自升式鉆井平臺樁腿樁靴犧牲陽極應(yīng)用及研究

摘" " 要：為預(yù)防自升式鉆井平臺海水電化學(xué)腐蝕帶來的金屬結(jié)構(gòu)傷害，在鉆井平臺生命周期有效保護樁腿和樁靴，需要選擇合理的犧牲陽極類型及數(shù)量。從犧牲陽極的更換時間、陰極保護的確定、犧牲陽極的選擇及犧牲陽極數(shù)量的計算四個方面進行了介紹，結(jié)合海上移動式平臺檢驗規(guī)則，對不同位置的保護對象分別進行了計算。研究表明，結(jié)合塢檢時間，通過計算設(shè)計可以選擇出不同保護對象對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)犧牲陽極類型及數(shù)量。

關(guān)鍵詞：自升式鉆井平臺；電化學(xué)腐蝕；樁腿；樁靴；犧牲陽極；陰極保護

Application and research of sacrificial anode of spud legs and spud cans of jack-up drilling platform

ZHANG Fei XIE Yong ZHAO Yunlong WANG Baihe

1. Drilling Division of China Petroleum Offshore Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300450， China

2. China Merchants Heavy Industry（Jiangsu） Co.， Ltd.， Nantong 226000， China

Abstract：To protect the metal structure of the jack-up drilling platform from being damaged by seawater electrochemical corrosion， the spud legs and spud cans of the platform should be effectively protected during its life cycle by reasonably determining the type and quantity of their sacrificial anode. This paper primarily consists of four parts： the calculation of the replacement time for the sacrificial anode， the determination of the cathodic protection， the selection of the sacrificial anode， and the calculation of its quantity. Protected objects in different positions are calculated separately， with inspection rules for the offshore mobile platform taken into consideration. The study shows that the standard sacrificial anode type and its standard quantity for different protected objects can be determined through computational calculation， in view of the time for docking survey.

Keywords：jack-up drilling platform; electrochemical corrosion; spud leg; spud can; sacrificial anode; cathodic protection

自升式鉆井平臺的防腐一般采用陰極保護（犧牲陽極或者外加電流）、涂裝防腐等措施。外加電流需要鉆井平臺提供電源，不適用于長期冷停平臺，因此通常采用涂裝防腐+犧牲陽極的聯(lián)合措施。犧牲陽極能夠在涂層老化或受到破壞時，為金屬構(gòu)件提供保護電流。本文以DSJ300系列自開式鉆井平臺為例，進行了犧牲陽極選型、設(shè)計的研究。

1" " 犧牲陽極更換時間

平臺投入營運后需要申請定期檢驗，包括年度檢驗、中間檢驗、換證檢驗、平臺底外部檢驗[1]，不同檢驗種類的檢驗周期見表1。

行業(yè)常規(guī)做法是將犧牲陽極的壽命定在5年、10年等5的倍數(shù)年，并利用塢檢時間窗口更換犧牲陽極。

2" " 陰極保護確定

2.1" " 陰極保護范圍

DSJ300自升式鉆井平臺設(shè)計最大作業(yè)水深91.4 m，因此可以確定保護范圍為：樁腿91.4 m以下鋼結(jié)構(gòu)，包括樁腿、樁靴內(nèi)部及外部，因此其壓載率選擇100%，即91.4 m以下全部受到保護。

2.2" " 保護電流

3" " 犧牲陽極選擇

3.1" " 犧牲陽極初步選擇

選定A11系列鋁-鋅-銦-鎘合金犧牲陽極[3]，電量為2 400 A·h/kg ，工作電位為-1.05 V。樁腿、樁靴外選擇A11H系列船體用焊接式犧牲陽極（單鐵腳），見表3；樁靴內(nèi)屬于封閉空間，內(nèi)部一般灌滿壓載水，所以選擇A11T系列船舶壓載水艙陰極保護用犧牲陽極，見表4。

3.2" " 犧牲陽極相關(guān)計算[4]

3.2.1" " 樁腿、樁靴外陰極保護用犧牲陽極選擇

3.2.2" " 壓載艙內(nèi)鋁-鋅-銦系合金選擇

A11T系列犧牲陽極電阻計算公式：

3.2.3" " 犧牲陽極數(shù)量計算

根據(jù)選定的犧牲陽極可知，A11H-5單塊犧牲陽極的電流為Im=488.8 mA，A11T-2單塊犧牲陽極的電流為Im=966.2 mA，A11H-3單塊犧牲陽極的電流為Im=488.8 mA。

4" " 結(jié)束語

本文介紹了DSJ300系列自升式鉆井平臺樁腿、樁靴內(nèi)外表面犧牲陽極設(shè)計計算過程，以及按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)選取犧牲陽極的方法，但僅是對標(biāo)準(zhǔn)犧牲陽極的設(shè)計及選擇，對于非標(biāo)準(zhǔn)的犧牲陽極，可以通過文中公式驗證其犧牲陽極的壽命是否滿足要求。

參考文獻

[1]" 郭偉立，寧萍.法定船舶檢驗的種類及法律特征[J].科學(xué)咨詢，2011（7）：26-27.

[2]" GD 03—2009，船舶結(jié)構(gòu)防腐蝕檢驗指南[S].

[3]" GB/T 4948—2002，鋁-鋅-銦系合金犧牲陽極[S].

[4]" 許佳寧.船舶與海洋工程用犧牲陽極檢驗標(biāo)準(zhǔn)分析[J].材料保護，2023，56（11）：167-174.

[5]" 李妍，熊睿，張國慶.海洋深水鋁合金犧牲陽極的性能[J].腐蝕與防護，2023，44（10）：96-116.

作者簡介：

張" " 飛（1985—），男，湖北隨州人，工程師，2008年畢業(yè)長江大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，主要從事海洋石油鉆井平臺設(shè)備及船體結(jié)構(gòu)管理工作。

Email：zhangfei2023.cpoe@cnpc.com.cn

收稿日期：2024-04-30