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油氣平臺立管腐蝕如何防護(hù)？注意事項有哪些？

2018-11-29 12:13:12 作者：易桂虎，曼得拉·查汗，李本愛，羅威威，孫璇來源：《涂層與防護(hù)》分享至：

海上油氣田開采出的油氣除少數(shù)在海上直接裝船外運(yùn)外，多數(shù)是通過管道傳輸至陸上加工并分別輸送到用戶。隨著海洋石油天然氣開發(fā)的不斷深入，海洋管道的作用顯得越來越重要。它是通過密閉的管道在海底連續(xù)地輸送大量油氣的管道，是海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，也是目前最快捷、最安全和經(jīng)濟(jì)可靠的海上油氣運(yùn)輸方式。而立管是海底管道與油氣平臺相連接的重要部分，且立管較海底管道平管段更容易發(fā)生腐蝕，所以立管的腐蝕防護(hù)就顯得意義重大。本文以立管陸地建造總裝施工為題，對立管防腐保護(hù)進(jìn)行分析，提出合理化建議，以達(dá)到提高立管防腐保護(hù)質(zhì)量、減少后期維護(hù)成本、提高安全性、可靠性的目的。

立管的防腐設(shè)計

立管一般采用涂層與陰極保護(hù)聯(lián)合防腐的設(shè)計方法。

涂層

立管的涂層設(shè)計按照所處的工況，分為以下幾種：

（1）飛濺區(qū)

由于飛濺區(qū)內(nèi)干濕交替的環(huán)境，以及船舶?？俊⒑Ｑ笃∥锱鲎驳鹊奶厥夤r，此部分的立管涂層通常采用氯丁橡膠；氯丁橡膠涂層系統(tǒng)為典型的海洋石油立管飛濺區(qū)涂層系統(tǒng)，通常是基于0.5mm熔接環(huán)氧粉末（FBE）涂層和12.4mm氯丁橡膠用于抵抗由于船舶及海上漂浮物的機(jī)械損傷。

（2）大氣區(qū)、全浸區(qū)

大氣區(qū)與全浸區(qū)的工況較為單一，腐蝕情況好于飛濺區(qū)，采用與海管平管段相同的涂裝系統(tǒng)。常見的涂層為3層聚乙烯（3LPE）。該系統(tǒng)分為3部分：底層為FBE（熔接環(huán)氧粉末），厚度最小為300 μm，起到防腐的作用；中間層為高聚物合成膠層，厚度最小為200 μm，起到中間粘和的作用；表層為聚乙烯層（PE），厚度最小為2 600 μm，起到外觀保護(hù)的作用。

（3）節(jié)點修補(bǔ)

整個立管系統(tǒng)是由數(shù)根單根立管組合而成，立管之間互相焊接連接后，需要對焊道位置的涂層進(jìn)行修補(bǔ)。通常立管節(jié)點部分采用三層結(jié)構(gòu)形式的熱縮帶進(jìn)行修補(bǔ)。該形式的熱縮帶一般由厚度最小為150μm的液態(tài)環(huán)氧漆、厚度最小為1.5mm的高剪切強(qiáng)度熱熔膠和厚度最小為1.0mm的輻射交聯(lián)高密度聚乙烯熱收縮基材3部分組成。節(jié)點熱縮帶施工圖見圖1。

圖1 熱縮帶施工圖

陰極保護(hù)

立管陰極保護(hù)系統(tǒng)中，通常采用鋁合金的手鐲式陽極。結(jié)構(gòu)形式如圖2。

圖2 手鐲式陽極結(jié)構(gòu)圖

犧牲陽極采用的材料主要為鋁-鋅-銦，陽極一般采用焊接形式安裝在海底管線外防腐層表面，焊接處的涂層破損多采用熱縮帶包覆的方法進(jìn)行修補(bǔ)，以防止海底管線金屬與外界介質(zhì)直接接觸。

導(dǎo)管架總裝階段立管的現(xiàn)場施工

（1）涂層施工

立管主體部分的涂層，通常是在專業(yè)的管道涂敷公司完成涂裝。在陸地建造時只對立管焊道位置的涂層以及施工過程中的破損進(jìn)行修補(bǔ)。涂層破損區(qū)域常采用瑪蹄酯修補(bǔ)。用烤把或熱風(fēng)將瑪蹄酯融化，填充到損壞區(qū)域，最后用抹刀抹平。

立管焊道位置采用熱縮帶修補(bǔ)。在表面處理完成后，將雙組分環(huán)氧底漆混合，均勻涂敷在立管管體上。使用加熱設(shè)備將涂敷環(huán)氧底漆的鋼管預(yù)熱到要求溫度后，開始安裝熱縮帶。熱縮帶安裝過程中，需要不斷使用火把加熱，用輥子將熱縮帶整平、將氣泡趕出，使熱縮帶牢固結(jié)合。施工完成后進(jìn)行檢驗和保護(hù)。

（2）陽極施工

立管陽極到貨后，現(xiàn)場依據(jù)陽極結(jié)構(gòu)圖、布置圖及實際碰撞情況進(jìn)行陽極腳焊接位置定位，剝離涂層。待涂層剝離露出立管管體后，進(jìn)行焊接安裝。

陽極安裝后，所有涂層破損區(qū)域可以用聚乙烯熱熔棒/聚乙烯修補(bǔ)片/聚乙烯熱縮帶修補(bǔ)，修補(bǔ)時應(yīng)盡可能的靠近陽極一側(cè)端部。

具體安裝過程見圖3。

圖3 立管陽極安裝過程

陸地施工對立管防腐保護(hù)的影響因素

（1）現(xiàn)場節(jié)點修補(bǔ)

目前立管現(xiàn)場節(jié)點修補(bǔ)的施工質(zhì)量并不樂觀，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

焊道表面處理問題：無法提供現(xiàn)場噴砂除銹的表面處理設(shè)備，多采用動力工具進(jìn)行替代。導(dǎo)致表面處理等級無法達(dá)到熱縮帶施工要求的Sa2.5等級。

熱縮帶預(yù)熱問題：無法提供中頻加熱設(shè)備，多采用烤把進(jìn)行替代?？景鸭訜釙r預(yù)熱溫度沒有中頻加熱設(shè)備高，且熱縮帶受熱不均勻，常出現(xiàn)熱縮帶兩側(cè)及底部加熱不足的情況。

上述兩個問題，容易導(dǎo)致熱縮帶在服役期間失效，使立管在服役的中后期暴露在腐蝕的風(fēng)險下。因此立管施工時，應(yīng)按嚴(yán)格照熱縮帶施工的技術(shù)和質(zhì)量要求，配備便攜式可移動噴砂設(shè)備和中頻加熱設(shè)備，將腐蝕風(fēng)險消除在萌芽階段。

（2）涂層破損率

依據(jù)DNV-RP-B401，犧牲陽極的需求量取決于陰極保護(hù)所需的電流量，而電流需求量等于涂層表面積、涂層破損率和平均電流需求量三者之積。其中，只有涂層破損率是一個變化的值。

設(shè)計階段涂層破損率的取值一般是參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但各標(biāo)準(zhǔn)對于立管涂層在預(yù)制、安裝階段中引起的破損并沒有量化考慮。若實際涂層破損率大于設(shè)計的涂層破損率，則實際需求的陽極要比設(shè)計的陽極多，會造成服役期內(nèi)陽極消耗過快，在服役末期陰極保護(hù)失效，使立管面臨腐蝕的風(fēng)險。

因此涂層破損率在施工過程中的控制顯得尤為重要。合理的施工安排，良好的現(xiàn)場節(jié)點施工質(zhì)量，完善的涂層保護(hù)等是降低涂層破損率的有效方法。同時建議對立管預(yù)制、安裝過程中的涂層破損進(jìn)行跟蹤，這對今后立管陰極保護(hù)設(shè)計有很重要的參考性。

（3）絕緣法蘭

海底管線（含立管部分）的陰極保護(hù)與導(dǎo)管架的陰極保護(hù)是分別兩個獨立的陰極保護(hù)系統(tǒng)。同時因為海底管線犧牲陽極系統(tǒng)的驅(qū)動電位只有0.25V左右，為了避免不同陰極保護(hù)系統(tǒng)間的相互影響，隔離不同設(shè)施的保護(hù)電流，所以在海底管線和陸地管線或平臺工藝管線的連接處，都要加裝絕緣法蘭。

在立管陸地施工過程中，務(wù)必要保證絕緣法蘭在安裝前妥善存貯，在安裝時正確施工，在安裝后絕緣檢驗。如果失效，立管與導(dǎo)管架發(fā)生電連接，導(dǎo)致陰極保護(hù)的范圍變大，形成大陰極小陽極的狀態(tài)。立管陽極將會很快被損耗掉，無法維持設(shè)計壽命內(nèi)的陰極保護(hù)作用。

結(jié)語

隨著海上油氣田的逐步開發(fā)，海底管道的使用越來越廣泛。立管作為海底管道與油氣平臺連接的重要組成部分，其防腐性能顯得尤為重要。這就要求施工人員尤其是項目管理人員，對立管施工應(yīng)投入更大的精力。制造、預(yù)制、安裝時應(yīng)考慮環(huán)境與施工因素的有機(jī)結(jié)合，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，減少立管服役后不必要的維護(hù)。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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