丁 可

(舟山五洲船廠，浙江舟山 316000)

海上平臺(tái)主要指相對(duì)固定于海上一段時(shí)間或一個(gè)時(shí)期的石油鉆井平臺(tái)，其工作特點(diǎn)是部分設(shè)施浸入海水，部分設(shè)備暴露于空氣當(dāng)中，由于受海水電解質(zhì)的長(zhǎng)期作用和空氣氧化作用，使設(shè)備遭受腐蝕，影響其使用壽命及安全性，給生產(chǎn)單位造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。各國(guó)關(guān)于防腐蝕的研究和嘗試從未間斷，我國(guó)也投入了大量的人力、物力進(jìn)行海上作業(yè)平臺(tái)防腐蝕的研究和實(shí)踐，并取得了有效的成果。作為一名船舶行業(yè)人員，為了使建造的船舶和作業(yè)平臺(tái)壽命和安全性能更好，有必要對(duì)防腐蝕問(wèn)題進(jìn)行研究探索。

1 海上平臺(tái)的腐蝕情況

最近我國(guó)對(duì)金屬腐蝕損失的統(tǒng)計(jì)表明，腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)的3%，而船舶和石油鉆井平臺(tái)的腐蝕經(jīng)濟(jì)損失更是高達(dá)6%。同時(shí)，由于設(shè)備腐蝕造成的停工停產(chǎn)、事故危險(xiǎn)系數(shù)的增加和海洋環(huán)境的污染等損失，就更無(wú)法計(jì)算了。

油水輸送管道是海洋平臺(tái)生產(chǎn)中的重要設(shè)施之一，在潮濕、鹽霧環(huán)境下，由于材料及工藝原因，管道不能耐受強(qiáng)腐蝕性環(huán)境，且以前大范圍采用的鹽棉保溫方式，導(dǎo)致因下雨存水使管線銹蝕嚴(yán)重。同時(shí)，隨著注水的見(jiàn)效，油井含水逐漸升高，含有高礦化度流動(dòng)介質(zhì)的輸油管道、閘門銹蝕嚴(yán)重。另外，由于油田注水采用的是海水水源，導(dǎo)致部分注水管線銹蝕嚴(yán)重。因此，工藝管道、閘門普遍存在嚴(yán)重的內(nèi)外腐蝕，甚至有腐蝕穿孔的危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅著平臺(tái)生產(chǎn)安全。目前海上平臺(tái)所使用的設(shè)備由于材質(zhì)、焊接工藝等主觀原因，在海上特定的腐蝕性客觀條件下，腐蝕情況表現(xiàn)出多樣性和復(fù)雜性特點(diǎn)。海上平臺(tái)本體結(jié)構(gòu)、諸多管線、閘門以及輔助設(shè)施銹蝕嚴(yán)重，腐蝕穿孔和斷裂的危險(xiǎn)情況經(jīng)常發(fā)生，嚴(yán)重威脅著海上平臺(tái)生產(chǎn)安全。

2 海上平臺(tái)腐蝕機(jī)理

自然界大多數(shù)金屬通常以化合物的形式存在。金屬腐蝕實(shí)質(zhì)上是金屬?gòu)母咦杂赡芟虻妥杂赡芑謴?fù)，實(shí)現(xiàn)其物質(zhì)穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。金屬釋放能量就是腐蝕的動(dòng)力。從高自由能向低自由能轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)就是腐蝕發(fā)生的傾向，只有某些金屬表面被致密的氧化膜覆蓋才相對(duì)阻止了氧化的進(jìn)一步發(fā)生。因此，腐蝕過(guò)程不僅取決于腐蝕反應(yīng)的自由能變化，還應(yīng)考慮腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)以及腐蝕產(chǎn)物在該介質(zhì)中的穩(wěn)定性。另外，由于各種金屬本身的活潑性不同，形成電位的高低不同，在電解質(zhì)的離子導(dǎo)通下造成某些金屬變成離子進(jìn)入介質(zhì)溶入電解質(zhì)溶液，使金屬質(zhì)量損耗。金屬的電極電位越低，表示金屬越容易離子化，越不耐腐蝕。

2.1 金屬腐蝕速度的表示方法

金屬遭受腐蝕，其質(zhì)量、尺寸和金相組織都發(fā)生一系列的變化，測(cè)量這些物理量的變化值，可以判明金屬被腐蝕的速度大小。

1)金屬在被腐蝕后其質(zhì)量往往減輕，金屬在單位表面積和單位時(shí)間內(nèi)的質(zhì)量變化值如下:式中:V-為金屬失重速度，g/(m2·h);m0、m1表示金屬腐蝕前后的質(zhì)量;S、T表示腐蝕面積、腐蝕時(shí)間。

2)金屬被腐蝕后造成金屬材料厚度減少，公式如下:

式中:VL為金屬腐蝕深度;ρ為金屬的密度。

3)金屬被腐蝕后由于其金相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其電阻阻值也發(fā)生變化。公式如下:

式中:R0、R1為金屬被腐蝕前后的電阻值。

2.2 化學(xué)腐蝕機(jī)理

金屬與周圍介質(zhì) (非電解質(zhì))直接作用發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的破壞稱為化學(xué)腐蝕，也叫氧化反應(yīng)?；瘜W(xué)腐蝕又可分為氣體腐蝕和有機(jī)介質(zhì)腐蝕。

1)氣體腐蝕是指在干燥氣體中的腐蝕。主要是指金屬與周圍氧化劑氣體發(fā)生直接作用，形成氧化物的過(guò)程。鋼結(jié)構(gòu)海上鉆井平臺(tái)，生成的氧化物主要含F(xiàn)e2O3、Fe3O4和FeOoFe203、Fe3O4組成的致密氧化膜能保護(hù)內(nèi)部金屬進(jìn)一步被氧化，而FeO結(jié)構(gòu)疏松，極易形成進(jìn)一步的氧化反應(yīng)。

2)有機(jī)介質(zhì)腐蝕是指金屬在不導(dǎo)電的有機(jī)介質(zhì)中發(fā)生的腐蝕。這類腐蝕理論上比較輕微，但是由于介質(zhì)中含水或無(wú)機(jī)鹽而使金屬的化學(xué)腐蝕變?yōu)殡娀瘜W(xué)腐蝕，加劇了腐蝕的程度。

2.3 電化學(xué)腐蝕機(jī)理

金屬表面與離子導(dǎo)電的電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞稱為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕過(guò)程中伴有電流產(chǎn)生。是海上平臺(tái)典型的腐蝕形式之一，電化學(xué)腐蝕有以下幾種形式。

1)電偶腐蝕。2種活潑性不同的金屬物質(zhì)放入電解質(zhì)溶液中，由于金屬物質(zhì)表面失去電子的傾向不同，就構(gòu)成了簡(jiǎn)單的電池，使性質(zhì)活潑的金屬失去電子變成離子進(jìn)入溶液而被腐蝕。

2)氧濃差腐蝕。同一種金屬物質(zhì)部分暴露于空氣中、部分被水或泥土掩埋，導(dǎo)致金屬物周圍空間的氧濃差不同，形成電位的高低，進(jìn)而形成微電池。

3)石墨化腐蝕。金屬在冶煉過(guò)程中加入的石墨與金屬本身，由于電位不同而構(gòu)成微電池。

4)應(yīng)力腐蝕。金屬零件在一定的應(yīng)力和特定的介質(zhì)共同作用下，形成電位不同的微電池。

5)晶間腐蝕。金屬晶間組織不同或不均勻，形成電位高低的微電池。

6)海水腐蝕。海水是典型的電解質(zhì)溶液，組成海上作業(yè)平臺(tái)的金屬存在各種差異，可以形成微觀電池，也可能形成宏觀電池。

3 影響腐蝕的主要因素

海上作業(yè)平臺(tái)的棧橋、甲板、上部組塊、平臺(tái)上保溫管線、閥門支座及附屬構(gòu)件及配電間。由于海鹽 (特別是氯化鈣和氯化鎂)很容易吸水潮解，在金屬表面形成一層導(dǎo)電性良好的薄薄的液膜，導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。腐蝕速度取決于空氣濕度、降水量、溫度、各種污染雜質(zhì)和水的聚集狀態(tài)。

水上基盤導(dǎo)管架腿、拉桿、支撐、防沉板、抗冰隔水管及附件，管線支吊架及附屬構(gòu)件，平臺(tái)樁腿鋼表面，由于在潮濺區(qū)經(jīng)常與充氣良好的海水接觸，使緊貼樁腿表面上的液膜長(zhǎng)期保持，氧濃度高，由于氧是良好的去極化劑，形成了氧去極化電化學(xué)腐蝕。而且，由于風(fēng)浪的影響、冬季浮冰沖擊，導(dǎo)致嚴(yán)重的腐蝕。

平臺(tái)在全浸區(qū)的腐蝕受到溶解氧、鹽類濃度、海洋生物、海水溫度、海水深度等的影響。在厚度約1 m的表層海水中含氧最多，含氧量隨著深度的增加先是緩慢降低，然后急劇下降，腐蝕速度降低;一般隨海水鹽度增加，電導(dǎo)增加，腐蝕速度增加;海水流速增大，有利于氧的去極化過(guò)程，沖刷帶走腐蝕產(chǎn)物，不斷給陰極供氧，腐蝕速度增大。一般情況下，平臺(tái)在海水中的腐蝕速度為0.08～0.20 mm/a，但是容易發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕和腐蝕疲勞，引起平臺(tái)結(jié)構(gòu)的破壞。對(duì)于部分埋在海底部分裸露在海水中的樁腿和海管，由于氧濃差電池作用，將加快埋在海泥中樁腿、海管的腐蝕。

4 防止或減輕海上平臺(tái)腐蝕的措施

防止化學(xué)腐蝕，可以根據(jù)化學(xué)腐蝕的機(jī)理在金屬表面覆蓋防護(hù)膜或電鍍防護(hù)層等處理，另外選擇抗腐蝕材料也是一種有效途徑。防止電化學(xué)腐蝕的最基本原則就是破壞產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的條件。因此為了減輕海上作業(yè)平臺(tái)的腐蝕，提出以下防護(hù)措施。

1)在操作成本允許的情況下進(jìn)一步優(yōu)選防腐涂料及設(shè)備材質(zhì)，把好入口關(guān)。

2)對(duì)腐蝕率超過(guò)20%的管線應(yīng)考慮予以更換，以防止管線刺漏和污染事故的發(fā)生。

3)對(duì)保溫層損壞、銹蝕嚴(yán)重的及時(shí)修復(fù)，對(duì)多年不動(dòng)流程上可采取福樂(lè)斯夾克保溫系統(tǒng)。

4)在考克等多動(dòng)部件上采用不銹鋼部件，在整個(gè)流程上采用電極保護(hù)。以犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法作為平臺(tái)、海管保護(hù)的重要措施實(shí)施到位。對(duì)陰極保護(hù)電位來(lái)說(shuō)，存在著最佳保護(hù)電位。不同的陰極保護(hù)規(guī)范，保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)往往不完全相同。

5)對(duì)平臺(tái)管線流程要有計(jì)劃的、定期的、隨機(jī)的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)。平臺(tái)大氣區(qū)及潮濺區(qū)的檢測(cè)包括:對(duì)防腐層進(jìn)行目測(cè)和對(duì)裂痕等進(jìn)行仔細(xì)的非破壞性檢測(cè)，全浸區(qū)的檢測(cè)在專用工作船上，利用遙控潛水器和聘任的潛水員分別進(jìn)行一般的目測(cè)和詳細(xì)的無(wú)損傷檢查。遙控潛水器可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)明顯的損傷、結(jié)構(gòu)異常和腐蝕進(jìn)行掃描。在預(yù)選區(qū)進(jìn)行保護(hù)電位測(cè)定及陽(yáng)極損耗的目測(cè)，進(jìn)行超聲波厚度檢測(cè)。而海底管線的定期檢測(cè)則更是有著嚴(yán)格而又高技術(shù)含量的規(guī)范要求。

6)進(jìn)行平臺(tái)、海管剩余壽命的預(yù)測(cè)。對(duì)處于強(qiáng)腐蝕性海洋環(huán)境中的海洋平臺(tái)，不僅投資巨大，而且它的可靠性直接關(guān)系到油田和工作人員的安危，海底管線是否可靠關(guān)系到是否會(huì)發(fā)生溢油或天然氣泄露，導(dǎo)致環(huán)境污染或引發(fā)爆炸、火災(zāi)事故。因此，開展平臺(tái)腐蝕的在線檢測(cè)/評(píng)價(jià)/維修保養(yǎng)，進(jìn)行平臺(tái)和海管的剩余壽命預(yù)測(cè)非常重要。

海上作業(yè)平臺(tái)遭受腐蝕是必然的，但可以根據(jù)產(chǎn)生腐蝕的機(jī)理采取有效的措施減輕腐蝕，保障海上作業(yè)的安全性和可靠性。

［1］中國(guó)船級(jí)社.海上固定平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范 ［M］.北京:人民交通出版社，1992.

［2］陸文發(fā)，陳鐵云.近海導(dǎo)管架平臺(tái)［M］.北京:海洋出版社.

［3］侯保榮.海洋腐蝕環(huán)境理論及其應(yīng)用 ［M］.北京:科學(xué)出版社，1999.

［4］侯保榮.海洋環(huán)境腐蝕規(guī)律及控制技術(shù) ［J］.科學(xué)與管理，2004(5):7-8.

［5］蔡濤，苗文成，王鋒.線材電弧熱噴涂技術(shù)在海洋工程防腐中的應(yīng)用 ［J］.中國(guó)海洋平臺(tái)，2003(3):51-53.