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海上油气田的腐蚀与防护

时间:2013-05-17 11:36:31  来源:中国石油和化工标准与质量  作者:彭壮 徐磊 王君正

  【摘要】由于海上油气田作业平台所处环境恶劣,平台设施发生腐蚀的可能性大大增加,而海上工程投资昂贵,并且要求有较长的使用年限,同时需要尽可能减少维修的可能,因此海上平台的腐蚀防护问题就成为确保平台安全可靠长期运行的重要关键。本文通过介绍了海洋环境对海上油气田设施的腐蚀情况,切实可行的提出了海洋环境中海上石油平台的腐蚀防护对策,以保证海上油气田设施的使用安全性及可靠性。
  【关键词】海上油气田 腐蚀 防护
  
  1 海上石油平台的腐蚀环境
  开发海洋石油,主要是战胜海洋环境所造成的困难,海洋环境与内陆环境有着显著的不同,其对钢铁的腐蚀是内陆的4—5倍,主要原因有:
  (1)海上石油作业平台所在的海域一般都在距离港口较偏远的地方,那里没有防风浪设施对其进行保护,除此之外,各种潮流、地震和大块的浮冰也会对平台产生破坏。各种因素的综合作用使得平台潮差区腐蚀加剧,结构物上所承受的巨大冲击也导致应力腐蚀和腐蚀疲劳破坏的产生。
  (2)海上石油平台具有复杂的结构,平台处在潮湿的大气和海水的共同作用下,会出现腐蚀现象,同时由于海水飞溅、潮汐、海泥等的作用,特别是海水飞溅所造成的腐蚀及保护问题已经引发越来越多的关注了。
  (3)海上石油平台是由焊接而成的管桩式结构支撑着,但是由于焊接结点的特殊性,其容易产生腐蚀现象,因而对焊接结点的维护就显得更加重要。
  (4)海上石油平台大多是固定的,不能像船舶那样可以定期进港维护,海上石油平台寿命一般为20—30年,这就需要保护系统的寿命与之相适应。防腐蚀的措施要能保持如此之久,在实际应用上会有难度。
  2 海上石油平台的腐蚀特点
  2.1 平台腐蚀分区
  通过开展的许多研究,人们对海洋环境中的腐蚀特征已经有相当的了解了。根据环境介质的差异,飞溅区、潮差区、海洋大气区、全浸区和海泥区等构成了海洋腐蚀环境。
  2.1.1 飞溅区
  飞溅区也称为浪花飞溅区,位于高潮位之上,因此常受海浪溅泼而得名。飞溅区范围大小与不同的海况条件有关。由于飞溅区中钢铁构件处于潮湿的海洋大气环境中,故其表面经常是潮湿的,加上氧气的共同作用,导致它成为海上石油开发平台中腐蚀最严重的区域。影响飞溅区腐蚀的因素有阳光和漂浮物等。
  2.1.2 潮差区
  潮差区位于高潮位与低潮位之间。潮差区的海上结构构件腐蚀现象也尤为突出,因为其位于潮水中,并且受到富含盐分的湿空气的侵蚀。海上固定式钢质石油平台的结构是上下连续的,与长尺腐蚀试样所模拟的情形一样,其潮差区构件受到的腐蚀要比全浸区轻。在工程设计上,有时会把潮差区同飞溅区一起考虑,但这这并不表示潮差区构件和飞溅区受到的腐蚀程度一样,而是需要从设施的施工、维修以及阴极保护等方面加以考虑。
  2.1.3 海洋大气区
  海洋大气具有湿度大,水膜易在物体表面形成的特点,而且这块区域富含盐分,钢铁表面覆盖的水膜和富含盐分、具有导电性能的液膜,共同构成了电化学腐蚀所必需的条件。相比其他区域,海洋大气区中钢铁的腐蚀表面比较均匀。
  2.1.4 全浸区
  长期浸泡在海水中的钢铁比在淡水中受到的腐蚀要严重得多。富含氧气和盐分的海水、酸碱度以及平台所处温度、海水的流速、海中各种生物等因素,都会对全浸区的腐蚀带来一定的影响,尤其是氧气和盐分的影响最大。除此以外,不断运动的海水,吸收了大量的氧气,同时带走了腐蚀产物,这都会加速钢铁的腐蚀速度。
  2.1.5 海泥区
  海底泥沙是很复杂的沉积物,尤其是受到污染和含有大量有机质沉积物的软泥,对钢铁的腐蚀能力更强。海底泥沙中由于缺少氧气和具有较大的电阻率,导致海泥区钢铁的腐蚀速率要比海水中慢一些,深层泥土中这种差异更加显著。影响海泥对钢铁腐蚀的因素有微生物、电阻率、沉积物类型、温度等。海泥中的硫酸盐还原菌对腐蚀起着极其重要的作用。
  2.2 焊接结点的腐蚀
  海上石油平台的结构特点之一是广泛采用大型圆筒构件焊接。圆筒相交形成结点,焊接节点多达300多处。在这些节点上存在着相当大的应力,节点处的应力集中,以及焊接残余应力和焊接缺陷等也会促进断裂的发生。
  焊接结点处的点蚀和热影响区腐蚀具有不容忽视的危险性。海上石油平台焊接节点在腐蚀和疲劳应力作用下,会在比较少的次数和比较低的应力下发生破坏,这就是腐蚀疲劳破坏。
  3 海上石油平台的腐蚀防护
  3.1 防护措施的选用原则
  (1)防护措施既要具有可靠性和长效性,又要同时具备技术的先进性和经济的合理性。防腐蚀材料性能需经过严格测试,施工要有严格的标准和规范。
  (2)防腐蚀设计应当由具有腐蚀与防护专业知识的技术人员来制定,并且设计前应充分掌握海域环境条件,各种腐蚀因素和强度标准,充分考虑平台功能和设计寿命以及施工条件。
  (3)施工人员需准确掌握和使用各种防腐蚀标准和规范。
  (4)结构设计应当合理,有利于防腐蚀措施的实施。
  (5)确定防腐蚀方案后,需要经过必要的技术经济论证。
  3.2 具体的防护措施
  3.2.1 飞溅区防护
  海上石油平台发生腐蚀最严重的区域就是飞溅区,往往通过增加结构壁厚或是附加防腐蚀钢板来减缓飞溅区的腐蚀,这一措施相当有效。同时,根据有关的规范,飞溅区结构还必须加装防腐蚀钢板,钢板厚度约为10—13m m,并且要用防腐层或包覆层来保护,以防止措施的失效。
  近些年,应用热喷涂金属层(铝、锌)来保护海洋环境中的钢铁设施,在国内外都有所尝试,已经取得了很好的效果,这种覆盖层在飞溅区也有较长的防腐蚀寿命,通常在其表面都要涂封闭层。
  3.2.2 其他区域的防护
  海上石油平台的大气区,都采用涂层保护。对一些如格栅等形状复杂的结构,也采用浸镀锌加涂层。近些年来,喷涂铝、锌等金属层加涂层已获得日益广泛的应用。对潮差区,也采用涂层技术,涂层范围通常深入低潮位2—3m。
  全浸区的构件可以只采用阴极保护。对于设计使用年限较短的平台,也可以采用防腐层和阴极保护联合保护。
  平台在海泥区的钢柱和油井套管,仅采用阴极保护。
  3.3 防腐层保护
  3.3.1 防腐层系统的选择
  防腐层系统一般包括底漆、中间层和表面层。市场上随处可见的涂料不能随便用于海上石油平台,只有那些经过严格试验证明其具有长效保护性能的涂料才能选用。除了考虑防腐层的耐久性和经济性外,选择防腐层系统时,还应当考虑具备的涂料装备和施工条件,优先选择那些用常规方法便可涂装和维修的涂料。
  3.3.2 表面处理与涂装
  (1)表面处理
  表面处理对防腐层的保护效果是至关重要的。表面处理可以采用手工工具清理、动力工具清理、化学方法处理、离心轮和空气喷砂处理等方法,但不论选择哪种方案,处理之后的钢表面都必须达到相应的标准。
  (2)涂装
  防腐层的涂装方法有压缩空气喷涂、高压无气喷涂以及手工刷涂、滚涂和浸涂等。在海上石油平台涂装中,最常用的是压缩空气喷涂和高压无气喷涂,只有对复杂的部位和小面积修补,采用手工刷涂。涂装的方法要符合涂料厂的技术说明,同时要考虑施工场所和设备条件。
  (3)检验与修补
  为了保证海上石油平台的防腐层质量,必须对表面处理和涂装作业的各道工序进行检验。对受损坏的防腐层,要采用合适的方法进行修补。
  检验工作由合格的检验员进行,检验员要使用各种先进的符合规定的检验工具,按照权威机构批准的程序开展检验工作。检验不合格的防腐层要返工,受损坏的防腐层应修补。
  4 结语
  海洋中蕴藏着极其丰富的油气资源,但是在海洋油气开采中面临着许多的困难,其中油气田设施的防腐蚀就是一大难题,AG现金网应该针对不同油气井的实际情况,采用最经济、最有效的防腐技术,才能保证在海上油气开采过程中既高效又安全,以最小的代价获得最大的收益。
  参考文献略

 
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