(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

深水張力腿平臺(tái)張力腿系統(tǒng)的腐蝕控制探索

余直霞

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

針對(duì)我國(guó)深水石油天然氣開(kāi)發(fā)中即將應(yīng)用張力腿平臺(tái)的實(shí)際情況，初步探索了張力腿系統(tǒng)的腐蝕控制方法，對(duì)今后的實(shí)踐工作具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

張力腿平臺(tái) 保護(hù)涂層 陰極保護(hù)

0 引言

我國(guó)深水海域遼闊，在南海中南部的深水海域有著約300億噸的油氣儲(chǔ)量。大力發(fā)展深水油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)，推進(jìn)深海油氣田開(kāi)發(fā)將在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展、緩解油氣進(jìn)口壓力和改善能源供給結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類(lèi)對(duì)海洋石油資源認(rèn)知水平的不斷提高，海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)已從淺海走向深海，甚至超深海。

世界海洋石油工程技術(shù)發(fā)生著日新月異的變化，在深水油氣田開(kāi)發(fā)中，傳統(tǒng)的導(dǎo)管架平臺(tái)已經(jīng)逐步被深水浮式平臺(tái)和水下生產(chǎn)系統(tǒng)所代替，各種類(lèi)型深水平臺(tái)的設(shè)計(jì)、建造技術(shù)不斷完善。目前國(guó)內(nèi)張力腿平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造還在起步摸索階段，沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，張力腿系統(tǒng)由于力學(xué)方面的特殊要求，腐蝕控制也需要慎重考慮，本文初探了張力腿系統(tǒng)腐蝕控制方法。

1 張力腿平臺(tái)

張力腿平臺(tái)是一種垂直系泊的順應(yīng)式平臺(tái)，在20多年的實(shí)踐中不斷發(fā)展，已形成了一種典型的結(jié)構(gòu)形式。它一般由五大部分組成，見(jiàn)圖1[1]，分別是平臺(tái)上體、立柱(含橫撐和斜撐)、下體(沉箱)、張力腿系泊系統(tǒng)和錨固基礎(chǔ)。通常將平臺(tái)上體、立柱及下體并稱為平臺(tái)本體。

圖1 張力腿式(TLP)平臺(tái)

張力腿式平臺(tái)是采用錨泊定位的，所用錨索繃緊成直線，不是懸垂曲線，鋼索的下端與水底不是相切的，而是幾乎垂直。用的是樁錨(即打入水底的樁為錨)或重力式錨(重塊)等，不是一般容易起放的抓錨。張力腿式平臺(tái)的重力小于浮力，所相差的力量可依靠錨索向下的拉力來(lái)補(bǔ)償，而且此拉力應(yīng)大于由波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺(tái)的作用。

平臺(tái)本體的腐蝕控制與常規(guī)平臺(tái)類(lèi)似，而張力腿系統(tǒng)由于力學(xué)方面的特殊要求，腐蝕控制也需要特殊考慮。下面重點(diǎn)闡述一下張力腿系統(tǒng)的腐蝕控制方法。

1.1 張力腿系統(tǒng)

張力腿系統(tǒng)包括張力腿和操作的輔助構(gòu)件，其中包括荷載測(cè)量系統(tǒng)、檢驗(yàn)或監(jiān)測(cè)儀器。

張力腿系統(tǒng)(包括張力腿的排列)連接平臺(tái)上的點(diǎn)和海底基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。通過(guò)調(diào)整平臺(tái)吃水大于平臺(tái)重量需要的吃水，讓張力腿處于完全持續(xù)受拉狀態(tài)，從而在平臺(tái)具有側(cè)向位移時(shí)，提供平臺(tái)水平變位復(fù)原力。腿的數(shù)目，以及每個(gè)腿上張力腿的數(shù)目，取決于平臺(tái)的構(gòu)造，環(huán)境情況，和工程設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想，其中包括預(yù)期的服務(wù)需求和操作者對(duì)特殊安裝的冗余考慮。

1.2 張力腿的類(lèi)型

張力腿一般有以下幾種形式：

1.2.1 帶連接器的圓管

圓管可以設(shè)計(jì)成帶浮力或充滿水。連接器和圓管可以做成一體或把連接器焊接到圓管上。

1.2.2 帶現(xiàn)場(chǎng)焊接連接器的圓管或?qū)嵭陌?/p>

圓管由無(wú)縫管或焊接管建造而成。在海上安裝前或海上安裝時(shí)，焊接在一起形成一個(gè)連續(xù)的張力腿單元。

1.2.3 小直徑的高強(qiáng)金屬絲或纖維繩形成束

在海上安裝時(shí)，這些張力腿繞在線軸上安裝，不需要中間連接器。

2 張力腿系統(tǒng)的腐蝕控制

2.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

張力腿的腐蝕控制可以參照表1所列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：

2.2 腐蝕控制方法

資料顯示，到目前為止，世界所有的張力腿平臺(tái)張力腿都采用了涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)的方式。

2.2.1 涂層

表1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

標(biāo)準(zhǔn)API RP 2T中指出，張力腿采用的涂層主要有熔結(jié)環(huán)氧(FBE)涂層、聚乙烯(PE)涂層和熱噴鋁涂層(TSA)。

(1) 熔結(jié)環(huán)氧(FBE)涂層

熔結(jié)環(huán)氧涂層是70年代發(fā)展起來(lái)的一種高質(zhì)量的薄膜涂層，目前在國(guó)際上應(yīng)用較廣泛。適用的管徑范圍很寬(1.5"至64")，膜厚一般在250-500微米之間。

這種涂層是利用多級(jí)靜電噴槍將環(huán)氧樹(shù)脂粉末噴到噴砂清理后且預(yù)熱到230-240℃的鋼管表面上而制成的。

該涂層的優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)韌，富有柔性，與鋼管表面粘結(jié)力強(qiáng)，有極好的抗土壤化學(xué)腐蝕性，抗陰極剝離，絕緣性能高等。這種涂層與陰極保護(hù)相結(jié)合時(shí)，作為管道外防腐只需很小的電流量。

其缺點(diǎn)是易被尖銳硬物碰破，因此在運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)裝卸和鋪設(shè)過(guò)程中，應(yīng)多加小心。

(2) 聚乙烯(PE)涂層

聚乙烯是應(yīng)用很廣泛的一種熱縮性涂層。厚度一般為2.0-4.0mm，耐磨、耐沖擊。具有優(yōu)越的防腐性能，由于聚乙烯是一種惰性成膜物質(zhì)，涂膜對(duì)水、氣、氧滲透率很低，因此封閉性很好，對(duì)大氣、水、酸堿鹽都具有很好的抵御性。

其缺點(diǎn)是在與陰極保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，抗陰極剝離性能一般，與基體的附著力不是太理想，因此實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中要謹(jǐn)慎，應(yīng)根據(jù)具體的項(xiàng)目情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，滿足實(shí)際需求才能采用。

(3) 熱噴鋁涂層(TSA)

熱噴鋁是利用某種熱源(如電弧、等離子噴涂或燃燒火焰等)將粉末狀或絲狀的鋁材加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后借助焰體本身或壓縮空氣以一定速度噴射到預(yù)處理過(guò)的基體表面，沉積而形成具有較強(qiáng)綜合性能表面涂層的一種技術(shù)。熱噴鋁涂層是一種長(zhǎng)效防腐涂層，常規(guī)200微米厚的涂層服役壽命一般達(dá)30年以上。

噴鋁層制備完成后，通常還要用防腐涂料進(jìn)行封閉處理，以封閉金屬層的孔隙，進(jìn)而提高涂層的防護(hù)性和裝飾性能。一般在基體溫度低于80攝氏度時(shí)，涂環(huán)氧密封劑的較多，較高溫度下服役時(shí)，得考慮能耐高溫的密封劑。

該涂層的缺點(diǎn)是初期投入成本較高。

2.2.2 陰極保護(hù)：

陰極保護(hù)系統(tǒng)一般包含犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。

外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外部的直流電源向被保護(hù)金屬構(gòu)筑物通以陰極電流使之陰極極化實(shí)現(xiàn)保護(hù)的一種方法。外加電流陰極保護(hù)方法不能用于張力腿平臺(tái)系統(tǒng)，易導(dǎo)致氫脆。

相對(duì)而言，犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)性能更加可靠。張力腿平臺(tái)一般采用手鐲型犧牲陽(yáng)極進(jìn)行保護(hù)，陽(yáng)極分別安裝于張力腿的頂部(船體)和底部(基座)，張力腿陰極保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮別的陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)它的干擾，包含船體、基座、立管和海底管線。

采用犧牲陽(yáng)極安裝于張力腿兩端的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于：電位沿張力腿的電位衰減。良好的涂層配合，足夠的導(dǎo)體橫截面積可以降低電位衰減。一般情況下，下水初期，涂層性能優(yōu)秀，對(duì)于長(zhǎng)度低于5000英尺(約1666米)的張力腿，電位衰減不是問(wèn)題。張力腿系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)還應(yīng)考慮頂部和底部連接器、張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等附件的腐蝕問(wèn)題，這些部件通常包括屏蔽空間和縫隙腐蝕。陰極保護(hù)設(shè)計(jì)可以參照標(biāo)準(zhǔn)NACE RP0176和DNV RP B401。

3 基座的腐蝕控制

樁基的下部嵌入泥土中，泥中含氧量有限，腐蝕輕微。樁基的上部需要足夠的厚度以滿足一定的腐蝕裕量，樁基將會(huì)消耗大量的電流，將樁基上部和連接器刷涂料可以降低電流的消耗，但是涂層的使用會(huì)影響鋼樁與泥土的摩擦系數(shù)。一般情況下，泥線以下樁腿外表面禁止使用涂層，除非帶涂層的鋼表面摩擦系數(shù)大于裸鋼表面摩擦系數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

張力腿平臺(tái)張力腿系統(tǒng)由于力學(xué)方面的特殊要求，腐蝕控制也需要特殊考慮。本文初步探索了張力腿系統(tǒng)的腐蝕控制方法，希望能為以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

[1] 董艷秋, 胡志敏, 張翼. 張力腿平臺(tái)及其基礎(chǔ)設(shè)計(jì). 海洋工程, 2000,18(4): 63-68.

Corrosion Control Exploration of Tendon System of Tension Leg Platform in Deep Water

YU Zhi-xia
(China Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China)

Tension leg platform is about to apply in deep water for developing oil and gas, method for corrosion control of tendon system is explored to direct the actual production design.

tension leg platform; protective coating; cathodic protection

TG174

A< class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1008-7818(2014)03-0050-02

1008-7818(2014)03-0050-02

余直霞 (1980－) ，女，碩士，防腐工程師，主要從事海洋石油生產(chǎn)中的材料選擇和腐蝕控制研究工作。