赵士奇

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

随着国家经济的快速发展，各行各业在发展中逐渐显现对相关设备做好防腐处理的重要性。只有确保机械设备不被腐蚀困扰，才能保障设备处于良好状态，正常发挥设备效能，提高生产效益，实现经济建设的蓬勃发展。但是近年来，在海洋石油生产领域，FPSO(浮式生产储油船)工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的问题比较突出，成为困扰海油生产的一大设备运维保障难题。

基于此，针对工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快问题产生的原因，以及如何减轻和避免这一问题的加剧，进而深入进行研究并提出科学的防腐措施，有效避免牺牲阳极耗蚀过快而对设备造成破坏，从而确保作业人员生命财产安全，并助力行业快速发展，为国家创造更大的经济效益，成为一项刻不容缓的研究课题，亟待突破。

1 FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的原因

阳极保护技术作为一种电化学保护技术，可以避免或者是降低腐蚀问题的发生概率，而牺牲阳极的状态如何，是确保阳极保护技术正常发挥作用的关键部件。正常状态下，牺牲阳极的消耗速率有一定的限度，如果阳极的消耗超过工艺容许的限度，就表示牺牲阳极的工作状态不正常，对于发生问题及其原因必须查明，尽快予以排除。

1.1 高温工艺水环境

FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的原因来自方方面面，其中因高温工艺水环境是一个重要因素。水环境温度高，会导致牺牲阳极金属晶间的腐蚀加重，造成阳极耗蚀过快，对于相关设备的正常使用造成一定的影响。从实际情况看，工艺水舱温度较高，一些牺牲阳极出现了与工艺水舱内其他牺牲阳极速度程度不同的腐蚀，甚至导致出现阳极脱落现象。这些腐蚀现象若未能得到及时有效的处理，会加大设备故障的发生概率，造成安全事故等问题的出现[1]。

1.2 工艺水中化学成分

导致FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的另一个重要原因，可能是由于工艺水中某些化学成分的存在。通常情况下水舱内牺牲阳极所在的水环境包含很多化学成分，主要有Zn、Sn、Ti、Cu以及其他化学物质。与海水相比，这些化学物质具有极化性较强的特点，会导致舱室保护电流密度和阳极发生电流增加，从而致使出现牺牲阳极耗蚀过快的问题，会降低了阳极的服役寿命。

1.3 实验标准与实际不符

FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的另一个原因，是由于实验标准与实际不符导致[2]。大多数情况下，牺牲阳极设计文件是按照相关的标准文件要求来进行的，通常要求控制的实验介质的温度在15～30 ℃之间，但是实际上工艺水舱介质的温度往往高于这个设计温度，大约可以达到65 ℃。这样，因设计的实验温度标准与实际温度处于不统一状态，导致牺牲阳极实际耗蚀速度快于设计消耗速度。并且，因铝基合金阳极随着温度的升高，阳极溶解性变差，更易导致牺牲阳极耗蚀加快，这对于在生产过程中把握牺牲阳极的变化状态会产生不利的影响。

1.4 工艺水舱介质电阻率不确定

实际上FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快问题的存在，得不到有效处理，还与工艺水舱介质电阻率不确定有关。该工艺水的成分对于不同的油田并不确定，一般包括分散油、乳化油、溶解油与各种阴阳离子等[3]。鉴于其成分类别比较多，必须要通过在生产场地的实际测定确认，并提出针对性的可行策略来保障阳极所处的环境于稳定状态。但是实际上，对于不同的油田或者是同一油田不同油层的原油之间也是存在一定差别的，特别是在经过油气水分离后产生的工艺水也是差别的，因此电阻率的不确定是一个常态现象，不仅会加速了牺牲阳极耗蚀的速度，也会影响设备的正常使用。研究表明，含油污海水中的阳极表面容易钝化，会形成一个腐蚀产物硬壳，影响牺牲阳极正常发生功效，间接也会造成设备局部腐蚀情况加剧，导致生产效益受到影响。

1.5 工艺水舱牺牲阳极布置不合理

目前在我国海洋石油生产领域，FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快问题始终没有得到有效控制，工艺水舱牺牲阳极布置不合理也是常见的一个诱发因素。

通常情况下牺牲阳极的布置应根据工艺水舱实际情况科学布置，但是实际上部分企业往往在工艺水舱设置时存在问题，并没有全部科学设置牺牲阳极，导致舱室上部存在牺牲阳极钝化的问题。当然也会因部分工艺水舱液面不稳定，上部阳极浸没时间较短，而引发腐蚀问题，若不及时处理还会导致活化电流密度不够强，直接加剧了阳极耗蚀的速度。并且，由于沉箱收集的是平台含油污水、含氧海水、生产回水等，这些水体含有的腐蚀介质较多，容易导致腐蚀现象加剧。

除存在上述因素的同时，还会因为施工缺陷、焊缝处理不到位，水舱加剧受到海水的侵袭，促使牺牲阳极出现老化现象。或者是因内部涂层的破坏等原因，促使牺牲阳极问题加剧产生。

2 FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的防腐对策

近年来，我国海油企业为了提高产品的质量和降低生产成本，认识到FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的问题，是关系到企业发展的一个重要技术障碍，若得不到及时处理，将会造成严重的后果。只有采取有效措施尽快攻克这一难关，才能够实现自身经济效益最大化，保障企业落实事业发展的近期目标和中远期战略。根据牺牲阳极耗蚀过快问题的产生原因，可以从以下几方面提出技术可行的改进方案。

2.1 改善高温工艺水环境

针对以往FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快问题，相关人员应首先通过改善高温工艺水环境来改善牺牲阳极的工作条件，更有利于发挥其防腐作用。因为倘若温度高于实际温度，将会导致阳极溶解性变差，所以一定要控制好工艺水环境的温度，避免因牺牲阳极耗蚀过快带来不必要损失。改善供水环境等改善工艺水环境。相关企业可以发挥工作人员的主观能动性，提出相关技术改造措施，比如引入水温传感系统随时监控工艺水舱水环境温度的变化趋势；建立水温调控连锁系统运用技术手段实时调控水舱的工艺水环境温度，实现水温的实时监控，实时调整。工作人员也要提高工作责任心，对于一些难于采用设备监控的监测点位要力争第一时间内发现水温变化问题，及时采取措施解决问题，通过对水舱总体工艺水环境长周期控制在一个适宜的温度范围，有效地降低牺牲阳极耗蚀过快发生概率，保障相关设备能够处于良好运转状态。这不但在现有的技术条件上有实现的可行性，也能够对行业后期发展带来帮助。

2.2 建立牺牲阳极电流保护装置

现代化的行业生产离不开设备的支持，但是很多时候仅仅由于防腐措施不到位，导致一些设备存在质量缺陷，无法发挥设备应有的功效。为进一步解决FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的问题，应积极提出有效的防腐对策，通过建立牺牲阳极电流保护装置，可以延长设备的使用寿命。这需要根据牺牲阳极耗蚀的实际情况，根据原电荷电场线的分布规律以及等势线的分布情况，来建立电流保护装置。这样可以使其电子流动方向处于抑制状态，可以有效改善FPSO工艺水舱牺牲阳极防腐工作条件，避免牺牲阳极耗蚀过快问题的出现。

2.3 根据单块阳极保护面积，合理布控牺牲阳极

为解决FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快问题，还应当通过推行根据单块牺牲阳极保护面积，合理布控牺牲阳极，实现有效防腐目的。通常情况下，牺牲阳极发生的电流量，主要是根据牺牲阳极驱动单位除以牺牲阳极接水电阻计算获得，所以为了能够控制牺牲阳极耗蚀过快问题，积极推导出单块牺牲阳极保护面积也是一种非常可行的措施。通过科学计算可以掌握牺牲阳极耗蚀的实际规律，及时提出合理有效的防腐布控措施实现对设备的保护。同时，相关管理人员也要提高对其重视程度，通过充分利用发挥单块牺牲阳极的保护作用，有助于减少设备单位面积上牺牲阳极的数量，从而避免牺牲阳极耗蚀过快问题发生。并且，在可满足牺牲阳极保护要求的前提下，降低维修成本。

2.4 优化牺牲阳极布置

近年来节约成本成为企业管理的重要方向。牺牲阳极布置不合理，过多布置牺牲阳极不但不能获得良好的防腐效果，还会造成资源浪费，并会对环境造成污染。为了能够避免资源浪费，应通过优化牺牲阳极布置，解决FPSO工艺水舱牺牲阳极布置过多，耗蚀过快的问题。当然，为了达到保护自然环境和防止外界因素对仪器所造成的破坏，企业还要采取其他有效的防腐措施，来加强对设备的保护，确保每一个设备都能够处于良好状态。对于已经存在着一些腐蚀问题的设备要及时进行维修，既避免设备腐蚀问题的加剧，也能够确保各项生产顺利进行。

3 防腐对策案例分析

以某FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快原因及采取的防腐对策进行分析。

3.1 牺牲阳极耗蚀情况

某FPSO工艺水舱的舱室底部与舱壁等部位的牺牲阳极耗蚀过快，特别是舱底部位有3个牺牲阳极基本已经耗蚀殆尽，舱壁部位有些牺牲阳极已经形成贯穿性穿孔耗蚀，严重者牺牲阳极已经脱落。记录显示，距上次更换牺牲阳极的时间为6个月。

3.2 耗蚀过快原因分析

选取耗蚀过快部位采集牺牲阳极试样，按照GB/T 17848—1999模拟水舱环境进行电化学性能试验，确定牺牲阳极的耗蚀状态与水舱内耗蚀状态一致，均呈现蜂窝腐蚀状(见图1)，腐蚀严重部位出现脱落，说明高温工艺水环境使牺牲阳极的腐蚀加速。按照GB/T 4949—2007测定牺牲阳极中的化学成分，确定牺牲阳极质量符合要求，不会引起牺牲阳极耗蚀过快。

通过试验可以确定：(1)水舱介质温度过高，使铝基合金阳极溶解性变差，加速了阳极耗蚀；(2)工艺水环境中阴离子和阳离子浓度过高使电阻率降低，加速了阳极耗蚀。

3.3 优化对策

根据元电荷电场线的分布规律建立数字模型，推导单块牺牲阳极的保护半径为r，调整相邻两层阳极平行间距为2r，这样可以通过调整牺牲阳极的保护面积合理布置舱室内牺牲阳极数量，既达到了牺牲阳极保护的要求又减少了费用支出。

4 结语

综上所述，随着市场经济的快速发展，各企业之间的竞争压力变大，为了能够在市场中占据不败之地，必须提出相应的有效防腐对策，降低FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快的问题。本文通过对FPSO工艺水舱牺牲阳极耗蚀过快问题产生原因的分析，提出改进措施以消除牺牲阳极耗蚀过快的问题。措施包括改善高温工艺水环境，建立牺牲阳极电流保护装置，同时要推进单块牺牲阳极保护面积以及优化牺牲阳极布置等措施。全面有效实施这些措施，可以改善牺牲阳极腐蚀过快问题，避免其对生产所带来的不利影响，实现对生态环境的保护目的，为企业发展和创造更多的经济效益提供有力支持。