某气田位于南海东部海域的珠江口盆地，平台所处海域水深约200m。该平台导管架均为裸钢，仅靠牺牲阳极阴极保护来防止腐蚀破坏。导管架下水1000d后，在水深98m以下导管架的电位仍未达到最低保护电位要求。为保障平台安全生产，平台方决定追加一套阴极保护系统，使整个导管架尽快极化至保护电位。

    导管架阴极保护状况

    该导管架安装有阴极保护监测系统，监测系统记录了导管架下水189d后导管架各节点位置的电位（相对于Ag/AgCl参比电极，下同）和牺牲阳极的输出电流，分别见图1和图2。

 图1 不同水深处导管架电位

图2 牺牲阳极的输出电流

    由图1可以看出：导管架下水后，不同水深的导管架电位差距较大；仅在水深15m的浅水区导管架电位快速极化至保护电位，水深69m和98m处导管架电位达到保护电位的时间分别长达230d和942d，水深129m和164m处导管架下水1000d后，其电位仍然未能达到保护电位。

    由图2可以看出：在平台导管架下水的初期，牺牲阳极的输出电流较大，最高达到9A左右，随着水深的增加，牺牲阳极的输出电流增大。但随着导管架电位的负移和钙质沉积层的形成，牺牲阳极的输出电流又逐渐减小。

    阴极保护改造方案设计及安装

    1 海水电阻

    率依据DNV-RP-B401-2011《海上构筑物牺牲阳极阴极保护设计》，选取海水电阻率ρ=23.5Ω·cm进行计算。

    2 保护电流计算

    导管架各区域的面积见表1，导管架初期需求电流见表2。根据上述数据，计算可知：需安装一套新的阴极保护系统，并提供1532A电流使区域2和区域3的导管架极化至保护电位。

    3 远地式外加电流阴极保护系统设计

    选取了美国Deepwater公司RetroBuoy ICCP系统进行平台导管架阴极保护改造。共安装4套RetroBuoy远地式外加电流阴极保护系统，每套输出电流500A，可满足导管架初期极化电流要求。

    每套RetroBuoy远地式外加电流阴极保护系统包括1台变压整流器、1套RetroBuoy辅助阳极、阳极电缆和阴极电缆等。4套RetroBuoy辅助阳极安装于海底（见图3），分别距离A1、A4、B1和B4桩腿85米，经过计算，最终选取4台直流输出40V/500A的变压整流器为导管架提供阴极保护电流。

    图3 RetroBuoy辅助阳极

    4 ICCP系统安装

    RetroBuoy辅助阳极海底安装以及海底辅助阳极电缆铺设至平台上，是ICCP系统安装的难点。

    在安装辅助阳极前，需对RetroBuoy辅助阳极与阳极电缆接头的电连续性和密封性等进行测试。并采用ROV（水下机器人）水下检测辅助阳极安装区域是否存在碎石或凹坑等潜在隐患。

    在工作船上，将四根辅助阳极电缆卷在同一个电缆卷筒上，采用四根电缆同时收放的方式安装，同时，平台人员将钢丝绳从平台预留的“J”型管顶部下放至海底，ROV在海底将辅助阳极电缆和钢丝绳进行连接，平台人员通过钢丝绳牵引，将辅助阳极电缆拉上平台。然后采用电缆固定法兰将4根辅助阳极电缆固定在“J”型管顶部，电缆固定法兰结构见图4。

    图4 电缆固定法兰结构图

    将RetroBuoy辅助阳极吊装至指定位置时，为防止吊装过程中电缆过度弯曲，采用了限弯器和钢丝绳同时限位的方式进行吊装。在整个吊装过程中，需要ROV全程监控，以防辅助阳极发生碰撞或者电缆出现异常情况，一旦出现异常情况，立即将辅助阳极吊至甲板进行维修。辅助阳极放置完成后，通过ROV将多余的电缆在海底按照“S”型路线分布，并放置混凝土稳定垫固定。

    阴极保护改造效果

    2016年6月6日，在远地式外加电流阴极保护系统（ICCP）运行3a后，对导管架阴极保护状况进行检测。表3为ICCP系统的变压整流器输出电压和输出电流数据，目前ICCP系统输出电压约为17V，输出总电流为767A。

    由表4可以看出，在运行ICCP系统3a后，导管架表面形成了良好的钙质沉积层，整个导管架电位非常均匀，在停用ICCP系统1天后，导管架依然处于良好的保护状态，牺牲阳极输出电流已经能满足导管架达到保护电位所需要的电流。

    由表5可以看出，在运行ICCP系统3a后，牺牲阳极输出的电流较导管架下水初期的大幅减小，大部分牺牲阳极的输出电流已小于1A，这说明导管架表面已经形成了致密的钙质沉积层。运行ICCP系统后，牺牲阳极的输出电流减小，牺牲阳极的寿命将大大延长。

    结论

    当初期电流密度偏小时，钙质沉积层在导管架上沉积较慢，难以快速形成致密的钙质沉积层，深海区导管架达到保护电位的时间大大延长，牺牲阳极也一直维持在较高的电流输出状态。

    牺牲阳极阴极保护改造适合于浅水导管架的阴极保护改造，对于深水导管架阴极保护改造，外加电流阴极保护系统具有安装方便的特点。远地式外加电流阴极保护系统的阳极电缆可安装于导管架的“J”型管中，大大降低了台风损坏阳极电缆造成阴极保护系统失效的风险，适宜于台风较多的深水导管架阴极保护改造。

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