自升式平臺(tái)樁腿防腐蝕技術(shù)研究

韓偉馳 周 炳 蔣 凱

（中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津 300452）

1 概況

自升式平臺(tái)樁腿由樁體和樁靴組成，樁腿有兩種形式：桁架式和圓柱式。對(duì)于不可進(jìn)水式圓柱形樁腿，平臺(tái)每次升降時(shí)，樁體與固樁室之間都會(huì)產(chǎn)生不同程度的摩擦，導(dǎo)致樁體表面一定面積的涂層被刮落，被剝落涂層的金屬裸露在潮濕的空氣中或淹沒在海水中，造成腐蝕，且腐蝕多為電化學(xué)腐蝕。

2 自升式平臺(tái)樁腿防腐蝕保護(hù)方法

2.1 犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)

采用電位比被保護(hù)的金屬電位還要負(fù)的金屬，

與被保護(hù)的金屬連接在一起，作為陽(yáng)極，腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流，抑制被保護(hù)金屬的腐蝕。

2.1.1 安裝方案

將鋅陽(yáng)極塊分別焊接在樁腿及樁靴上。

2.1.2 安裝方案分析

（1）在樁腿上焊接其他結(jié)構(gòu)，不符合入級(jí)規(guī)范；

（2）在樁腿上焊接鋅塊，只能保護(hù)樁腿，達(dá)不到保護(hù)樁靴的目的；

（3）在樁靴上焊接鋅塊，改變了樁靴的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，造成安全隱患；

（4）在樁靴上焊接鋅塊，當(dāng)拔樁拖航時(shí)，樁靴收在樁室內(nèi)，鋅塊容易對(duì)船底造成破壞，存在安全隱患；

（5）不方便維修與保養(yǎng)。

2.2 外加電流防腐保護(hù)--樁靴本體安裝電極

把要保護(hù)的金屬構(gòu)件作為陰極，采用不溶性電極作為輔助陽(yáng)極，兩者都放在電解質(zhì)溶液里（如海水），通以直流電源后，大量電子被強(qiáng)制流向被保護(hù)的金屬構(gòu)件，使金屬表面產(chǎn)生負(fù)電荷（電子）的積累，只要外加足夠強(qiáng)的電壓，金屬腐蝕而產(chǎn)生的原電池電流就不能被輸送，因而實(shí)現(xiàn)金屬的防腐蝕。

2.2.1 方案概述

通過控制電源提供直流電流，控制電源正極輸出終端接輔助陽(yáng)極和參比電極，控制電源負(fù)極與樁體連接；電纜通過樁腿內(nèi)部下放至樁靴內(nèi)部，輔助陽(yáng)極與參比電極均安裝于樁靴外表面；屏蔽層涂敷在輔助陽(yáng)極周圍；以海水為介質(zhì)，通電對(duì)樁腿進(jìn)行保護(hù)。

2.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成組件

（1）控制電源:選用磁飽和恒電位儀，提供直流電流；

（2）輔助陽(yáng)極:與控制電源相連，將直流電流經(jīng)由介質(zhì)傳輸?shù)奖槐Ｗo(hù)的金屬結(jié)構(gòu)上（樁體）；

（3）參比電極:監(jiān)測(cè)被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)（樁體）電位；為控制電源輸出合適的保護(hù)電流提供控制信號(hào)；

（4）陽(yáng)極屏蔽層:涂敷在輔助陽(yáng)周圍，使輔助陽(yáng)極輸出的保護(hù)電流能均勻地分布于被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)（樁體及樁靴）。

2.2.3 安裝方式

控制電源安裝于平臺(tái)上合適位置；電纜從控制電源通過樁室頂部沿樁腿敷設(shè)至樁靴，每個(gè)樁均是如此；在樁靴表面開孔，將輔助陽(yáng)極分別焊接在不同的開孔內(nèi)；把陽(yáng)極屏蔽層涂敷在樁靴與輔助陽(yáng)極之間。

2.2.4 安裝方案分析

（1）所需電纜較長(zhǎng)，造成成本的增加；

（2）電纜從樁室頂部通過樁腿內(nèi)下放至樁靴，施工難度大；

（3）在樁靴上開孔、焊接，改變了樁靴的結(jié)構(gòu)應(yīng)力；

圖1 樁腿摩擦情況

圖2 鋅塊在裝腿上焊接

圖3 外加電流防腐保護(hù)原理

圖4 外加電流法陰極保護(hù)-樁靴本體安裝電極

（4）安裝需要在進(jìn)塢后方能施工，再次增加了成本；

（5）不便于維護(hù)與保養(yǎng)。

2.3 外加電流防腐保護(hù)—電極下放至海底

2.3.1 方案概述

陰極保護(hù)系統(tǒng)控制電源引自平臺(tái)，負(fù)極與船體連接；正極連接輸出電纜，電纜及電纜牽引繩（鋼纜）在配重塊的牽引下，通過電纜滾筒下放至海底，電纜終端分別連接參比電極和輔助陽(yáng)極，升降平臺(tái)作業(yè)時(shí)，將電極從海水中提出，電纜盤放在滾筒上；平臺(tái)處于站立狀態(tài)時(shí)，將電極下放至海底，對(duì)樁腿進(jìn)行保護(hù)。

2.3.2 構(gòu)成組件

（1）控制電源:選用磁飽和恒電位儀，提供直流電源；

（2）輔助陽(yáng)極:與控制電源相連，將直流電流經(jīng)由介質(zhì)傳輸?shù)奖槐Ｗo(hù)的金屬結(jié)構(gòu)上（樁體）；

（3）參比電極:監(jiān)測(cè)被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)（樁體）電位；為控制電源輸出合適的保護(hù)電流提供控制信號(hào)；

（4）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：帶動(dòng)電纜滾筒，提升、下放電纜及電纜牽引繩、配重塊；

（5）配重塊：防止輔助陽(yáng)極、參比電極隨海浪漂動(dòng)。

2.3.3 安裝方案分析

（1）不改變樁腿乃至樁靴結(jié)構(gòu)，符合入級(jí)規(guī)范；

（2）升降船作業(yè)時(shí)，保護(hù)裝置可以方便的下放和提升，方便維修；

（3）組件配備數(shù)量減少，電纜長(zhǎng)度縮短，大大的降低了成本；

（4）不需要進(jìn)塢安裝，安裝簡(jiǎn)單，利于維護(hù)，使用壽命較長(zhǎng)。

3 自升式平臺(tái)外加電流樁腿防腐蝕系統(tǒng)使用情況

3.1 概述

根據(jù)平臺(tái)的現(xiàn)狀，某平臺(tái)采用第三種方案安裝了樁腿防腐系統(tǒng)。

陰極保護(hù)系統(tǒng)電源引自平臺(tái)；正極輸出連接防水電纜，電纜終端連接輔助陽(yáng)極，輔助陽(yáng)極順著配重塊下放到海水中被保護(hù)的樁腿附近。

輔助陽(yáng)極電纜采用一種新型電纜，此電纜耐腐蝕且具有一定的承載能力，不會(huì)導(dǎo)致電纜受力損壞；

新型電纜一端安裝可拔插的航空水密插頭，與陽(yáng)極接線盒電纜相連，航空水密插頭固定在絞車滾筒上；在升降陽(yáng)極時(shí)，拔出相連航空水密插頭，與絞車滾筒相連航空插頭隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)陽(yáng)極放入海水中合適位置后，絞車停止轉(zhuǎn)動(dòng)，重新連接航空水密插頭；另一端與配重塊相連，并連接陽(yáng)極，如圖所示：

圖5 輔助陽(yáng)極及配重塊

3.2 設(shè)備安裝注意事項(xiàng)

（1）控制電源引自平臺(tái)380V電源，電極電纜和控制電源之間采用快速接頭形式連接；

（2）輔助陽(yáng)極電纜采用新型電纜；此電纜耐腐蝕且具有一定的承載能力，不會(huì)因外力而導(dǎo)致電纜受力損壞；

（3）樁腿與固樁區(qū)之間用可靠地短接線進(jìn)行連接，短接線一端需制作接頭，能夠旋入樁腿的沖樁管線孔里；

（4）采用人力進(jìn)行收放，絞車配剎車；絞車焊接到樁腿附近；

（5）配重塊通過新型電纜下放到海底，入泥約1-2米。

4 總結(jié)及改進(jìn)

通過研究發(fā)現(xiàn)，參比電極、輔助陽(yáng)極只需入海水即可，因此該系統(tǒng)可進(jìn)一步優(yōu)化；把參比電極、輔助陽(yáng)極全部做到一個(gè)撬塊內(nèi)部，然后固定到海水塔底部；共需要1套參比電極、1套輔助陽(yáng)極，電纜順著海水塔向上引至甲板即可；無(wú)論升船降船升降海水塔都不用再考慮這套裝置的操作；絞車及配重塊也省掉。冬季時(shí)，無(wú)需考慮海冰對(duì)電纜的損傷，不需要對(duì)電纜做防刮擦保護(hù)；升降船作業(yè)時(shí)，保護(hù)裝置可以方便的下放和提升，節(jié)省人力資源，且方便維修；該系統(tǒng)不需要進(jìn)塢安裝，安裝簡(jiǎn)單，利于維護(hù)。

[1]GBT3108-1999，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司.海洋石油281操船手冊(cè)[R]，2011，8.