賀海龍 尹鵬飛 李 輝 莫 蘭 韓 冰 李向陽(yáng)許 彪 廖卓偉 陳亞林 李金梅 鄭志建

（1. 中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2. 青島鋼研納克檢測(cè)防護(hù)技術(shù)有限公司，山東 青島 266071；3.大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163712）

0 引言

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪（FPSO）是集生產(chǎn)、處理、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、生活、供電于一體的綜合性大型海洋石油生產(chǎn)基地。它的海水管路系統(tǒng)包括工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)、主惰性發(fā)生器冷卻系統(tǒng)、輔惰性發(fā)生器冷卻系統(tǒng)和中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)，主要功用是輸送冷卻和消防海水。該系統(tǒng)管路材質(zhì)復(fù)雜，異種金屬連接較多，局部區(qū)域多形成大陰極小陽(yáng)極，在海水介質(zhì)環(huán)境下加速了管道和設(shè)備腐蝕，跑冒滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)施維護(hù)成本較高，嚴(yán)重影響了儲(chǔ)油輪的生產(chǎn)和安全。

目前，海洋石油開(kāi)采領(lǐng)域中石油儲(chǔ)油輪的海水管道系統(tǒng)最常用的防腐防污方法是在管道內(nèi)壁涂上一層防護(hù)，但是一旦涂層失去效果，海水管道就會(huì)受到更大的損害，就會(huì)出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕中“大陰極小陽(yáng)極”的普遍現(xiàn)象，水中的氯離子很快在病灶處形成點(diǎn)蝕，造成管道穿孔，這也是涂層法最致命的缺點(diǎn)。再者由于涂層在管道在焊接安裝過(guò)程中會(huì)遭到破壞，就更易產(chǎn)生“大陰極小陽(yáng)極”現(xiàn)象，使得海水管道損壞更嚴(yán)重。涂層遭到損壞造成管路腐蝕后就很難修復(fù)，此時(shí)就需要對(duì)管路進(jìn)行更換，更換的過(guò)程就會(huì)影響儲(chǔ)油輪的工作效率，頻繁更換海水管路造成諸多不便，耗費(fèi)人力物力，增加了運(yùn)行成本。

1 FPSO海水管路的腐蝕特點(diǎn)

根據(jù)對(duì)多個(gè)FPSO海水管路系統(tǒng)腐蝕調(diào)查分析和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)FPSO的海水管系腐蝕普遍存在如下特點(diǎn)：（1）海水管路所處的位置影響腐蝕的發(fā)生：一般機(jī)艙頂部比機(jī)艙底部的管路腐蝕嚴(yán)重，離水泵出口較遠(yuǎn)的管路比離水泵出口近的管路腐蝕嚴(yán)重；（2）管徑的大小的影響腐蝕的嚴(yán)重程度：管徑較小的管路比管徑較大的管路腐蝕嚴(yán)重；（3）靠近彎頭和變徑管附近局部腐蝕嚴(yán)重；（4）管系內(nèi)部以蜂窩狀腐蝕為主[1]。以南海某油田FPSO為例：該油田是南海西部于2002年7月投產(chǎn)的主力油田，投產(chǎn)至2005年FPSO的海水冷卻系統(tǒng)(未加陰極保護(hù)之前)發(fā)生了多起腐蝕事故。海水冷卻系統(tǒng)共有三個(gè)海水門(mén)、六大主要的用水冷卻系統(tǒng)和一套防海生物裝置，即：工藝系統(tǒng)、中央空調(diào)冷卻系統(tǒng)、柜式空調(diào)冷卻系統(tǒng)、天然氣冷卻器、惰氣系統(tǒng)及冷藏柜冷卻系統(tǒng)等設(shè)備[2]。海水管線的材料分為兩種，管徑小于4時(shí)的管道材料為白銅（即B10，含鎳10%），管徑大于4時(shí)的管道材料為普通碳鋼。海水冷卻系統(tǒng)自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，其中海水泵的揚(yáng)水管6個(gè)月左右便要檢修、更換一次，泵殼及葉輪腐蝕嚴(yán)重；海水管線在焊縫、彎頭、變徑處腐蝕尤為嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生腐蝕穿漏事故，部分海水管線的壁厚由最初的12.70mm腐蝕至7.51mm[3]；海水冷卻系統(tǒng)冷凝器的冷凝管泄露嚴(yán)重，經(jīng)常投入較大的人力、物力檢修，嚴(yán)重影響了平臺(tái)的正常生產(chǎn)。雖然海水冷卻系統(tǒng)添加了銅緩蝕劑，但效果不理想。

2 影響海水管路腐蝕的主要因素

2.1 材料的影響

海水管系材料本身的性能是最根本的因素，即管路材料的耐蝕性對(duì)管路的腐蝕情況起著決定性作用。常用的海水管路材料主要分為幾大類(lèi)：（1）碳鋼類(lèi)：鋼、鍍鋅鋼等碳鋼材料的耐腐蝕性能較差；（2）銅合金類(lèi)：鋁黃銅、B10銅鎳合金、B30銅鎳合金等耐海水耐腐蝕性能較好，基本上不需要其它保護(hù),在一個(gè)大修周期內(nèi)基本上不會(huì)出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象；（3）316L雙相不銹鋼、鈦合金等具有很好的耐蝕性，但成本較高[4]。值得注意的是鎳銅管、碳鋼或者不銹鋼材料等異種金屬連接的話，就會(huì)發(fā)生電偶腐蝕，從而形成腐蝕穿孔，直接導(dǎo)致管道漏水。另管道的材質(zhì)外也可以考慮復(fù)合非金屬材料，如玻璃鋼、加強(qiáng)聚胺酯等材料在海水中具有優(yōu)良的耐蝕性。

2.2 氣蝕的影響

氣蝕的形成是由于海水的流動(dòng)時(shí)發(fā)生飛濺產(chǎn)生的大量氣泡在管路內(nèi)壁撞擊破裂，造成局部壓力瞬間劇增，使金屬表面保護(hù)膜遭到破壞，加速腐蝕。氣蝕的特點(diǎn)是管道壁被腐蝕成馬蜂窩狀的小孔[5]。這種影響主要表現(xiàn)在彎頭、變徑管和熱交換器水室等地方。

2.3 海水流速的影響

海水流速影響主要是以下兩方面：一方面是海水流動(dòng)過(guò)程中對(duì)管壁的沖刷和撞擊，另一方面是水流動(dòng)時(shí)空氣中的氧氣會(huì)與金屬管壁不斷接觸。海水的流速越快，其流動(dòng)的紊亂程度就越高，就會(huì)使得氧氣接觸金屬管壁的頻率就越高，氧去極化的作用就會(huì)處于高峰狀態(tài)，海水管路的腐蝕狀態(tài)也會(huì)隨著腐蝕電流的增大而越發(fā)嚴(yán)重，流速大時(shí)的腐蝕速度是靜止時(shí)的腐蝕速度的幾倍甚至幾十倍[6]。碳鋼類(lèi)材料的腐蝕速度隨流速的增加而增加。銅合金材料類(lèi)的則存在一個(gè)臨界流速問(wèn)題，在海水中使用紫銅是流速控制在0.9m/s為宜，含砷的軍用黃銅海水流速不宜超過(guò)1.8m/s，鋁黃銅流速可提高到3m/s，B10和B30可分別達(dá)到3.6m/s和4.5m/s的流速[7]。不銹鋼、鎳基合金材料在高流速時(shí)抗蝕性好，流速低時(shí)抗蝕性差。

2.4 腐蝕環(huán)境的影響

海水管道的腐蝕程度和其所處的環(huán)境密不可分。除了管道所處的海水環(huán)境以外，還可能受到潮濕的海洋大氣環(huán)境和海底沉積物的侵蝕。大氣環(huán)境中的氧含量更高，更易受到腐蝕；海底沉積物中的硫酸還原菌也會(huì)加速管系的腐蝕速度[8]。

2.5 結(jié)構(gòu)因素的影響

影響海水管道腐蝕的一個(gè)重要因素就是管道的構(gòu)型。在管道的分流和匯流處海水水流紊亂程度較高，增加了氧氣與管壁接觸的頻率，增大腐蝕作用；彎管處和管徑變化處等最易發(fā)生沖擊腐蝕[9]。異型管比直型管在同樣流速下更易出現(xiàn)海水沖擊形成的蝕坑或者管壁變得薄而脆的現(xiàn)象[10]。海水管系的連接方式也是造成腐蝕的一個(gè)因素。在管道連接的縫隙處往往會(huì)形成旋渦或是接口處不平整形成急流而導(dǎo)致連接處的后段易破損。不同種金屬直接接觸會(huì)發(fā)生電偶腐蝕，且電勢(shì)差越大的異金屬腐蝕速度越快[11]。

2.6 海生物的影響

海生物的對(duì)海水管道的影響主要是以下三個(gè)方面：（1）海洋自養(yǎng)型生物進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣使得海水中的氧氣增加，增加氧去極化作用加速管系的腐蝕[12]；（2）海生物進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳，某些海生物能分解出硫化氫，導(dǎo)致周?chē)乃w酸化加劇腐蝕；（3）海生物活動(dòng)會(huì)破壞管壁涂層，有些海生物甚至能穿透保護(hù)層，從而加快腐蝕速率[13]。

3 海水管路腐蝕的控制方法

3.1 控制管內(nèi)流速

根據(jù)管路的實(shí)際情況，可以采取控制流速的方法有兩種，一是擴(kuò)大管徑，二是減小流速，當(dāng)海水流速減小至1.5m/s以下時(shí)，管系內(nèi)壁的腐蝕情況能夠得到有效的改善。經(jīng)研究分析得出各種管材的最大允許流速值如表1所示。

表1 各種管材的最大允許流速值[14]

以上所說(shuō)最大流速系指正常水流穩(wěn)定狀態(tài)下的流速，當(dāng)海水特別平穩(wěn)時(shí)或海水紊亂時(shí)，其最大允許流速值有一定的波動(dòng)。

3.2 采用耐海水腐蝕的管材或內(nèi)涂金屬或非金屬覆蓋層

采用耐海水鋼、高含Ni、Cr材料和復(fù)合材料，采用良好的重防腐涂層體系包括熱浸鋅與內(nèi)襯PE、PFTF等方法來(lái)提高管系的耐蝕性[15]。

3.3 涂料防護(hù)

涂層防護(hù)是如今最普遍、最便捷、最有效的防腐手段之一，其用于管路的防腐從理論上是成熟的，即是在管系基體與海水介質(zhì)之間設(shè)置一道屏障，阻隔兩者之間發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)的傳導(dǎo)系統(tǒng)，使得管壁無(wú)法直接接觸海水，從而達(dá)到保護(hù)效果。但涂層防護(hù)有其致命的缺點(diǎn)，即一旦涂層出現(xiàn)破損，就會(huì)出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕中常見(jiàn)的“大陰極小陽(yáng)極”現(xiàn)象，海水中的氯離子會(huì)迅速在破損處形成點(diǎn)蝕，造成管線穿孔[16]。而由于管線施工需要焊接或安裝，均會(huì)造成涂層損壞，使其在應(yīng)用之初即形成缺陷。所以海水管路一般采用涂層-電化學(xué)聯(lián)合防護(hù)的方法進(jìn)行腐蝕控制。

3.4 涂層—電化學(xué)聯(lián)合防護(hù)

涂層-電化學(xué)防護(hù)方法也是管路防腐最常用的方法之一，常用于輸送鋼管路的防護(hù)。此法對(duì)涂覆的基材有一定的要求，管路基材的加工處理需按照GB8923-88標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，并選擇優(yōu)質(zhì)的防腐涂料能夠很大程度上減少管路的腐蝕[17]。對(duì)于管路易腐蝕的區(qū)域不止需要涂層的保護(hù)，還需要聯(lián)合電化學(xué)防護(hù)，可以選擇犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法，加裝鋅塞、鋅栓、鋅環(huán)等較為活潑的金屬作為犧牲陽(yáng)極，也可采用外加電流陰極保護(hù)法。例如管道彎頭部分需要加強(qiáng)陰極保護(hù)措施，同時(shí)考慮使用PVC工程塑料、鋁塑復(fù)合管、玻璃鋼管膜凸起鼓泡現(xiàn)象代替。對(duì)于常見(jiàn)口徑為D200～D600的小管徑海水管路，受管道管徑的限制，犧牲陽(yáng)極的保護(hù)方法無(wú)法實(shí)施，普通的外加電流保護(hù)法受工藝及保護(hù)半徑的限制也無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果[18]。線型陽(yáng)極外加電流陰極保護(hù)技術(shù)是控制小管徑海水管路腐蝕的一種有效方法，它的輔助陽(yáng)極是采用一種線型方式安裝在管道內(nèi)部，具有安裝快捷方便、保護(hù)距離長(zhǎng)、保護(hù)電位分布均勻、管道開(kāi)孔少，不影響管道保溫的優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)南海奮進(jìn)號(hào)FPSO海水管路線型陽(yáng)極陰極保護(hù)應(yīng)用效果良好，運(yùn)行三年后檢查發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部保護(hù)良好，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕，而沒(méi)有使用外加電流的海水管道一年內(nèi)出現(xiàn)了大量腐蝕穿孔現(xiàn)象[19]，施加線型陽(yáng)極保護(hù)和不加保護(hù)管路內(nèi)壁如圖1所示。

圖1 施加線型陽(yáng)極保護(hù)和不加保護(hù)管路內(nèi)壁對(duì)比（上；加保護(hù)；下：不加保護(hù)）

4 結(jié)語(yǔ)

FPSO的海水管路易受腐蝕的損害，并且受到工藝設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇、施工質(zhì)量、維護(hù)管理以及工況與環(huán)境變化等諸多因素的影響，對(duì)于海水管路不同的因素造成的腐蝕情況進(jìn)行評(píng)估分析，從而選擇合理有效的腐蝕控制方法，由此減少關(guān)停故障，提高設(shè)施與設(shè)備的完好率，可以延長(zhǎng)海水管路使用壽命和維修周期，提高安全指標(biāo)，避免環(huán)境污染，保障海上生產(chǎn)作業(yè)的安全進(jìn)行。