防海生物裝置在海上平臺的設(shè)計和選型優(yōu)化分析

任兆寧，陳康成，劉康民，陳文軒

（中海石油（中國）有限公司文昌9-2/9-3/10-3氣田，廣東湛江 524000)

1 防海生物裝置原理概述

防海生物裝置是一種保護海水電化學(xué)腐蝕的裝置，它主要應(yīng)用于各類船艦、海上平臺、濱海發(fā)電廠和濱?；S等地方，為了對使用海水較多的海上結(jié)構(gòu)進行保護。

常用的防海生物裝置按照不同原理分為：次氯酸鈉和電解銅鋁，其他方式還有刷涂防污漆、添加海水中毒料、過濾和灼熱等。

次氯酸鈉防海生物裝置是利用次氯酸鈉的強氧化性殺死海生物。海水電解生成次氯酸鈉，次氯酸鈉電離分解為次氯酸根和鈉離子，次氯酸根水解為次氯酸，次氯酸能后穿透并啥詞海生物，其反應(yīng)公式如下：

其中次氯酸鈉裝置由于需要定期清洗，維護麻煩，對碳鋼有腐蝕，需要耐腐蝕材料，所以成本較高，一般用于海水需求量大的平臺（＞1200～1500m3/h）。

電解銅鋁防海生物裝置成本低，結(jié)構(gòu)較簡單，使用范圍廣，用于海水量需求小的地方，但是它對海洋有金屬污染。

本文主要討論電解銅鋁的防海生物裝置設(shè)計和應(yīng)用。

電解銅鋁防海生物裝置的工作原理一般為電解金屬電極，通過控制儀對金屬電極施加低壓弱電流使電機在海水中電解，從而向循壞的海水中釋放出一定濃度的金屬離子和氧化物質(zhì)，在海水系統(tǒng)內(nèi)造成海生物難以生存的化境。同時在管線表面形成一層保護膜，達到防污防腐的雙重目的。當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的離子濃度一般為2PPb～5PPb mg/L。

電解銅鋁防防海生物裝置的防污防腐原理：銅電極電解釋放微量銅離子，它能破壞海生物細胞中的蛋白質(zhì)并使其生命停止，達到防污作用；鋁電極電解生成氫氧化鋁絮狀物質(zhì)，一方面吸附銅離子并將他們送到各個管系，另一方面產(chǎn)生薄膜附著在管壁，起到防腐作用。

2 防海生物裝置的設(shè)計

由于上述海上結(jié)構(gòu)需要用到海水，而海水的電化學(xué)腐蝕和海洋生物的附著污損是海水系統(tǒng)的兩大主要危害因素。海水的電化學(xué)腐蝕會在金屬表面形成氧濃差電池，使設(shè)備和管件局部腐蝕加速，從而造成點蝕穿孔；海生物的附著生產(chǎn)會導(dǎo)致管線、閥門、過濾器等發(fā)生堵塞，造成設(shè)備效率降低，導(dǎo)致消耗增加和設(shè)備壽命降低，最終影響到整個系統(tǒng)的工作效率和效益。

防海生物裝置的常用設(shè)計原理如下圖一，主要由三大部分組成：電控箱，內(nèi)裝控制儀，有恒流、電壓可調(diào)的功能，作為電解的電源和信號的輸入和輸出；電解罐，作為陰極和陽極（通常為銅、鋁）安裝罐體，并承擔(dān)電解前后的海水流入和流出；管匯（圖2），作為和各個用戶連接的渠道，上面有流量計和閥門等

圖1 典型接線圖

圖2 流量計和管匯

某海上平臺有4臺海水提升泵、2臺電動消防泵和1臺柴油消防泵，7臺泵的流量如圖3、圖4，按照最高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求離子濃度5PPb mg/L進行設(shè)計。其中兩臺常運行海水泵按照額定排量計算，其他備用設(shè)備按照50 m3/h計算。

圖3 泵的排量

圖4 單臺泵的計算數(shù)值

海水處理總量為：800+800+50×5=1850 m3/h

對應(yīng)的銅離子質(zhì)量為：1 8 5 0 m3/h*5 m g/m3=9250mg/h

1年的銅離子重量：9 2 5 0 m g/h*24h*365≈80.03kg

3 電解銅鋁防海生物裝置實際應(yīng)用的問題探討

綜上所述，根據(jù)不同的用戶，選擇不同的防海生物裝置是很有必要的，它需要綜合考慮海水的處理量、海水用途、海況等情況。另外，設(shè)計人員要多收集現(xiàn)場各用戶的使用信息，做到逐步改進技術(shù)，從而達到更優(yōu)，只有這樣，才能發(fā)揮防海生物裝置的最大化效果。

上文中的電解銅鋁防海生物裝置在實際應(yīng)用有幾個問題：

一、電極尤其是正極的絕緣問題，如果設(shè)計電極使用年限太小，則更換頻繁；如果設(shè)計使用年限達，相應(yīng)的電極會比較重，更換不方便，而且隨著時間延長，陽極絕緣容易出現(xiàn)問題，尤其是陽極和撬塊接觸的地方；

二、管匯輸出的問題，由于用戶比較多，輸出的用戶是靠水壓控制自己流動，一般設(shè)計為流量計下端入口，上端出口，當(dāng)用戶需求量大時，一般不受壓力影響，當(dāng)用戶特別是備用泵，需求注入量小，當(dāng)壓力設(shè)計較小時，無法完全控制注水量；所以想改變此情況，要么把前端水壓升高，要么需要再增加設(shè)備保證注水量不受影響，都需要加大投資；、

當(dāng)前海上平臺增加了一種優(yōu)化后的用法：就是把電解銅鋁的控制儀安裝在水上，而銅棒和鋁棒及固定裝置直接安裝在水下，一般安裝在泵的進水口附近。這樣安裝的優(yōu)點是，大大減少了水上的占用面積，減小了由于管線損壞導(dǎo)致注入量收影響的問題，需要的輔助管件等減少，從而節(jié)約費用。同樣此方法缺點也存在，就是更換陽極需要提泵進行。由于海上平臺的提泵周期為3-6月，使用合適的陽極可以保證提泵周期和陽極更換周期基本保持一致，所以目前海上平臺使用此方法是利大于弊的，值得推廣。

4 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)不同的用戶，選擇不同的防海生物裝置是很有必要的，它需要綜合考慮海水的處理量、海水用途、海況等情況。另外，設(shè)計人員要多收集現(xiàn)場各用戶的使用信息，做到逐步改進技術(shù)，從而達到更優(yōu)，只有這樣，才能發(fā)揮防海生物裝置的最大化效果。