冀東油田人工島登陸點(diǎn)鋼樁檢測(cè)及犧牲陽(yáng)極分析

崔偉強(qiáng)，代兆立，李 澤，董常家，楊耀輝，米書麗

1.中國(guó)石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)，河北唐山 063200

2.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司，天津 300451

冀東油田南堡作業(yè)區(qū)共有人工島5 座，由于海水腐蝕嚴(yán)重[1-2]，人工島登陸點(diǎn)鋼樁采用涂層和犧牲陽(yáng)極進(jìn)行保護(hù)[3-4]。2018 年對(duì)NP1-1、NP1-2、NP1-3、NP4-1 人工島登陸點(diǎn)700 余根鋼樁的腐蝕情況、涂層狀態(tài)、保護(hù)電位及犧牲陽(yáng)極狀況進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)部分鋼樁犧牲陽(yáng)極消耗過快。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況和犧牲陽(yáng)極成分、腐蝕形貌、電化學(xué)性能的分析，確定了犧牲陽(yáng)極消耗過快的原因，為鋼樁的腐蝕治理提供了依據(jù)。

1 鋼樁檢測(cè)結(jié)果概述

經(jīng)過檢測(cè)，4 座人工島的鋼樁大部分防腐層完好，但存在涂層脫落、破損的情況，在涂層脫落、破損的部位發(fā)生了輕微的腐蝕減薄，腐蝕速率在0.005 ～0.12 mm/a 之間，鋼樁保護(hù)電位在-1 016 ～-840 mV 之間，滿足-1 050 ～ -800 mV 的保護(hù)要求，部分鋼樁存在陽(yáng)極缺失的情況。NP1-1、NP1-2、NP1-3 人工島的犧牲陽(yáng)極的剩余壽命滿足設(shè)計(jì)要求，NP4-1 人工島的犧牲陽(yáng)極消耗較NP1-1、NP1-2、NP1-3 人工島的快，剩余壽命普遍在10 年以下，不滿足設(shè)計(jì)要求（原設(shè)計(jì)壽命30 年，已運(yùn)行8 年）。

2 犧牲陽(yáng)極分析

為了確定NP4-1 人工島登陸點(diǎn)鋼樁犧牲陽(yáng)極消耗過快的原因，由潛水員取出一支陽(yáng)極（見圖1），按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行犧牲陽(yáng)極成分、腐蝕形貌、電化學(xué)性能分析[5]。

圖1 取出的犧牲陽(yáng)極照片

2.1 成分分析

在犧牲陽(yáng)極上取樣，進(jìn)行陽(yáng)極主要的化學(xué)成分分析。取樣時(shí)，先去除表面的雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物.用ICP 光譜儀Optima5300V 對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行成分分析，陽(yáng)極材質(zhì)化學(xué)組成分析結(jié)果見表1。

從表1 中可以看出，犧牲陽(yáng)極材料成分及雜質(zhì)含量控制均滿足GB/T 4948—2002 的要求。

2.2 電化學(xué)性能測(cè)試

從陽(yáng)極中取3 個(gè)試樣再進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，參照GB/T 4948—2002 測(cè)試方法進(jìn)行。表2 為3 個(gè)試樣的電流效率計(jì)算結(jié)果。

表1 陽(yáng)極材質(zhì)化學(xué)組成

表2 3 個(gè)試樣的電流效率計(jì)算結(jié)果

由表2 電流效率計(jì)算結(jié)果看出，3 個(gè)樣品的電流效率都大于90%，滿足GB/T 4948—2002 不低于90%的規(guī)定。

陽(yáng)極開路電位和不同電流密度下的工作電位測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 陽(yáng)極開路電位和工作電位測(cè)試結(jié)果

由表3 的測(cè)試結(jié)果看出，犧牲陽(yáng)極3 個(gè)樣品的開路電位在-1.18 ～-1.10 V 之間，在不同電流密度下的工作電位在-1.12 ～-1.05 V 之間，滿足GB/T 4948—2002 中的要求。

2.3 試驗(yàn)后的腐蝕形貌（見圖2）

圖2 試驗(yàn)后的腐蝕形貌

從腐蝕試驗(yàn)后的表面形貌可以看出，陽(yáng)極表面呈現(xiàn)很多均勻的腐蝕坑和白色沉積物，犧牲陽(yáng)極發(fā)生了比較均勻的腐蝕，滿足GB/T 4948—2002中對(duì)于陽(yáng)極溶解狀況的要求。

3 鋼樁涂層情況分析

在確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)的犧牲陽(yáng)極沒有質(zhì)量問題之后，通過查閱竣工圖紙等資料發(fā)現(xiàn)，NP1-1、NP1-2 人工島登陸點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱人工島） 鋼樁涂層為Zn-Al 合金 （30 μm） + 磷化底漆 （80 μm） + 丙烯酸改性聚氨酯涂層（100 μm），NP1-3 人工島鋼樁的涂層為1 100 μm 環(huán)氧重防腐涂層，NP4-1 人工島鋼樁涂層為900 μm 環(huán)氧重防腐涂層，NP1-1、NP1-2、NP1-3 人工島涂層保護(hù)效果比NP4-1 人工島的好。另外，NP1-1、NP1-2、NP1-3 人工島鋼樁泥面以下有涂層設(shè)計(jì)，NP4-1 人工島鋼樁泥面以下無涂層設(shè)計(jì)，NP4-1 設(shè)計(jì)陽(yáng)極時(shí)對(duì)需要陽(yáng)極保護(hù)的鋼樁面積考慮不充分，以上原因造成NP4-1 人工島鋼樁陽(yáng)極消耗快。

4 結(jié)論及建議

（1） 4 座人工島的鋼樁在涂層脫落、破損的部位發(fā)生了輕微的腐蝕減薄，腐蝕速率在0.005～0.12 mm/a 之間。鋼樁保護(hù)電位，滿足-1050 ～-800 mV 的設(shè)計(jì)保護(hù)要求，部分鋼樁存在陽(yáng)極缺失的情況。3 座人工島NP1-1、NP1-2、NP1-3 的犧牲陽(yáng)極的剩余壽命滿足設(shè)計(jì)要求，NP4-1 人工島的犧牲陽(yáng)極不滿足設(shè)計(jì)要求。

（2） 通過對(duì)犧牲陽(yáng)極化學(xué)成分、電化學(xué)性能以及試驗(yàn)后的腐蝕形貌分析發(fā)現(xiàn)，犧牲陽(yáng)極滿足GB/T 4948—2002 的要求。

（3） NP4-1 人工島鋼樁涂層保護(hù)效果差，以及泥面以下無涂層設(shè)計(jì)，導(dǎo)致犧牲陽(yáng)極消耗過快，在以后類似工程中應(yīng)充分考慮犧牲陽(yáng)極需要保護(hù)的面積，保證犧牲陽(yáng)極的使用壽命。

（4） 對(duì)于缺失犧牲陽(yáng)極的鋼樁，建議進(jìn)行犧牲陽(yáng)極補(bǔ)充安裝，建議2 ～3 年后對(duì)鋼樁保護(hù)電位和犧牲陽(yáng)極狀況進(jìn)行復(fù)檢。