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

    導(dǎo)管架陰極保護狀況

    該導(dǎo)管架安裝有陰極保護監(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)點位置的電位（相對于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電位，水深69m和98m處導(dǎo)管架電位達到保護電位的時間分別長達230d和942d，水深129m和164m處導(dǎo)管架下水1000d后，其電位仍然未能達到保護電位。

    由圖2可以看出：在平臺導(dǎo)管架下水的初期，犧牲陽極的輸出電流較大，最高達到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。

    陰極保護改造方案設(shè)計及安裝

    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設(shè)計》，選取海水電阻率ρ=23.5Ω·cm進行計算。

    2 保護電流計算

    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)，計算可知：需安裝一套新的陰極保護系統(tǒng)，并提供1532A電流使區(qū)域2和區(qū)域3的導(dǎo)管架極化至保護電位。

    3 遠地式外加電流陰極保護系統(tǒng)設(shè)計

    選取了美國Deepwater公司RetroBuoy ICCP系統(tǒng)進行平臺導(dǎo)管架陰極保護改造。共安裝4套RetroBuoy遠地式外加電流陰極保護系統(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RetroBuoy遠地式外加電流陰極保護系統(tǒng)包括1臺變壓整流器、1套RetroBuoy輔助陽極、陽極電纜和陰極電纜等。4套RetroBuoy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)過計算，最終選取4臺直流輸出40V/500A的變壓整流器為導(dǎo)管架提供陰極保護電流。

    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)至平臺上，是ICCP系統(tǒng)安裝的難點。

    在安裝輔助陽極前，需對RetroBuoy輔助陽極與陽極電纜接頭的電連續(xù)性和密封性等進行測試。并采用ROV（水下機器人）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電纜卷筒上，采用四根電纜同時收放的方式安裝，同時，平臺人員將鋼絲繩從平臺預(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行連接，平臺人員通過鋼絲繩牽引，將輔助陽極電纜拉上平臺。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，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限位的方式進行吊裝。在整個吊裝過程中，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。

    陰極保護改造效果

    2016年6月6日，在遠地式外加電流陰極保護系統(tǒng)（ICCP）運行3a后，對導(dǎo)管架陰極保護狀況進行檢測。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狀態(tài)，犧牲陽極輸出電流已經(jīng)能滿足導(dǎo)管架達到保護電位所需要的電流。

    由表5可以看出，在運行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

    當初期電流密度偏小時，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)管架達到保護電位的時間大大延長，犧牲陽極也一直維持在較高的電流輸出狀態(tài)。

    犧牲陽極陰極保護改造適合于淺水導(dǎo)管架的陰極保護改造，對于深水導(dǎo)管架陰極保護改造，外加電流陰極保護系統(tǒng)具有安裝方便的特點。遠地式外加電流陰極保護系統(tǒng)的陽極電纜可安裝于導(dǎo)管架的“J”型管中，大大降低了臺風損壞陽極電纜造成陰極保護系統(tǒng)失效的風險，適宜于臺風較多的深水導(dǎo)管架陰極保護改造。

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責任編輯：王元

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