高連燁 穆勝軍 許海東 李桂忠 孫金偉 張洪濤 許濤 譚靜軒 李艷莉
(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司,天津塘沽,郵編:300452)
海洋石油161是我國首座插銷式液壓自升降生產(chǎn)儲油海洋石油161,是為解決淺海海域邊際油田“蜜蜂式采油”開發(fā)問題而研制的插銷式四樁腿液壓升降式海上裝置。由于四條樁腿終年處于海水及海洋大氣環(huán)境中,長期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各種陰、陽離子等的腐蝕,不可避免地要受一定程度的腐蝕,直接影響到海洋石油161的使用壽命。因此,對該自安裝式采油裝置的樁腿水下部分采取外加電流陰極保護(hù)防腐措施,確保在其設(shè)計使用年限內(nèi)的安全及正常使用。但原設(shè)計制造在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)存在一些問題,急需對存在的問題進(jìn)行優(yōu)化、改造,使其達(dá)到真正的保護(hù)作用。
海洋石油161平臺的樁腿外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由恒電位儀、陽極電纜、陰極電纜、輔助陽極、電動絞車等部分組成。
所謂陰極保護(hù)就是向被保護(hù)金屬通以一定的直流電,使被保護(hù)的金屬成為陰極而得到保護(hù)。然而外加電流陰極保護(hù)法,是通過外加電源來提供所需的保護(hù)電流。將被保護(hù)的金屬作陰極,選用特定材料作為輔助陽極,從而使被保護(hù)金屬受到保護(hù)的方法。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)是由輔助陽極、參比電極、陽極屏蔽層和直流電源組成。(1)
1)主要組成部分
原系統(tǒng)主要由鈦基金屬氧化物(MMO)管狀陽極、恒電位儀、鋅鋁硅參比電極等組成。鈦基金屬氧化物(MMO)管狀陽極規(guī)格為25mm,長500mm,額定輸出電流23A。工作電流密度:≤600A/m2;消耗率:≤5×10-6Kg/(A·a);氧化物層厚度:≥8μm;在額定工作電流密度下的恒電流極化電位:≤1.9V;使用壽命:≥10年。恒電位儀采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)恒電位儀,型號為SLT-02B-01,主要性能指標(biāo)為:適用溫度:-25℃~+55℃;交流電輸入:380V 3相 50HZ;直流電輸出:100A 18V;手/自動功能轉(zhuǎn)換;限流功能。設(shè)計原理單線圖如下圖1所示,原建造示意圖如圖2所示:(2)
圖1 海洋石油161樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置單線圖
圖2 海洋石油161樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置示意圖
2)主要特點
海洋石油161是自升式生產(chǎn)儲油裝置,樁腿高度為67m,參比電極安裝在樁腿內(nèi)部,連接電纜需從內(nèi)部上升到樁腿頂端后再沿樁腿下降至固樁室內(nèi)恒電位儀處。陰極接線柱位置為樁腿頂部,連接電纜需沿樁腿下降至固樁室內(nèi)恒電位儀處。如上圖1圖2所示,恒電位儀安裝在4號固樁室內(nèi)部、輔助陽極通過負(fù)重繩及沉塊放入海水中、陽極提升裝置為手動絞車布置在每個固樁室頂部。
陰極電纜、參比電極電纜無法固定。陽極提升裝置-手動絞車收放困難。陽極電纜防護(hù)等級低、承重繩風(fēng)阻較大。陰極、參比電極電纜無法滿足海洋石油161升降工況要求。參比電極失效。
1)海洋石油161正常作業(yè)期間,樁腿頂部到固樁室頂部約有25m左右的高度。陰極電纜、參比電極電纜從樁腿頂部沿樁腿下降至固樁室頂部無法固定;而且與樁腿頂部邊緣摩擦而局部破壞,對人員及設(shè)備正常運行造成安全隱患;要解決此問題重新設(shè)計此兩根電纜的固定方式,從根本上解決無法固定的問題。但因樁腿本身是可升降式的,無法采取常規(guī)的電纜固定方式-焊接馬腳固定電纜??煽紤]將電纜固定在鋼絲繩上,鋼絲繩固定在樁腿上,同時鋼絲繩具備方便拆裝的條件。
2)原系統(tǒng)輔助陽極提升裝置為手搖式絞車,收放時需較多人工時,費時費力;而且是高空舷邊作業(yè),安全風(fēng)險較大。此問題可考慮將手動絞車改為氣動或電動形式的絞車,綜合考慮改造的周期及費用,電動絞車更適合。
3)原系統(tǒng)陽極電纜為無鎧裝電纜,收放時易與承重繩纏繞、摩擦,造成電纜磨損及收放困難,嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行;承重繩和陽極電纜在風(fēng)力較大時所受風(fēng)阻較大,可使陽極電纜與海洋石油161邊緣摩擦,損壞電纜。解決此問題可考慮改變輔助陽極的連接方式,通過一根帶有一定拉力強度的電纜連接至輔助陽極,既保證電流的有效傳遞、又滿足了作為承重繩的強度需求。
4)原系統(tǒng)陰極、參比電極電纜分別沿各自樁腿經(jīng)過各自固樁室連接至恒電位儀處,中間沒有接線盒或者連接插座,海洋石油161升降時必須剪斷,恢復(fù)困難 (海洋石油161重新定位后可能造成電纜長度無法滿足要求)、可操作性差;此問題可通過增加接線盒、連接插座的方式解決。
5)本套系統(tǒng)共有兩套參比電極、分別安裝在2、3號樁腿中,系統(tǒng)中使用的參比電極為鋅鋁硅參比電極,一套用于控制、一套用于監(jiān)視。相對于樁腿有效電位范圍為0-0.25V,通過恒電位儀顯示面板發(fā)現(xiàn),恒定電流輸出時兩個參比電極電位相差較大,可以初步判斷為一個或兩個參比電極已失效。此問題如采取更換參比電極的風(fēng)險很大,需要人下到樁腿內(nèi)部最下方,且需要內(nèi)部焊接。綜合考慮其風(fēng)險及施工難度因素,考慮增加一套外部參比電極,可定期將新增的參比電極投入使用,監(jiān)控及調(diào)整發(fā)散電流,使其在正常保護(hù)電位范圍之內(nèi)。
1)固定陰極、參比電極電纜。在樁腿頂部和固樁室上面用槽鋼焊接兩個鋼絲繩支架,從樁腿頂部到固樁室上面安裝一根直徑為10mm不銹鋼鋼絲繩,利用拆卸方便及可調(diào)松緊的花籃螺絲拉緊鋼絲繩,陰極電纜、參比電極電纜固定在鋼絲繩上;為了防止電纜在固定樁頂部磨損,在可能磨損部位增加膠皮套管。
2)輔助陽極提升裝置改為電動提升絞車。為了解決原輔助陽極升降困難及安全問題,通過現(xiàn)場調(diào)研及綜合考慮,在每座固樁室頂部增加1臺電動絞車。海洋石油161在各種工況條件下,如升降海洋石油161、拖航時均可利用電動絞車方便的收放輔助陽極,保證了該系統(tǒng)及時有效的投入運行狀態(tài)。
3)采用新型陽極電纜。原系統(tǒng)中陽極電纜為無鎧裝電纜且需要借助承重繩連接輔助陽極進(jìn)入工作狀態(tài)。本次改造采用的陽極電纜為耐海水腐蝕且具有一定強度的鎧裝電纜。該電纜內(nèi)部含有一根鋼絲繩,具有一定的強度,外部采用耐海水性能較好的絕緣外層,規(guī)格為1*6mm2。改造后的陽極電纜能有效解決原系統(tǒng)中存在的外層磨損、風(fēng)阻較大的問題;同時也將原來的承重繩取消了,既方便了整個系統(tǒng)的操作,又保證了其安全長久運行。
4)陰極、參比電極電纜增加連接插座。陰極、參比電極到恒電位儀的電纜設(shè)置水密防爆插座,水密防爆插座安裝在固樁室頂部。在海洋石油161升降時可方便地斷開陰極、參比電極電纜,大大增加此裝置的可操作性。
5)采用便攜式參比電極設(shè)置工作電流。原系統(tǒng)中因兩個參比電極電位顯示值存在較大差異,懷疑一個或兩個已經(jīng)失效。系統(tǒng)改造調(diào)試時采用便攜式銀/氯化銀參比電極測量樁腿電位,作為恒電位儀輸出電流調(diào)整依據(jù)。若樁腿保護(hù)電位達(dá)到-0.8~-1.05V(相對于便攜式銀/氯化銀參比電極),則保持現(xiàn)有電流輸出。如確認(rèn)原系統(tǒng)參比電極失效,可備用一套便攜式參比電極。
海洋石油161是一個自升降式的生產(chǎn)儲油裝置,本次改造根據(jù)海洋石油161可升降、移動的特點,將原樁腿外加電流陰極保護(hù)裝置改造成可回收式的保護(hù)裝置。有效解決了原系統(tǒng)中存在的陽極收放困難、陰極/參比電極電纜不能固定等主要問題。使得該系統(tǒng)能根據(jù)海洋石油161的需要及時的投入/切出運行,保證了海洋石油161樁腿的防腐要求。
【1】曹楚南,腐蝕電化學(xué).1994,北京:化學(xué)工業(yè)出版社.127.
【2】海洋石油161防腐系統(tǒng)完工資料.東方建設(shè)(天津)防腐工程有限公司 2009.