趙慶凱 黃衛(wèi)國 紀蒙生 劉登輝 李風順

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300457）

1 背景概況

2016年作業(yè)公司實施平臺定期檢驗及海生物清理時發(fā)現(xiàn)，渤海遼東區(qū)域三座平臺導管架陽極脫落情況嚴重，陽極塊脫落主要集中在平臺的北側水下3米至水下7米之間，并且是與平臺樁腿焊接部分整體脫落，最高脫落比例達到11%。極大的影響了平臺導管架的防腐蝕效果，進而影響了導管架結構安全性。

圖1 犧牲陽極脫落處

2 陽極脫落原因分析

對平臺導管架陽極脫落問題的研究和討論，判斷引起陽極斷裂/脫落的原因有以下幾方面：

2.1 結構設計影響

三個導管架陽極的連接結構（Φ114*8.5mm陽極芯、8mm包板）和焊縫（6mm角焊縫）尺寸屬于最小的一種。在設計時間更晚的重量相近陽極的連接結構和焊縫都得到了增強。由于該海域也有連接結構規(guī)格較小的犧牲陽極的存在，因此“犧牲陽極連接結構規(guī)格偏小”在正常荷載下不會成為陽極脫落的根本原因，但如果后期荷載情況超出正常范圍，則該因素可能成為陽極脫落的助力條件。

2.2 打樁振動影響

通過對相關資料的統(tǒng)計、分析，以及對陽極芯/包板及連接焊縫的尺寸等技術參數(shù)的分析，并且考慮到近年來設計單位已經(jīng)開始對犧牲陽極連接結構進行打樁荷載的分析等情況，而且調(diào)增了后續(xù)項目新建導管架犧牲陽極的連接結構強度。針對打樁的沖擊荷載對陽極連接結構（陽極芯及焊縫、包板及焊縫）的強度影響進行了初步校核，結果顯示陽極芯的焊縫、包板強度較弱。但由于同期或其它海域的打樁作業(yè)同樣存在，其它導管架并無或較少出現(xiàn)犧牲陽極斷裂/脫落的情況，因此確認該因素不是陽極斷裂/脫落的首要條件，但打樁過程中的疲勞或損傷有可能成為助力條件。

2.3 冰激振動影響

根據(jù)2009-2010年的《海冰管理項目技術總結報告》顯示，2009-2010年期間，冬季遼東灣海域冰情嚴重，其中“盛冰期”2010年1月中旬渤海海冰范圍達到上世紀八十年代開展氣象衛(wèi)星監(jiān)測海冰以來同期最大值，該年度渤海發(fā)生了30年以來最大的冰災。

圖2 1998-2010年內(nèi)202海域冰期趨勢圖

圖3 1998-2010年內(nèi)平均冰厚趨勢圖

基于對原型結構的現(xiàn)場監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)渤海的抗冰導管架平臺在極值靜冰力作用下,結構的變形比較小,安全儲備較大。但是在交變冰力作用下,無論是直立結構還是錐體結構都存在冰激共振現(xiàn)象，動冰力引起的動力放大顯著。平臺振動比往年更加明顯且持續(xù)時間更長，對平臺導管架管節(jié)點的疲勞損傷尤其明顯?！?/p>

由于平臺在冰激作用下振動主要為水平方向的振動，而陽極均處于垂直面內(nèi)，A、B軸面內(nèi)的陽極或處于平行于A、B軸面的陽極連接結構在遭受來自北側的水平力（該力即冰力垂直于陽極所在平面）時最容易破壞，而1、2、3軸面內(nèi)的陽極或處于平行于1、2、3軸面的陽極連接結構由于與來自北側的冰力處于平行方向，因此不易受到破壞。

圖4 平臺導管架受損陽極分布圖（藍色犧牲陽極已脫落）

由于冰在撞擊北側導管腿后發(fā)生破碎，因此南側導管腿受到的冰力比北側導管腿明顯下降，由此產(chǎn)生的冰激振動對陽極連接結構的破壞影響很小，因此三個導管架的陽極斷裂/脫落主要集中在北側，而南側只有一個陽極發(fā)生脫落。

2.4 導管架獨立過冬影響

導管架安裝后當年未安裝上部組塊，導管架在沒有上部組塊的情況下獨立過冬時，由于沒有上部組塊對導管架頂部的約束，獨立越冬導管架的冰激振動比完整平臺的冰激振動更加劇烈，這也解釋了為什么上述3個導管架發(fā)生陽極斷裂/脫落的情況而鄰近的帶有上部組塊的導管架沒有發(fā)生陽極斷裂/脫落的情況。由于導管架北側為迎冰面，其受到的冰激振動比南側更劇烈，因此受損陽極主要集中在這一側，同時由于導管架上各部位的振動幅度從泥面到水面逐漸增加越來越大，因此受損陽極在導管架上的部位主要集中在水下3米（水下3米以上無陽極）至7米。三座脫落陽極的導管架共同的特點是均為適應組塊吊裝就位、獨立越冬、平臺北側水下3米至水下7米陽極受損。因此推測，如果組塊在當年就安裝完畢，則非獨立越冬有上部約束的導管架就可能不會產(chǎn)生更為劇烈的冰激振動，陽極的連接結構就可能不被破壞；如果陽極的連接結構更強一些，可能會增加抵抗打樁沖擊及冰激振動的能力；如果當年冬季冰情不嚴重，冰激振動的影響可能會降低。

3 總結和建議

綜上所述，本次陽極脫落的原因是多方面的，主要包括陽極連接結構的尺寸參數(shù)偏小（相對）、打樁作業(yè)對陽極連接結構的沖擊、導管架獨立越冬情況下冰激振動對陽極連接結構的疲勞破壞等，其中導管架獨立越冬情況下的冰激振動是導致陽極脫落的觸發(fā)條件。

由于導管架北側為迎冰面，其受到的冰激振動比南側更劇烈，因此受損陽極主要集中在這一側，同時由于導管架上各部位的振動幅度從泥面到水面逐漸增加越來越大，因此受損陽極在導管架上的部位主要集中在水下3米（水下3米以上無陽極）至7米，水下7米以下因振動幅度越來越小，因此沒有陽極斷裂/脫落的情況發(fā)生。因此推測，本次陽極脫落的主要原因是導管架獨立越冬情況下產(chǎn)生更為劇烈的冰激振動從而導致陽極的連接結構產(chǎn)生破壞。

隨著我國海洋石油行業(yè)的發(fā)展，作為一種經(jīng)濟有效的金屬防腐方法，犧牲陽極在工程防腐的應用日趨廣泛。為了避免類似事件的發(fā)生，提出建議如下：

1）、對導管架進行打樁振動分析并據(jù)此確定犧牲陽極連接結構的尺寸參數(shù)；

2）、盡量避免遼東區(qū)域新安裝的導管架獨立海上越冬，如有必要的話需進行針對獨立越冬導管架的冰激振動分析；

3）、增加導管架、組塊安裝后的水下調(diào)查，細化要求并留存資料。

4）、增加水下檢測范圍，對遼東區(qū)域平臺導管架陽極狀況及防腐壽命進行全面評估。