某氣田位于南海東部海域的珠江口盆地，平臺(tái)所處海域水深約200m。該平臺(tái)導(dǎo)管架均為裸鋼，僅靠犧牲陽極陰極保護(hù)來防止腐蝕破壞。導(dǎo)管架下水1000d后，在水深98m以下導(dǎo)管架的電位仍未達(dá)到最低保護(hù)電位要求。為保障平臺(tái)安全生產(chǎn)，平臺(tái)方?jīng)Q定追加一套陰極保護(hù)系統(tǒng)，使整個(gè)導(dǎo)管架盡快極化至保護(hù)電位。

    導(dǎo)管架陰極保護(hù)狀況

    該導(dǎo)管架安裝有陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)記錄了導(dǎo)管架下水189d后導(dǎo)管架各節(jié)點(diǎn)位置的電位（相對(duì)于Ag/AgCl參比電極，下同）和犧牲陽極的輸出電流，分別見圖1和圖2。

 圖1 不同水深處導(dǎo)管架電位

圖2 犧牲陽極的輸出電流

    由圖1可以看出：導(dǎo)管架下水后，不同水深的導(dǎo)管架電位差距較大；僅在水深15m的淺水區(qū)導(dǎo)管架電位快速極化至保護(hù)電位，水深69m和98m處導(dǎo)管架電位達(dá)到保護(hù)電位的時(shí)間分別長達(dá)230d和942d，水深129m和164m處導(dǎo)管架下水1000d后，其電位仍然未能達(dá)到保護(hù)電位。

    由圖2可以看出：在平臺(tái)導(dǎo)管架下水的初期，犧牲陽極的輸出電流較大，最高達(dá)到9A左右，隨著水深的增加，犧牲陽極的輸出電流增大。但隨著導(dǎo)管架電位的負(fù)移和鈣質(zhì)沉積層的形成，犧牲陽極的輸出電流又逐漸減小。

    陰極保護(hù)改造方案設(shè)計(jì)及安裝

    1 海水電阻

    率依據(jù)DNV-RP-B401-2011《海上構(gòu)筑物犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)》，選取海水電阻率ρ=23.5Ω·cm進(jìn)行計(jì)算。

    2 保護(hù)電流計(jì)算

    導(dǎo)管架各區(qū)域的面積見表1，導(dǎo)管架初期需求電流見表2。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算可知：需安裝一套新的陰極保護(hù)系統(tǒng)，并提供1532A電流使區(qū)域2和區(qū)域3的導(dǎo)管架極化至保護(hù)電位。

    3 遠(yuǎn)地式外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    選取了美國Deepwater公司RetroBuoy ICCP系統(tǒng)進(jìn)行平臺(tái)導(dǎo)管架陰極保護(hù)改造。共安裝4套R(shí)etroBuoy遠(yuǎn)地式外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，每套輸出電流500A，可滿足導(dǎo)管架初期極化電流要求。

    每套R(shí)etroBuoy遠(yuǎn)地式外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)包括1臺(tái)變壓整流器、1套R(shí)etroBuoy輔助陽極、陽極電纜和陰極電纜等。4套R(shí)etroBuoy輔助陽極安裝于海底（見圖3），分別距離A1、A4、B1和B4樁腿85米，經(jīng)過計(jì)算，最終選取4臺(tái)直流輸出40V/500A的變壓整流器為導(dǎo)管架提供陰極保護(hù)電流。

    圖3 RetroBuoy輔助陽極

    4 ICCP系統(tǒng)安裝

    RetroBuoy輔助陽極海底安裝以及海底輔助陽極電纜鋪設(shè)至平臺(tái)上，是ICCP系統(tǒng)安裝的難點(diǎn)。

    在安裝輔助陽極前，需對(duì)RetroBuoy輔助陽極與陽極電纜接頭的電連續(xù)性和密封性等進(jìn)行測試。并采用ROV（水下機(jī)器人）水下檢測輔助陽極安裝區(qū)域是否存在碎石或凹坑等潛在隱患。

    在工作船上，將四根輔助陽極電纜卷在同一個(gè)電纜卷筒上，采用四根電纜同時(shí)收放的方式安裝，同時(shí)，平臺(tái)人員將鋼絲繩從平臺(tái)預(yù)留的“J”型管頂部下放至海底，ROV在海底將輔助陽極電纜和鋼絲繩進(jìn)行連接，平臺(tái)人員通過鋼絲繩牽引，將輔助陽極電纜拉上平臺(tái)。然后采用電纜固定法蘭將4根輔助陽極電纜固定在“J”型管頂部，電纜固定法蘭結(jié)構(gòu)見圖4。

    圖4 電纜固定法蘭結(jié)構(gòu)圖

    將RetroBuoy輔助陽極吊裝至指定位置時(shí)，為防止吊裝過程中電纜過度彎曲，采用了限彎器和鋼絲繩同時(shí)限位的方式進(jìn)行吊裝。在整個(gè)吊裝過程中，需要ROV全程監(jiān)控，以防輔助陽極發(fā)生碰撞或者電纜出現(xiàn)異常情況，一旦出現(xiàn)異常情況，立即將輔助陽極吊至甲板進(jìn)行維修。輔助陽極放置完成后，通過ROV將多余的電纜在海底按照“S”型路線分布，并放置混凝土穩(wěn)定墊固定。

    陰極保護(hù)改造效果

    2016年6月6日，在遠(yuǎn)地式外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)（ICCP）運(yùn)行3a后，對(duì)導(dǎo)管架陰極保護(hù)狀況進(jìn)行檢測。表3為ICCP系統(tǒng)的變壓整流器輸出電壓和輸出電流數(shù)據(jù)，目前ICCP系統(tǒng)輸出電壓約為17V，輸出總電流為767A。

    由表4可以看出，在運(yùn)行ICCP系統(tǒng)3a后，導(dǎo)管架表面形成了良好的鈣質(zhì)沉積層，整個(gè)導(dǎo)管架電位非常均勻，在停用ICCP系統(tǒng)1天后，導(dǎo)管架依然處于良好的保護(hù)狀態(tài)，犧牲陽極輸出電流已經(jīng)能滿足導(dǎo)管架達(dá)到保護(hù)電位所需要的電流。

    由表5可以看出，在運(yùn)行ICCP系統(tǒng)3a后，犧牲陽極輸出的電流較導(dǎo)管架下水初期的大幅減小，大部分犧牲陽極的輸出電流已小于1A，這說明導(dǎo)管架表面已經(jīng)形成了致密的鈣質(zhì)沉積層。運(yùn)行ICCP系統(tǒng)后，犧牲陽極的輸出電流減小，犧牲陽極的壽命將大大延長。

    結(jié)論

    當(dāng)初期電流密度偏小時(shí)，鈣質(zhì)沉積層在導(dǎo)管架上沉積較慢，難以快速形成致密的鈣質(zhì)沉積層，深海區(qū)導(dǎo)管架達(dá)到保護(hù)電位的時(shí)間大大延長，犧牲陽極也一直維持在較高的電流輸出狀態(tài)。

    犧牲陽極陰極保護(hù)改造適合于淺水導(dǎo)管架的陰極保護(hù)改造，對(duì)于深水導(dǎo)管架陰極保護(hù)改造，外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)具有安裝方便的特點(diǎn)。遠(yuǎn)地式外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極電纜可安裝于導(dǎo)管架的“J”型管中，大大降低了臺(tái)風(fēng)損壞陽極電纜造成陰極保護(hù)系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)，適宜于臺(tái)風(fēng)較多的深水導(dǎo)管架陰極保護(hù)改造。

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