深水张力腿平台张力腿系统的腐蚀控制探索

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

深水张力腿平台张力腿系统的腐蚀控制探索

余直霞

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

针对我国深水石油天然气开发中即将应用张力腿平台的实际情况，初步探索了张力腿系统的腐蚀控制方法，对今后的实践工作具有一定的指导意义和参考价值。

张力腿平台 保护涂层 阴极保护

0 引言

我国深水海域辽阔，在南海中南部的深水海域有着约300亿吨的油气储量。大力发展深水油气勘探开发技术，推进深海油气田开发将在我国国民经济的持续发展、缓解油气进口压力和改善能源供给结构中发挥重要作用。随着科学技术的进步和人类对海洋石油资源认知水平的不断提高，海洋油气勘探开发已从浅海走向深海，甚至超深海。

世界海洋石油工程技术发生着日新月异的变化，在深水油气田开发中，传统的导管架平台已经逐步被深水浮式平台和水下生产系统所代替，各种类型深水平台的设计、建造技术不断完善。目前国内张力腿平台的设计建造还在起步摸索阶段，没有现成的经验可以借鉴，张力腿系统由于力学方面的特殊要求，腐蚀控制也需要慎重考虑，本文初探了张力腿系统腐蚀控制方法。

1 张力腿平台

张力腿平台是一种垂直系泊的顺应式平台，在20多年的实践中不断发展，已形成了一种典型的结构形式。它一般由五大部分组成，见图1[1]，分别是平台上体、立柱(含横撑和斜撑)、下体(沉箱)、张力腿系泊系统和锚固基础。通常将平台上体、立柱及下体并称为平台本体。

图1 张力腿式(TLP)平台

张力腿式平台是采用锚泊定位的，所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直。用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等，不是一般容易起放的抓锚。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。

平台本体的腐蚀控制与常规平台类似，而张力腿系统由于力学方面的特殊要求，腐蚀控制也需要特殊考虑。下面重点阐述一下张力腿系统的腐蚀控制方法。

1.1 张力腿系统

张力腿系统包括张力腿和操作的辅助构件，其中包括荷载测量系统、检验或监测仪器。

张力腿系统(包括张力腿的排列)连接平台上的点和海底基础上对应的点。通过调整平台吃水大于平台重量需要的吃水，让张力腿处于完全持续受拉状态，从而在平台具有侧向位移时，提供平台水平变位复原力。腿的数目，以及每个腿上张力腿的数目，取决于平台的构造，环境情况，和工程设计的主导思想，其中包括预期的服务需求和操作者对特殊安装的冗余考虑。

1.2 张力腿的类型

张力腿一般有以下几种形式：

1.2.1 带连接器的圆管

圆管可以设计成带浮力或充满水。连接器和圆管可以做成一体或把连接器焊接到圆管上。

1.2.2 带现场焊接连接器的圆管或实心棒

圆管由无缝管或焊接管建造而成。在海上安装前或海上安装时，焊接在一起形成一个连续的张力腿单元。

1.2.3 小直径的高强金属丝或纤维绳形成束

在海上安装时，这些张力腿绕在线轴上安装，不需要中间连接器。

2 张力腿系统的腐蚀控制

2.1 标准规范

张力腿的腐蚀控制可以参照表1所列标准规范：

2.2 腐蚀控制方法

资料显示，到目前为止，世界所有的张力腿平台张力腿都采用了涂层和阴极保护联合保护的方式。

2.2.1 涂层

表1 标准规范

标准API RP 2T中指出，张力腿采用的涂层主要有熔结环氧(FBE)涂层、聚乙烯(PE)涂层和热喷铝涂层(TSA)。

(1) 熔结环氧(FBE)涂层

熔结环氧涂层是70年代发展起来的一种高质量的薄膜涂层，目前在国际上应用较广泛。适用的管径范围很宽(1.5"至64")，膜厚一般在250-500微米之间。

这种涂层是利用多级静电喷枪将环氧树脂粉末喷到喷砂清理后且预热到230-240℃的钢管表面上而制成的。

该涂层的优点是坚韧，富有柔性，与钢管表面粘结力强，有极好的抗土壤化学腐蚀性，抗阴极剥离，绝缘性能高等。这种涂层与阴极保护相结合时，作为管道外防腐只需很小的电流量。

其缺点是易被尖锐硬物碰破，因此在运输、现场装卸和铺设过程中，应多加小心。

(2) 聚乙烯(PE)涂层

聚乙烯是应用很广泛的一种热缩性涂层。厚度一般为2.0-4.0mm，耐磨、耐冲击。具有优越的防腐性能，由于聚乙烯是一种惰性成膜物质，涂膜对水、气、氧渗透率很低，因此封闭性很好，对大气、水、酸碱盐都具有很好的抵御性。

其缺点是在与阴极保护系统联合应用时，抗阴极剥离性能一般，与基体的附着力不是太理想，因此实际生产应用中要谨慎，应根据具体的项目情况进行实验，满足实际需求才能采用。

(3) 热喷铝涂层(TSA)

热喷铝是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的铝材加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰体本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有较强综合性能表面涂层的一种技术。热喷铝涂层是一种长效防腐涂层，常规200微米厚的涂层服役寿命一般达30年以上。

喷铝层制备完成后，通常还要用防腐涂料进行封闭处理，以封闭金属层的孔隙，进而提高涂层的防护性和装饰性能。一般在基体温度低于80摄氏度时，涂环氧密封剂的较多，较高温度下服役时，得考虑能耐高温的密封剂。

该涂层的缺点是初期投入成本较高。

2.2.2 阴极保护：

阴极保护系统一般包含牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

外加电流阴极保护是通过外部的直流电源向被保护金属构筑物通以阴极电流使之阴极极化实现保护的一种方法。外加电流阴极保护方法不能用于张力腿平台系统，易导致氢脆。

相对而言，牺牲阳极系统性能更加可靠。张力腿平台一般采用手镯型牺牲阳极进行保护，阳极分别安装于张力腿的顶部(船体)和底部(基座)，张力腿阴极保护设计时，应考虑别的阴极保护系统对它的干扰，包含船体、基座、立管和海底管线。

采用牺牲阳极安装于张力腿两端的阴极保护设计关键在于：电位沿张力腿的电位衰减。良好的涂层配合，足够的导体横截面积可以降低电位衰减。一般情况下，下水初期，涂层性能优秀，对于长度低于5000英尺(约1666米)的张力腿，电位衰减不是问题。张力腿系统的腐蚀与防护还应考虑顶部和底部连接器、张力监测系统等附件的腐蚀问题，这些部件通常包括屏蔽空间和缝隙腐蚀。阴极保护设计可以参照标准NACE RP0176和DNV RP B401。

3 基座的腐蚀控制

桩基的下部嵌入泥土中，泥中含氧量有限，腐蚀轻微。桩基的上部需要足够的厚度以满足一定的腐蚀裕量，桩基将会消耗大量的电流，将桩基上部和连接器刷涂料可以降低电流的消耗，但是涂层的使用会影响钢桩与泥土的摩擦系数。一般情况下，泥线以下桩腿外表面禁止使用涂层，除非带涂层的钢表面摩擦系数大于裸钢表面摩擦系数。

4 结语

张力腿平台张力腿系统由于力学方面的特殊要求，腐蚀控制也需要特殊考虑。本文初步探索了张力腿系统的腐蚀控制方法，希望能为以后的项目设计提供借鉴和参考。

[1] 董艳秋, 胡志敏, 张翼. 张力腿平台及其基础设计. 海洋工程, 2000,18(4): 63-68.

Corrosion Control Exploration of Tendon System of Tension Leg Platform in Deep Water

YU Zhi-xia
(China Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China)

Tension leg platform is about to apply in deep water for developing oil and gas, method for corrosion control of tendon system is explored to direct the actual production design.

tension leg platform; protective coating; cathodic protection

TG174

A< class="emphasis_bold">文章编号：1008-7818(2014)03-0050-02

1008-7818(2014)03-0050-02

余直霞 (1980－) ，女，硕士，防腐工程师，主要从事海洋石油生产中的材料选择和腐蚀控制研究工作。