天文潮位以上波高(为50年一遇的平均波高)的2/3,至最低天文潮位以下波高的1/3。
大气区¾¾平台在飞溅区以上的部分。
全浸区¾¾平台在飞溅区以下包括插入泥土中的部分。
2.海洋平台的腐蚀规律
通过在实际海洋环境条件下的钢桩试验,表明腐蚀最严重的部位发生在飞溅区,在平均高潮线的上部。海洋石油平台不同部位的腐蚀速度如下表所示。
由表可见,腐蚀程度与钢种有关。耐腐蚀钢,如美国的Mariner钢,在飞溅区的耐蚀性明显高于碳素钢,日本的Mariloy钢在飞溅区和海水中都有较高的耐蚀性,而普通的高强度钢与碳素钢在海水中的耐蚀性基本上是一样的。
3.焊接节点的腐蚀
焊接管节点有残余应力存在,工作时有应力集中,加之结构复杂,不易受到保护,较结构的其它部分更容易产生腐蚀,热影响区的腐蚀尤为严重。
焊接节点的点蚀和热影响区的腐蚀,具有不容忽视的危险性。当节点焊缝发生点蚀时,若处在应力集中区,会产生更大的应力集中。如果应力集中程度足够高,点蚀尖端的应力水准超出许可范围,该焊缝就会产生疲劳断裂。
平台焊接在腐蚀和疲劳应力作用下,会在比较少的次数和比较低的应力下发生破坏,而焊接管节点则往往是腐蚀疲劳严重的部位。
三、海洋平台的防腐蚀方法与防腐系统
海洋平台常用的防腐蚀方法有:涂装或镀层保护、阴极保护(牺牲阳极保护和外加电流阴极保护)等。而海洋平台的防腐系统则应根据平台的环境条件、结构部位、使用年限、施工和维护的可能以及技术和经济效果等因素确定。
大气区的平台结构及有关设备外表面,应采用涂层保护。结构形式复杂且难于采用涂层保护时,可采用镀层保护。飞溅区(含潮差区)的平台结构应采用适宜的防腐系统加以保护,一般也为涂层(或镀层)保护。全浸区(含海泥区)的平台结构应采用阴极保护,也可同时采用阴极保护和涂层保护。平台结构对阴极保护有屏蔽作用时,屏蔽区应采取有效的防腐涂层保护。
由于现在的涂料性能目前尚不能满足平台结构寿命的要求,所以飞溅区和全浸区均还要考虑结构的适当腐蚀余量。结构腐蚀余量应根据平台设计使用年限、钢材年平均腐蚀量以及防腐系统的保护效率来确定,并经船检同意。如无法确定上述参数时,对使用年限为n年的平台,建议其全浸区结构的腐蚀裕量不小于n/15(mm),飞溅区结构的腐蚀裕量不小于n/3(mm)。
平台结构内表面的防腐系统应符合下列规定:
(1)暴露于大气中的结构的内表面,应采用涂层保护;
(2)与海水接触的结构的内表面,应采用涂层保护、阴极保护或两者联合保护。对于密闭的充水内腔或水流受到严格限制的内腔,不应采用阴极保护系统保护。
(3)与海水和大气没有接触的密闭内腔可不考虑防腐,但装配时,内腔应保持清洁和干燥。
为防止杂散电流的腐蚀,平台在水上建造与安装期间,所使用的焊接设备应接地,并符合下列要求:
(1)电焊机负极应通过电缆与被焊结构连接;
(2)焊接电缆应具有足够的横载面积和完好的绝缘;
(3)若电焊机放在工作船上,则焊机负极应与工作船绝缘。
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