一、海洋平臺的腐蝕環境和條件
海洋平臺是長期在海上從事鉆探和采油生產的人工島,與船舶相比,腐蝕環境和條件苛刻得多。其原因是:
1.海洋平臺在遠離港口的外海海域作業,沒有防浪堤壩的港口設施保護,每天都要經受海風、海浪、潮流作用。在某些海域還時常遭受風暴、狂浪、浮冰、地震的襲擊。風浪和潮流使平臺的飛濺區和潮差區腐蝕加劇,沖擊力的作用使結構產生應力腐蝕和腐蝕疲勞。
2.海洋平臺甲板以下部分,大都是管子式桁架,焊接節點多,應力高度集中。而且焊接節點部位是最容易產生嚴重腐蝕的部位,對其保護格外重要。
3.海洋平臺大多不能自航,采油平臺還不能移動,所以不能像船舶那樣定期進塢維修,給保養和維修帶來許多困難。平臺壽命一般為20~30年,這就要求保護系統的壽命與之相適應,防腐措施要維持這么長時間,會遇到很多困難。
二、海洋平臺的腐蝕特點
1.平臺腐蝕分區
平臺結構各部分所處腐蝕環境不同,腐蝕程度和保護方法也都有差異。按腐蝕環境通常可分為五個區:海洋大氣區、海水飛濺區、潮差區、全浸區和海泥區。
甲板腿以上構件主要在海洋大氣中工作,長期遭受風吹、雨淋、日曬、海水鹽霧的作用。鋼結構直接在海洋大氣作用下的腐蝕,要比海濱和陸地大氣腐蝕強烈得多。尤其在甲板下部,因長期處于潮濕狀態,氧氣供應充分,是該區腐蝕最嚴重的部位。
甲板腿下部和導管架上部,在海水飛濺區和海水干濕交替的潮差區工作。在高潮線以上的飛濺區,由于結構表面長期遭受飛濺海水的不斷沖擊,表面始終遭海水周期性潤濕,氧氣供應充分,鹽分不斷濃縮,缺少完全可靠的保護方法,有時還受狂風巨浪和浮冰的沖擊。因此,該部位是平臺遭受腐蝕最為嚴重的范圍。由于各海區的海況不同,飛濺區的范圍和腐蝕最嚴重的高度位置也不相同。如墨西哥灣為高潮線以上2m,阿拉斯加灣可達高潮線以上9m,我國北部灣最嚴重腐蝕區約在高潮線以上1.5m處。
導管架中下部長年浸泡在海水中(全浸區),海水影響腐蝕的因素主要有:海水溫度、含氧量、含鹽量、電阻率、流動速度等,這些因素隨地理位置、季節、海水深度的不同,有些因素會有很大的變化,因此不同海域鋼結構的腐蝕行為是不同的。
鋼樁結構(導管架樁腿)埋于海泥中,在海泥區由于缺氧,腐蝕速度通常較低。
CCS《淺海固定平臺建造與檢驗規范》則分為飛濺區、大氣區、全浸區三個區,將潮差區并入飛濺區,海泥區并入全浸區。定義為:
飛濺區??平臺在潮汐和波浪作用下干濕交替的區間。飛濺區范圍為自最高天文潮位以上波高(為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。
大氣區??平臺在飛濺區以上的部分。
全浸區??平臺在飛濺區以下包括插入泥土中的部分。
2.海洋平臺的腐蝕規律
通過在實際海洋環境條件下的鋼樁試驗,表明腐蝕最嚴重的部位發生在飛濺區,在平均高潮線的上部。海洋石油平臺不同部位的腐蝕速度如下表所示。
由表可見,腐蝕程度與鋼種有關。耐腐蝕鋼,如美國的Mariner鋼,在飛濺區的耐蝕性明顯高于碳素鋼,日本的Mariloy鋼在飛濺區和海水中都有較高的耐蝕性,而普通的高強度鋼與碳素鋼在海水中的耐蝕性基本上是一樣的。
3.焊接節點的腐蝕
焊接管節點有殘余應力存在,工作時有應力集中,加之結構復雜,不易受到保護,較結構的其它部分更容易產生腐蝕,熱影響區的腐蝕尤為嚴重。
焊接節點的點蝕和熱影響區的腐蝕,具有不容忽視的危險性。當節點焊縫發生點蝕時,若處在應力集中區,會產生更大的應力集中。如果應力集中程度足夠高,點蝕尖端的應力水準超出許可范圍,該焊縫就會產生疲勞斷裂。
平臺焊接在腐蝕和疲勞應力作用下,會在比較少的次數和比較低的應力下發生破壞,而焊接管節點則往往是腐蝕疲勞嚴重的部位。
三、海洋平臺的防腐蝕方法與防腐系統
海洋平臺常用的防腐蝕方法有:涂裝或鍍層保護、陰極保護(犧牲陽極保護和外加電流陰極保護)等。而海洋平臺的防腐系統則應根據平臺的環境條件、結構部位、使用年限、施工和維護的可能以及技術和經濟效果等因素確定。
大氣區的平臺結構及有關設備外表面,應采用涂層保護。結構形式復雜且難于采用涂層保護時,可采用鍍層保護。飛濺區(含潮差區)的平臺結構應采用適宜的防腐系統加以保護,一般也為涂層(或鍍層)保護。全浸區(含海泥區)的平臺結構應采用陰極保護,也可同時采用陰極保護和涂層保護。平臺結構對陰極保護有屏蔽作用時,屏蔽區應采取有效的防腐涂層保護。
由于現在的涂料性能目前尚不能滿足平臺結構壽命的要求,所以飛濺區和全浸區均還要考慮結構的適當腐蝕余量。結構腐蝕余量應根據平臺設計使用年限、鋼材年平均腐蝕量以及防腐系統的保護效率來確定,并經船檢同意。如無法確定上述參數時,對使用年限為n年的平臺,建議其全浸區結構的腐蝕裕量不小于n/15(mm),飛濺區結構的腐蝕裕量不小于n/3(mm)。
平臺結構內表面的防腐系統應符合下列規定:
(1)暴露于大氣中的結構的內表面,應采用涂層保護;
(2)與海水接觸的結構的內表面,應采用涂層保護、陰極保護或兩者聯合保護。對于密閉的充水內腔或水流受到嚴格限制的內腔,不應采用陰極保護系統保護。
(3)與海水和大氣沒有接觸的密閉內腔可不考慮防腐,但裝配時,內腔應保持清潔和干燥。
為防止雜散電流的腐蝕,平臺在水上建造與安裝期間,所使用的焊接設備應接地,并符合下列要求:
(1)電焊機負極應通過電纜與被焊結構連接;
(2)焊接電纜應具有足夠的橫載面積和完好的絕緣;
(3)若電焊機放在工作船上,則焊機負極應與工作船絕緣。
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