某石油平台海水冷却系统腐蚀分析与防护方法

某石油平台海水冷却系统腐蚀分析与防护方法
田俊杰,李振国,曲政
(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,青岛266071)
摘　要:腐蚀损害经常危及着海上设施与设备的安全及正常运行,本工作对某石油平台海水冷却系统的腐蚀状况进行了综合分析,对海水冷却系统实施阴极保护,取得了良好效果。

关键词:腐蚀;石油平台;海水冷却系统;阴极保护
中图分类号:T G172;TE985 文献标识码:B 文章编号:10052748X (2007)0920476203
ANAL YSES AND PRO TEC TION O F SEA WA TER COOL IN G SYSTEM IN
O FFSHOR E O IL PL A TFORM
TIAN Jun 2jie ,L I Zhen 2guo ,QU Zheng
(Central Iron &Steel Research Institute Qingdao Research Institute for Marine Corrosion ,Qingdao 266071,China )
Abstract :The corrosion status of seawater cooling system in off shore oil platform are analyzed and the control
methods are presented.The combination of coating and cathodic protection has been proved to be a effective protection measure.
K ey w ords :Corrosion ;Off shore oil platform ;Seawater cooling system ;Cathodic protection
0　引　言
腐蚀损害经常危及着海上设施与设备的安全和正常使用,由此造成的经济损失、事故隐患及其后果的严重性,一直捆扰着海上设施的操作者和管理者,腐蚀事故与案例不胜枚举,在海洋石油领域中早已引为关注。

某石油平台是中国海洋石油公司于2002年7月投产的主力油田,投产至今海水冷却系统发生了多起腐蚀事故,极大地影响了油田的生产。

我所组织人员对该海上设施与设备的腐蚀状况进行了综合性调查,最终科学、合理地提出了海上设施与设备腐蚀问题的控制方法,海水冷却系统的阴极保护系统投入使用以来,运行良好,有效地抑制了腐蚀。

1　调研内容
通过对海水冷却系统的海水泵、管线、阀门、中央空调冷却系统、柜式空调冷却系统、天然气冷却器、惰气系统及冷藏柜冷却系统等设备的调查,发现海水泵轴承端盖腐蚀相当厉害,表面呈严重溃疡状,
收稿日期:2006210212蚀斑累累,大面积锈层剥落;海水管线(包括白铜管和普通碳钢管)在焊缝、弯头、变径处腐蚀明显,补焊痕迹明显(见图1);主甲板生产作业区暴露在外的许多阀门、法兰、螺栓锈蚀严重(见图2),导致启动不灵,甚至报废待更换;中央空调冷凝器及天然气冷却器频繁泄漏,大量铜绿及黄褐色锈蚀产物覆盖在凹凸不平的表面上,管板与铜管接触部位腐蚀尤为严重;惰气发生器炉膛内部尾部焊缝处腐蚀严重。

海水泵扬水管、泵壳及叶轮腐蚀严重:扬水管蚀坑直径约为10～15mm ;泵壳及叶轮腐蚀麻坑较多。

消防泵的海水管线、阀门、法兰连接处腐蚀严重。

图1　海水管线腐蚀状况
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674・第28卷第9期2007年9月
腐蚀与防护
CORROSION &PRO TECTION
Vol.28　No.9September 2007
图2　海水管线中法兰腐蚀状况
2　腐蚀分析
2.1　设计和管理因素
设计人员应当了解和重视腐蚀问题,并依靠优选设备和材料,以及适当的防蚀技术与措施,合理、经济、有效地缓和、延迟或阻止腐蚀的发生、发展,以及通过多种途径造成的侵害和破坏。

在现有设施、设备、工况环境下,减少腐蚀损害,保障正常运行,最可行的办法是认真加强维护管理。

2.2　环境因素
复杂多变的海洋环境对不同的金属材料具有千差万别的腐蚀影响。

金属材料的腐蚀是海洋环境中各种因素协同作用的结果,一般温度较高、流速较大、盐分较高情况下腐蚀比较严重。

该石油平台位于南海海域,所处腐蚀环境基本属于海水浸泡区和海上大气区。

(1)高温高压环境　潮湿环境中附尘积盐的金属表面和接触海水的设备管件,其腐蚀速度随温度和压力的增加而加剧,同时还会产生温差电池腐蚀,使温度较低的连接近邻处成为阳极而加速腐蚀。

压力的增加会促使内部液体或气体从砂眼或缝隙中溢出,将砂眼逐渐扩大,使缝隙不断延伸,最终发生设备泄漏和构件损坏。

许多管线、阀门的泄漏、法兰、盘根的损坏与之有关。

(2)冲击磨蚀作用　流动的腐蚀性液体不断冲击金属表面,在机械因素和电化学因素的协同作用下所产生的局部腐蚀称为冲击腐蚀。

在湍流情况下液体内常混入气泡,并猛烈的冲击流路中金属结构的突出、突变部位,破坏表面保护膜,冲刷腐蚀产物,造成沟、槽、波纹、坑洞、弥散性蚀斑和马蹄印形的蚀象。

各种金属对流速具有不同的承受范围,当流速超过临界范围时,就会发生明显的冲击侵害。

使用和输送海水的机械设备中,水泵内套和叶轮、管路弯头与三通、阀门与挡板、换热器和滤器的进、出口管等处易遭受侵害。

同时,海水泵叶片顶部和内腔突变扩张处,由于空泡瞬时破灭并产生强烈的水锤作用,局部压力可达数百MPa,易形成空泡腐蚀。

2.3　腐蚀类型
(1)均匀腐蚀　均匀腐蚀是指腐蚀反应在金属表面上普遍发生,其腐蚀速度可以用重量减小、壁厚变薄来客观度量的一种常见腐蚀形态。

虽然均匀腐蚀比较普遍,而且平均速度也比较大,但从技术观点和实际危害性来看,这类腐蚀并不重要,因为设计时往往是根据平均腐蚀速度和使用寿命计算确定材料裕量,而且在防腐蚀维修上也比较简单,通常采用的有效方法是涂装。

(2)点(坑)蚀　点(坑)蚀亦称小孔腐蚀,是典型而重要的局部腐蚀形式之一。

调查中发现许多点(坑)蚀的事例,例如换热器中的腐蚀“砂眼”和高温换热器中垢层底下的蚀点。

有许多蚀点和蚀坑不是单纯点(坑)蚀,而是由于其他因素协同作用造成的,如海水泵内腔和叶轮上的麻点和蚀坑与流体冲击及所带悬浮物和气泡的作用有关;换热器内管板蚀坑与电偶作用有关;许多点(坑)蚀的产生与缝隙效应有关。

总之,腐蚀的产生与扩展往往与多种因素有关,而腐蚀形态也往往具有复杂多样性。

(3)缝隙腐蚀　缝隙腐蚀是腐蚀介质中金属材料的缝隙和其他隐蔽部位经常发生的严重局部腐蚀之一。

调查过程中缝隙腐蚀处处可见,海水泵装配间隙呈现出缝隙腐蚀的特征;一些暴露在外的阀门、法兰、螺栓锈蚀严重,启动不灵,甚至报废更换。

为了防止和减轻缝隙腐蚀,合理设计与正确施工尤为重要,例如尽量采用无缝隙焊接工艺,使用疏水材料制作衬垫等。

(4)接触腐蚀与电偶腐蚀　调查中发现不少接触腐蚀现象,例如空调冷凝器、天然气冷却器中铜管与碳钢管板、封头之间的腐蚀现象。

控制和减少电偶腐蚀的有效措施有:在设计和施工中尽量避免或消除形成原电池的可能因素,例如选用相同材料或自然电势相近的材料制作整体结构;避免不同金属材料,特别是自然电势相差较大的材料相互接触,必要时应使两者之间保持良好的绝缘;尽量减少阴极区的相对面积;设计阳极性部件时可考虑便于更换和加大裕量;适当施加阴极保护等。

(5)焊接腐蚀　调查中平台上暴露在外且涂装不良的焊缝处多处可以看到腐蚀情况,并有不少严
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重事例。

由此可见,焊缝腐蚀是海上设施和设备中比较普遍,而且比较严重的腐蚀问题,今后应当予以重视,并研究有效保护对策。

譬如选用适配焊条,提高焊接质量,改进焊接工艺,对焊缝表面修整处理后严格施加防腐蚀涂装等。

3　腐蚀控制对策
3.1　防腐蚀技术
目前防腐蚀的方法主要有涂层、内衬、镀膜、阴极保护等,在海水环境中应用较广的方法是涂层与阴极保护联合保护的方法。

该石油平台具有独立的海水系统,需根据具体的工矿条件选取合适的防腐蚀方案。

简要说,采用牺牲阳极和外加电流联合进行阴极保护,根据材质、流速及管径的大小,周围设备的复杂情况进行合理、科学的设置,必要部位采用内衬进行联合保护。

3.2　设计方案
由于该石油平台的海水冷却管径较小,
施加外加电流阴极保护时存在不同程度的遮蔽效应,影响保护效果,而且辅助阳极若采用棒状形式安装其保护距离有限,管道达到均匀、完全保护时,需布置大量辅助阳极,这在工程中是不符合实际的。

通过大量的实验,采用线形辅助阳极,可有效解决此类问题。

据此该石油平台的外加电流系统采用线形MMO (混合金属氧化物)辅助阳极,检测控制部分采用抗污染稳定型参比电极即高纯锌参比电极(图3),恒电位仪采用防爆型磁饱和系列。

图3　外加电流系统辅助阳极及锌参比电极
根据该石油平台的具体情况:工艺海水冷却管线230m ,主惰海水冷却管线155m ,辅惰海水冷却管线145m ,决定将整个管道系统分为二个部分,采用二套各自独立的外加电流阴极保护系统,称为A 系统和B 系统。

3.3　技术指标
保护寿命设计为15年。

在有效保护期内,管路及设备电位自始至终控制在最佳保护电位范围(见表1、2),即0～-0.25V (相对于高纯锌参比电极)。

表1　A 系统检测结果
锌参比输出电压,V
测量电位,V
输出电流,A
参比电极1 2.00.1251参比电极2
2.5
0.125
1
表2　B 系统检测结果
锌参比输出电压,V
测量电位,V
输出电流,A
参比电极3 1.80.1252参比电极4
3.5
0.125
7
在有效保护期内,管路系统的腐蚀得到抑制,管壁厚度无明显减薄,设备跑、冒、滴、漏等现象减少,且表面无明显锈蚀,管路及设备基本维持现状而安全运行。

4　结　论
综上所述,海上设施与设备的正常运行经常受到腐蚀的损坏,我们针对石油平台的具体情况,采取了科学、合理的防腐措施,保障了生产的正常进行。

相信随着海洋石油资源的开发及发展,该技术的应用将会更频繁,其应用领域将会更广阔。

参考文献:
[1]　侯保荣.腐蚀研究与防护技术[M ].北京:海洋出版
社,1988.
[2]　朱相荣,王相润.金属材料的海洋腐蚀与防护[M ].北
京:国防工业出版社,1998.
[3]　邓舜扬.海洋防污与防护技术[M ].北京:海洋出版
社,1987.
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