海洋石油平台的腐蚀监测技术.doc

海洋石油平台的腐蚀监测技术陈胜利* 兰志刚 宋积文 （中海油能源发展股份有限公司北京分公司，北京，100027）摘要：文章分析了海洋石油平台进行腐蚀监测的特殊性，对目前海洋石油平台腐蚀监测技术做了概述，特别是对深海平台导管架的腐蚀监测技术进行了可行性和存在问题的探讨。最后对相关的腐蚀标准在深海中是否适用的问题也做了初步讨论。关键词：海洋石油平台，腐蚀监测，深海阴极保护监测，海底构筑物腐蚀监测技术。Offshore oil platforms corrosion monitoring techniquesShengli Chen*, Zhigang Lan, Jiwen Song （Beijing Company of CNOOC Enterprises Co., Beijing, 100027）Abstract: This paper analyzed the corrosion monitoring of the particularity of offshore oil platforms. The overview of the current corrosion monitoring was discussed, especially for corrosion monitoring of blue ocean platform. Finally, the corrosion-related standards applicable to the question of whether deep-sea had done a preliminary discussion.Keywords: Offshore oil platforms, Corrosion monitoring, Blue ocean cathodic protection, Corrosion前言 随着海洋石油进军深海计划的实施，海洋石油平台从浅海走向了深海，相应的腐蚀环境也更加苛刻。对海洋石油平台的腐蚀监测就成为了确保海上安全生产的重要手段1。海洋石油平台处于严酷的腐蚀环境中，其腐蚀有着独特的特点。海洋腐蚀监测技术就是采用电化学技术对海洋石油平台的腐蚀状况及腐蚀环境进行跟踪，并对平台钢结构的寿命做出预测，避免由腐蚀引起的材料失效破坏，杜绝安全隐患。海洋腐蚀环境比较复杂，从大气区到海泥区腐蚀环境与腐蚀规律各不相同，要根据其不同特点应用腐蚀监测技术，对开发新的腐蚀监测仪器也提出了特殊要求。联系人：陈胜利，男，1982年生，硕士研究生，防腐工程师，通讯地址：北京市东三环北路甲2号京信大厦1435室；邮编：100027；电话传真 Email： 研究方向：海洋结构的腐蚀与防护由于我国目前对海洋腐蚀研究的规模不大，相应关于海洋钢构筑物腐蚀监测的文献也较少2-7，特别是对深水区中如何进行腐蚀监测尚无报道。本文根据海洋石油平台的现场实际腐蚀监测情况对海洋石油平台的腐蚀监测技术进行了总结，探讨了深海的腐蚀监测技术，对于相关的腐蚀标准在深海中是否适用的问题也做了初步讨论。1 海洋石油平台的腐蚀概况石油平台所处的环境为海洋环境，海水的温度、盐度、流速、海生物等因素影响腐蚀速度。根据腐蚀环境的差异可分为四个部分：大气腐蚀区、浪花飞溅区、海水全浸区和海泥区。其中腐蚀最严重的是浪花飞溅区。大气腐蚀区指的是暴露在海洋大气环境中的平台部分，主要包括飞溅区以上的部分导管架和平台的生产区、生活楼等部分。这部分所遭受的腐蚀主要是海洋大气腐蚀，其保护措施主要以涂层保护为主，腐蚀比较轻。浪花飞溅区是在潮汐和波浪作用下形成的干湿交替区域，是腐蚀最严重的区域。由于经常受到潮差时或大风时波浪的溅泼冲击，因此构件表面不断为充气的海水所润湿摩擦。大气和海水同时作用造成严重的腐蚀，进入海水的气泡还使钢结构去除保护膜，在流动作用下加速腐蚀。全浸区的腐蚀主要是溶解氧的影响，形成电化学腐蚀，由于钢结构本身的材质微观结构缺陷或者宏观结构缺陷使结构某些部位处于电位较高的阳极受到腐蚀，而某些部位电位较低的阴极区得到保护。全浸区由于海生物的附着还存在着海生物的腐蚀。海泥区主要指钢结构植入海泥中的部分由于溶解氧和海泥微生物而产生的腐蚀，其腐蚀程度轻微。2 目前的腐蚀监测技术2.1 腐蚀监测的分类 腐蚀监测可以分为两大类，分别是离线监测和在线监测。离线监测是在构筑物或设备运行间隔内每隔一定时期检测其腐蚀状况，它主要是为了控制危险性和防止突发事故，获得的是腐蚀的结果。主要方法有超声波法、漏磁法等；在线监测在不影响设备运行的条件下，对设备的状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。海上石油平台的在线监测是检测由于腐蚀环境作用使钢结构发生的腐蚀速度是多少，获得的是钢结构腐蚀过程的有关信息，以及操作参数(包括加工工艺、腐蚀防护措施)与运行状态之间相互联系的数据，并依此数据调整生产操作参数，其主要目的是控制腐蚀的发生与发展，使设施处于良性运行。主要方法有：挂片法、电阻探针法、电化学法、磁感法等。前者称作腐蚀的离线检测，后者称作腐蚀的在线监测8。2.2 腐蚀在线监测技术 其发展主要体现在监测周期的大大缩短和适应不同的介质，并且及时了解设备情况，以采取相应的防腐措施应对。2.2.1 主要测量方法1：失重法：挂片失重法的出现，标志着腐蚀监测规范化的开始，它作为最原始的方法之一，其原理简单，被大多数现场人员接受。适用各种介质即电解质和非电解质，监测周期1个月以上；2：电阻探针：开始于2O世纪5O年代，由于引进了电子技术使连续在线监测成为现实，它适于各种介质，监测周期为几天；3：电化学法：出现于2O世纪7O年代初，可进行瞬时腐蚀速度的测量，反应灵敏，适于电解质介质；4：电感法：出现于20世纪90年代，测试敏感度高，适用于各种介质，寿命较短。其原理是将一金属薄片置于探头外表面，通过测量探头内线圈信号的变化推算腐蚀速度。2.3 离线检测离线监测中的无损检测、探伤已成为腐蚀监、检测的重要部分。目前的主要测量方法有以下几种：1：超声波法；探测设备的剩余壁厚，现已普遍应用于石化工业现场；2：涡流法：检测表面裂纹和蚀孔，不能作为运行中设备的内腐蚀探测手段；3：漏磁法：检测表面裂纹和蚀孔，作为运行中设备的内腐蚀检测手段时，腐蚀缺陷要足够深。3 海洋石油平台现行的腐蚀监测技术 针对海洋石油平台的腐蚀监测技术近十几年来有了长足的发展，现在使用的腐蚀监测技术主要有以下几种方式：交流磁场法技术无损监测、电场特征检测法(FSM)、水下机器人探针及成像技术监测、预置监测系统探头在线监测。3.1 交流磁场法技术无损监测交流磁场法(ACFM)是从交流电压降测量法(ACPD)发展而来的一门无损检测技术，20世纪80年代伦敦大学完成了ACFM 的理论分析，9O年代初开始应用于海洋石油平台的检测。ACFM 利用导电材料中的缺陷会改变电磁场的分布产生压电磁性效应，通过测量电磁场分布的变化，并和标准的理想缺陷所形成的电磁场进行比较，从而确定缺陷。该方法综合了ACPD和涡流检测两种方法，通过测量探测区域近表面的磁场变化而不是电场电压，因此可以实现非接触探伤。利用ACFM 非接触法确定缺陷尺寸，首先在被测区域内输入交流电，由于“趋肤”效应，电流聚集在导体表面，如果试件中有缺陷存在，电流线在缺陷附近会发生偏转，从而在试件上诱发出畸变的磁场，用磁场探头测得磁场的分量的变化，就能确定裂纹的长度和深度。ACFM 具有如下特点：(1)检测速度快、精度高，对裂纹缺陷的检测定性定量一次完成；(2)使用遥测技术穿透金属及非金属的涂层，实行非接触检测，无须清理被测表面的油漆和涂层；(3)可以测量任何电导体材料，包括各种金属及合金；(4)不需要进行繁杂的仪器校正；(5)最大限度减小人为因素造成的误差；(6)高稳定性和分辨率，能准确检测出裂纹的长度及深度；(7)不论缺陷的大小都有足够的精确性；(8)适应性好。由于ACFM 具有上述特点，有望在水下结构裂纹类缺陷检测中占主导地位，替代水下超声、磁粉等检测技术。3.2 电场特征检测法(FSM) FSM (Field Signature Method)技术是挪威CorrOcean公司开发的一种新型无损检测技术，这种方法主要用来检测各种形式的腐蚀，也可检测大多数的裂纹以及监控腐蚀和裂纹的扩展。其原理是将探针或电极在待测区布置成阵列，然后测量通过金属结构电场的微小变化，用测得的电压值与初始设定的测量值进行比较，依此来检测由于腐蚀等引起的金属损失、裂纹、凹坑或凹槽。基于FSM 技术，CorrOcean开发了便携式FSM检测无损检测仪(FSM-IT)。 这种检测技术的主要优点：(1)具有高的检测精度且检测结果不受操作者的影响；(2)能够用于检测复杂的几何体(弯头、T-接头、Y-接头等)，同时对于这些几何体，采用FSM技术可大大的减少检测的时间。对一个测点，如果UT需要12小时，采用FSM技术则只需34分钟；(3)由于具有远程检测能力，就减少或消除了建脚手架的费用；(4)对于一般腐蚀，其灵敏度高于剩余壁厚的0.5% ，也就是说，实际的灵敏性随着腐蚀的增加而提高，其灵敏度是UT的1O倍，同时可重复性好；(5)不需要去掉涂层或保温层，这样就大大节省了检测资金与时间。3.3 水下机器人探针及成像技术监测水下机器人探针及成像技术检测主要适用于水深比较深（大于50m）的腐蚀状况检测。利用水下机器人的深水抗压性能和清晰的成像技术水平直观的拍摄照片和录像，观测水下钢结构的腐蚀状况。利用电位探针对水下钢结构的阴极保护电位进行测量，及时的了解腐蚀状况，采取相应的措施。目前国内的水下机器人探针及成像检测技术使用案例不多，中海油深圳分公司在南海海洋平台导管架腐蚀状况检测中使用过。3.4 预置监测系统探头在线监测 阴极保护技术作为控制海洋平台水下钢结构腐蚀的主要措施已被广泛采用，阴极保护监测系统则是阴极保护系统的重要组成部分。它通过不间断地自动巡回测量平台导管架不同部位的阴极保护系统主要运行参数，及时提供平台水下钢结构阴极保护状况的信息，节省检测费用，对确保平台结构的长期安全营运具有重要的意义，并为新平台阴极保护系统经济、可靠、合理、安全的设计提供科学依据。目前海洋石油平台的导管架水下部分的腐蚀监测主要是通过预置监测系统来实现。通过在导管架水下部分安装电位电流探头来监测不同深度的电位、电流值，确定导管架是否被保护。监测系统由数据电缆将导管架的电流电位瞬时值传输到中控的主控电脑上，能实时的对导管架的腐蚀状况进行监控，判断导管架水下部分的腐蚀状态。并能积累深水中的腐蚀参数，为这一海域腐蚀环境调查做数据基础。4 目前海洋石油平台监测技术存在的主要问题当前海洋平台的监测技术也存在着一部分问题，特别是我国海洋石油事业正在逐步的向深海迈进，腐蚀监测手段也仅仅在200m以上的海域应用比较成熟，在200m以下水深的腐蚀判断标准不明确、腐蚀环境数据匮乏都造成了腐蚀监测的不确定性。4.1 深海腐蚀环境数据的调查目前我国对200m以下水深的腐蚀数据调查基本是空白，尚无完备的腐蚀环境资料。随着从水深200m到1500m，腐蚀环境随着温度、盐度、水流、海生物、压力的不断变化，腐蚀影响主要因素也不确定，这就需要进行大规模的深海海洋腐蚀环境因素调查。当前美国、巴西、印度等国都有相应的调查数据。4.2 深海中的防腐蚀设计标准 我国在尚无深海中钢构筑物的腐蚀设计标准，对于阴极保护设计依然沿用浅海的腐蚀标准。但是该标准的深海适用性问题尚无相应的研究和文献报道，由于海洋环境的复杂性，国外海域的腐蚀标准是否适用于我国海域仍然未知。5 结束语 虽然国内开展海洋石油平台阴极保护监测工作已有20余年，但有关海洋石油平台阴极保护监测的报道仍不多，由于石油平台设计寿命多为20年以上，因此研制开发长效水下探头对及时掌握导管架状况、节省检测作业费用具有重要的现实意义和经济价值。参考文献：1 侯保荣等海洋腐蚀环境理论及其应用M科学出版社，19992 李妍深水导管架的阴极保护J，全面腐蚀控制，2004, 18(4):18-203 任强，王成良，张剑波谈海上平台的腐蚀与防护J，中国海洋平台，2002, 17(3):44-454 马士德，