阴极保护

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海洋平台外加电流阴极保护

一、平台外加电流阴极保护装置

  根据优化设计方案,结合海洋环境腐蚀特点,从设备选材、防护设计、便捷安装等方面综合考虑,设计并研制了一套平台外加电流阴极保护装置,该装置包括阴极保护电源、电缆、辅助阳极、监检测系统等。

二、阴极保护电源

  阴极保护电源是外加电流阴极保护系统中控制发生电流的设备,是外加电流阴极保护系统的核心部件。常规阴极保护电源在高温、高湿、高盐度的强腐蚀海洋环境中使用时经常发生故障,从而造成整个阴极保护系统中断运行甚至出现设备搁置等情况,直接影响腐蚀保护和监测的效果,严重的可引发重大安全事故。而且海洋平台一般离岸较远,设备维护和更换成本高,因此阴极保护电源长期稳定可靠的运行是一个关键问题。针对海洋环境特点,从选材、结构以及冷却方式上进行防腐蚀、防尘、防潮、防霉、散热以及防爆设计,研制了可适用于海洋环境阴极保护的大功率整流器电源。该电源为油浸式整流器,额定输出电流1000A,防护等级IP56,使用寿命20a。油浸式冷却保证散热的高效性,可有效防止盐雾和潮气进入机柜对元器件产生腐蚀。前控制面板安装在防爆控制箱内。其他绝缘零件如绝缘子、环氧玻璃板、垫块等支撑件做涂覆处理,增加防潮、防霉菌的能力。整流器具备数据储存和远程控制功能。

三、系统

  辅助阳极及其托架使用于海洋环境时常因材料选择不合理,结构设计差而失效。而平台外加电流辅助阳极因安装在水下,更容易因海水冲刷腐蚀和密封破坏而失效。因此辅助阳极及其托架材料的选择以及结构设计是保证辅助阳极可靠运行的关键。由于辅助阳极及其托架在海水中使用时主要遭受海水冲刷、海水腐蚀、水压、电极反应产生的氯气腐蚀等,首先通过耐冲刷性能试验、电化学性能试验和强化寿命试验优选出耐冲刷、长寿命的辅助阳极及其托架材料。辅助阳极选用性价比高、发生电流稳定、消耗率小、机械强度高的 MMO 阳极; 托架材料选用聚四氟乙烯。然后针对海水水下环境做了耐压设计和密封结构设计,使之能在深水压力环境下的稳定运行,并针对定型的阳极及其支架做了耐压强度试验和模拟深水环境下的水密性试验,以检测辅助阳极系统的机械强度和水密性。辅助阳极底座采用碳钢结构,底座焊接4块设计寿命为20a 的牺牲阳极来抑制底座的腐蚀。底座采用混凝土进行配重,配重后底座重3.5t,保证整个底座在海床上的稳定性。当海床上海泥较深时,需增加底座下部位置高度并焊接裙板,防止海水对底座下部海泥的冲刷。通过对辅助阳极的优选以及远地式阳极支架和底座的设计研制了海洋平台外加电流阴极保护远地式辅助阳极工程样机。远地式辅助阳极采用远地式阵列结构。每套辅助阳极系统额定输出电流600A,耐水压300m,使用寿命20a。

四、监检测系统

  传统的海洋石油平台工程结构物的阴极保护效果评价主要依靠不定期的检测来完成,需要依靠潜水员或者无人摇控潜水( ROV) 携带到指定位置进行测量和评价,这种方法不仅会耗费巨大,而且无法对整个海洋平台结构物进行整体的和持续的保护效果评价。针对以上问题,我所在研制的整流器上集成了海洋平台阴极保护监检测系统,该系统可以实时了解和掌握海洋石油平台的腐蚀状态,随时提供水下钢结构阴极保护系统的运行状态信息,及时发现问题和隐患。对于确保海洋石油平台钢结构长期安全运营,具有重要价值。该系统能够不间断地测量平台钢结构水下不同位置和区域的电位,具有实时显示和自动存储功能。该系统和整流器的集成设计节约了设备成本,并且节省了平台上的设备安装空间。海洋平台阴极保护主要包括参比电极、数据采集存储仪及信号传输电缆等设备。参比电极采用了在海洋环境中使用性能较好的Ag/AgCl和高纯锌双参比电极,使用双参比电极的两个电极的反馈电位可以相互印证,防止电极失效造成的电位监测数据不准确的现象。所选电极均进行了严格的电化学性能测试,并且针对海洋环境设计了多孔的防污损护套,该护套还能增加整个电极体的机械强度,防止外力撞击造成参比电极损坏。同时还测试了参比电极的耐压强度和水密性,确保监测电位的长期准确性以及在深水环境中使用的可靠性。

 

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