鄭天為，韓 宇，單學永

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務分公司 天津300452)

0 引言

海洋石油162平臺樁腿的電化學保護采用了外加電流陰極保護系統(tǒng)。本文從海洋石油162平臺樁腿的腐蝕基理，樁腿外加電流陰極保護系統(tǒng)的保護原理、系統(tǒng)組成、運行與維護等方面進行了分析，并對外加電流陰極保護系統(tǒng)電極電壓檢查方法、故障判斷，恒電位儀電壓和電流的讀數(shù)每日記錄給出具體要求，指導平臺維修人員進行系統(tǒng)維修、維護，減少樁腿腐蝕。

1 腐蝕基理

海水對金屬平臺樁腿具有腐蝕作用。這種腐蝕過程是由在平臺樁腿金屬表面上形成的眾多原電池而引起的電化反應現(xiàn)象。通過海水，腐蝕電流從金屬的活性部分(相當于陽極)流向金屬的惰性部分(相當于陰極)。這樣活性部分被腐蝕而惰性部分被保護，久之平臺樁腿變得凹凸不平。

原電池不僅在不同金屬間形成，而且也在同種金屬的不同部分形成。在這樣的情況下，相對漆層保護好的部分來說，漆層保護不好的部分相當于陽極而被腐蝕。以1 A 電流對10 kg鋼1 a 內造成的腐蝕為例，在正常環(huán)境下，腐蝕電流密度的變化范圍是10～15 mA/m2。在特殊情況下，電流密度可高達80～100 mA/m2。

腐蝕密度取決于下列因素：陰極與陽極區(qū)域間的電勢差；陰極與陽極區(qū)域的表面積；漆層狀態(tài)；海水溫度；海水鹽度；海水的氧含量；船行駛速度；對于建造中的船，焊接設備輸出的電流。

2 陰極保護原理

陰極保護法采用各類電極對要保護的平臺樁腿表面進行陰極極化，用電極輸出的電流抵消腐蝕電流。監(jiān)測浸在海水里的平臺樁腿狀態(tài)的唯一方法是用參比電極測量船體電壓。參比電極一般由純鋅做成，用于平臺樁腿的陰極保護，其保護電位不大于400 mV。如果船體電壓在220～250 mV，船體就處于被保護狀態(tài)；如果船體電位低于-50 mV，那么船體就處于超保護狀態(tài)，這將引發(fā)漆層問題。因此，既不要讓船體處于低保護狀態(tài)下，也不要讓船體處于超保護狀態(tài)下。

2.1 犧牲陽極法

這種方法采用活性大于平臺樁腿金屬活性的材料做成電極(一般為鋅)。這些電極直接固接在平臺樁腿表面，在保護平臺樁腿的過程中逐漸被消耗，所以它們被稱為消耗式電極。這些電極輸出的保護電流正比于它們被消耗的速度。為了保護海水內的鋼質平臺樁腿，一般采用鋅陽極。由于在鋅極和平臺樁腿間的電壓只有0.5 V，最大輸出電流取決于鋅極尺寸的大小。一定數(shù)量的鋅極被固放在靠近船尾的殼體表面上。

2.2 外加電流法ICCP

通過鋅(銀/氯化銀)參比電極對船舶電位的不斷測量來調整永久式鈦電極輸出的補償電流。鈦電極是按一定策略布置在船體上并提供整船保護，參比電極則布置在船的左右舷。這種方法的保護原理如下：按一定的策略在船的左右舷某些位置上安裝永久式鈦電極和參考電極(或稱為傳感器)，并把鈦電極和參比電極都連接到同一個控制箱上，讓參比電極連續(xù)監(jiān)測船體電位。船體電位有一個正常值，對于鋼質船體，這個正常值為220 mV，一旦船體電位超出正常值，就將發(fā)生對船體的腐蝕。因為參比電極是連續(xù)監(jiān)測船體電位，一旦電位有升高的趨勢，它將信息反饋給恒電位儀，恒電位儀將向鈦電極輸出一定量的補償電流。這樣船體電位將始終保持在正常值范圍內，腐蝕就不會發(fā)生。

3 樁腿外加電流陰極保護系統(tǒng)組成

3.1 ICCP主要部件

海洋石油162平臺樁腿外加電流陰極保護系統(tǒng)(簡稱ICCP)基本組成如下：

1臺恒電位儀，2套懸掛式的4只50 A 鈦電極，1套懸掛式的參比電極。

3.2 恒電位儀

恒電位儀主要部件包括：變壓器，整流模塊，電抗器，分流器，PCB控制板和觸發(fā)板等。

恒電位儀主要功能是：①把船用交流電轉換為所需的直流電，通過輔助陽極、海水、平臺樁腿形成電流回路，從而把直流電荷加到平臺樁腿上，達到陰極保護的效果，避免樁腿發(fā)生腐蝕。

②通過參比電極測量樁腿的參比電位，與恒電位儀預置的保護電位進行比較，自動調整電流輸出，從而使樁腿的參比電位達到預置的保護電位范圍。對于鋼質材料保護電位設置在180～220 mV。

3.3 輔助陽極

電極由1組MMO鈦基電極組成。防爆接線盒內被設計成密封結構，用于接輔助陽極電纜，該電纜一端連接到恒電位儀的正極。輔助陽極的功能是輸出調整電流以維持樁腿的恒定保護電位。MMO鈦陽極是電催化活性金屬氧化材料，因此在通電使用過程中不會被消耗，電極可持續(xù)使用20 a 甚至更長的時間。

3.4 參比電極

參比電極核心材料為高純鋅，它特別適合于測量海水環(huán)境下的金屬參比電位，并同輔助陽極一樣也被密封在設計成凹型的防水罩上的HDPE 底座里。參比電極的功能是監(jiān)測樁腿的保護電位。

4 樁腿外加電流陰極保護系統(tǒng)的運行與維護

用高阻抗萬用表對設備進行初檢。這些檢查應包括參比電極表面有無污損、輔助陽極和參比電極電纜有無損壞、各外接電纜連接是否正確。

4.1 電極電壓檢查

①檢查電極電壓：輔助陽極是正端(+)，平臺樁腿為負端(-)。沒通電的輔助陽極相對樁腿的直流電壓應為1～2.0 V。如果該電壓值為0，說明線路上有開路或短路；如果該電壓值為0.2～0.5 V，則說明電纜線浸在海水里了。

②檢查參比電極：參比電極是參比端(-)，樁腿是正端(+)。未保護的平臺樁腿電壓應超過300 mV (相對鋅參比電極)；經保護的平臺樁腿電壓應低于300 mV(相對鋅參比電極)。

4.2 運行維護

為了維持對平臺樁腿的良好保護，恒電位儀應始終開機。如果設備長時間關機，重新開機后，則需經過一定時間達到最佳保護裝態(tài)。對設備定期進行預防性檢查，可延長設備壽命，降低為更換部件而關機的可能性。

ICCP設備通常是全自動運行的。系統(tǒng)保護電位設定值為180～220 mV。在開始如果平臺樁腿處于良好狀態(tài)(如新噴過漆)，平臺樁腿電位很可能低于220 mV，這樣恒電位儀輸出電流將很小甚至不向輔助陽極輸出電流。隨著漆層被消耗，平臺樁腿電位將逐漸上升至220 mV 以上，恒電位儀也將自動向電極輸出電流以避免發(fā)生腐蝕。

恒電位儀電壓和電流的讀數(shù)每日記錄在平臺設備的運行記錄上。

保護電位每周至少測試4個不同部位的數(shù)值，每個部位至少測量3個數(shù)值，取平均值，填入平臺設備的運行記錄上。

4.3 日常檢查

為確保ICCP設備正常，它的性能指標要經常監(jiān)測，任何問題都必須及時被發(fā)現(xiàn)和解決。當使用、檢查ICCP設備時，應當記住下列信息：

①如果電極電流增加，則平臺樁腿電位在變化。

②最佳保護電位的范圍是0.05～0.25 V(對于鋅參比電極)。

③把電位增加到正常保護電位以上，對防腐保護并無益處，只能增加電耗并對漆層有害。

④如果平臺樁腿電位升到保護值以上(對照Zn從180～250 mV)，恒電位儀會自動增加輸出電流，以降低平臺樁腿電位。采用這種連續(xù)調節(jié)的方式維持恒定平臺樁腿電位。

⑤在正常運行條件下，平臺樁腿電位會隨著海水鹽度、航速等輕微變化，這些變化是正常的，并不是設備有故障。

⑥電流、電壓輸出值會隨著時間增長，增速度取決于漆層剝落和損壞的程度。

5 結語

預防性的維修可延長設備壽命，減少因更換報廢元器件而關機的可能。每天點檢時應視覺直觀檢查外加電流陰極保護系統(tǒng)電單元線路連接情況；檢查電源連接，尤其要檢查各接地點的連接情況，看這些點是否有脫線或腐蝕；參比電極通常不需任何保養(yǎng)，檢查連接電纜狀態(tài)即可；電極每6個月要檢查一次。在平臺上打開電極防水罩蓋(要確保防水罩內無水)，防水罩內的情況要予以記錄以備參考；檢查固定在恒電位儀與電極間的接線盒、電纜情況，確保電極可靠連在控制箱上。平臺樁腿外加電流陰極保護系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為平臺安全生產提供了保障。