海洋石油导管架平台外加电流阴极保护优化设计
我国从上世纪80年代开始自主设计并建造各类海洋石油平台。截至目前，共有各类平台600多座，其中95％以上为固定式导管架平台。海洋石油平台水下钢结构普遍采用牺牲阳极法进行腐蚀防护。对于南海200米左右水深的大型导管架，牺牲阳极的需求量1000吨左右。一方面，牺牲阳极的冶炼对能源和资源消耗巨大，阳极冶炼过程中产生的废水、废气和废渣对环境造成重大污染。另一方面，牺牲阳极溶解释放的大量重金属离子，存在潜在海洋生态污染。若采用外加电流法，则不存在以上问题。本课题以南海200米水深的海洋石油导管架为原型进行外加电流阴极保护优化设计。 外加电流法安装方式较多，大致分为远地式辅助阳极系统、抗拉伸辅助阳极系统和固定式辅助阳极系统三类。其中远地式阳极系统施工简单，安装方便，尤其适用于大型深水导管架平台的腐蚀控制。远地式辅助阳极系统不仅用于在役平台的延寿修复，而且可以对新建平台进行阴极保护。 外加电流阴极保护系统优化设计的方法有数值模拟法和缩比模型法。数值模型法只需在计算机中更改模型设计，即可实现对模型的优化设计，较为便捷。但是在本实验阴极极化过程中钢表面钙镁沉积层的沉积与覆盖是一个动态过程，因此边界条件中阴极表面电位与电流密度函数都将随时间不断发生变化，如果仅仅根据某一时刻的电位与电流密度函数关系来对整个阴极极化过程进行描述，结果的可靠性和可信度都将无法得以保证。而缩比模型法不存在上述缺点，而且缩比模型法可以对复杂几何形状的平台进行复制，同时也不使用任何所用材料的极化曲线的电化学数据，具有节省时间、降低成本之类的优点。故本实验以南海200米水深的海洋石油导管架平台为原型，构建了一个100∶1的缩比模型，同时放置单座或者双座远地式辅助阳极，通过辅助阳极与导管架平台的相对位置和角度的改变对平台进行阴极保护优化设计。 本文主要研究结论包括: 1)静态和动态海水条件下，对于模拟南海200m水深的导管架模型，单座远地式辅助阳极即可实现对整座导管架平台的腐蚀控制。 2)对单座和双座同侧导管架模型优化设计时，随着辅助阳极向模型方向的移动，模型表面电位差是先减小后增加，呈“U”形特征变化。而对双座横向异侧和双座纵向异侧导管架模型优化设计时，随着辅助阳极向模型方向的移动，模型表面电位差是逐渐增加的。 3)导管架模型外加电流阴极保护优化设计时，施加的保护电流越大，模型表面电位差越大，说明模型表面电位分布越不均匀，容易出现局部过保护和欠保护的问题;反之，施加的保护电流小，则电位分布均匀。 4)辅助阳极由远到近向导管架模型方向移动时，模型表面的不同区域均受到影响，保护电位发生变化，但对于不同的位置影响程度不同，极化幅度最大的区域影响最大，反之则最小。 5)在相同保护电流密度下，采用两座辅助阳极较单座辅助阳极导管架模型表面电位差更小，电位分布更加均匀。
海洋石油导管架平台;外加电流法;阴极保护;优化设计
中国海洋大学
硕士
化学工程
王佳;张伟
2015
中文
TE985
69
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）