摘 要

海底原油管道相较陆地管道极易发生腐蚀，而且腐蚀后不仅损失巨大、维修困难还会严重污染环境，所以需要对海底原油管道进行防腐系统设计。

本设计以杭州湾中大榭岛—上海金山卫、南京海底部分穿跨越段的管道为研究对象，在分析海底原油管道腐蚀机理的基础上，设计海底原油管道的防腐蚀系统。其中以外防腐层的选用和牺牲阳极的阴极保护设计为设计重点。

论文首先介绍了杭州湾的地质和腐蚀源调查情况，从而定性的分析了它的腐蚀机理，其中海管腐蚀属于电化学腐蚀而且是处于海水环境中的海水腐蚀。接着介绍了几种常用的外防腐层如煤焦油瓷漆、石油沥青、FBE和3PE等，最终选择了FBE作为外防腐层。然后进行了牺牲阳极的阴极保护设计，设计内容有：参数的选取、公式的计算、阳极的布置与安装等。最后讨论了海管内防腐层及缓蚀剂的选用。从经济和生态考虑选用环氧粉末作为内防腐层，缓蚀剂采用了适用于海底环境的7019兰4-A1011。

关键词：海管腐蚀；防腐层；牺牲阳极的阴极保护；缓蚀剂

Abstract

Submarine oil pipeline corrosion happened easily than the land pipeline corrosion, and it causes huge losses, difficulties in maintenance, pollute the environment and so on, so the need for seabed oil pipeline corrosion protection system design.

This design by the part of the crossing section of submarine pipeline in  hangzhou bay’s  daxie island to shanghai’s jinshanwei、nanjing as the research object, on the basis of analysis of submarine oil pipeline corrosion mechanism to design the submarine oil pipeline corrosion protection system. Including the selection of coating and sacrificial anode cathodic protection design for the key.

Firstly, Paper introduces the geological and the source of corrosion investigations about the hangzhou bay,  and analyzed its corrosion mechanism qualitatively, including the electrochemical corrosion’s subsea pipeline corrosion and the sea water corrosion in the environment of the sea. Secondly, it introduces several kinds of commonly used external anticorrosive coating, such as coal tar enamel paint, asphalt, FBE and 3 PE and so on, finally chose the FBE as anticorrosive coating. Thirdly, it carries the sacrificial anode of cathodic protection design, including the selection of parameters, the formula calculation, layout and installation of anode, etc. Finally on the selection of sea tube coating and corrosion inhibitor. From the economic and ecological consider to choose the epoxy powder as anticorrosive coating. As for the corrosion inhibitor, the 7019 lan 4—A1011 was selected to adapt to the sea  environment.

Key words : Subsea pipeline corrosion; Anticorrosive coating; The cathodic protection of sacrificial anode; Corrosion inhibitor

目 录

摘 要 1

Abstract 1

目 录 2

第一章　绪论 1

1.1课题研究的背景、目的与意义 1

1.2国内外研究现状 1

第二章　海底原油管道腐蚀机理 3

2.1杭州湾海底原油管道简介 3

2.1.1工程系统简介 3

2.1.2沿线地质介绍 3

2.2电化学腐蚀基础 5

2.2.1腐蚀原电池 5

2.2.2腐蚀电池的化学反应 5

2.2.3 宏观电池与微观电池 6

2.2.3电极电位 6

2.2.4 E-ph图 7

2.2.5 极化 7

2.3海水腐蚀 8

2.3.1 腐蚀因素 8

2.3.2 海水腐蚀特点 9

2.3.3海水常见腐蚀型 9

2.3.4 海水腐蚀机理 10

2.3.5 防止海水腐蚀的方法 11

第三章 杭州湾海底管道防腐保护系统设计 13

3.1防腐保护的一般方法： 13

3.2杭州湾海底管道防腐保护系统 13

3.2.1外防腐蚀方法 13

3.3.2内防腐蚀方法 14

第四章 杭州湾海底管道外防腐设计 16

4.1 外防腐层选择的要求 16

4.2 常用的管道外防腐层 16

4.3杭州湾海底管道外防腐层的选用 18

4.3.1FBE防腐层的厚度 18

4.3.2 FBE防腐层的一般工艺 19

4.3.3钢管表面预处理 20

4.3.4成品管的标记、堆放与运输 20

第五章 杭州湾海底管线阴极保护设计 22

5.1阴极保护设计需要考虑的问题 22

5.1.1阴极保护的限制性 22

5.1.2影响阴极保护的环境参数 22

5.1.3阴极保护的有害作用 22

5.1.4牺牲阳极材料 23

5.1.5阳极几何形状 23

5.2.1.设计寿命 23

5.2.2.设计电流密度 23

5.2.3. 涂层击穿系数 25

5.3牺牲阳极材料设计参数 25

5.3.1 阳极电阻公式 26

5.3.2海水和沉积物电阻率 27

5.3.3阳极利用系数 27

5.4阴极保护计算 27

5.4.1设计基础数据 27

5.4.2表面积计算 28

5.4.3.电流需求计算 29

5.4.4阳极总重量需求计算 30

5.4.5后期阳极输出电流计算 31

5.4.6阳极的分布计算 32

5.4.7牺牲阳极保护距离： 32

5.5阳极的布置与安装 34

5.5.1.阳极材料 34

5.5.2.阳极芯与要求 34

5.5.3.阳极铸造 34

5.5.4.质量检验 35

5.5.5阳极标记 35

第6章 杭州湾海底管道内防腐设计 36

6.1内防腐层的选择 36

6.1.1涂层材料与涂覆工艺技术必须具备如下条件： 36

6.1.2常用的管道内防腐层技术 36

6.1.3内防腐层的选用 37

6.2海底管道缓蚀剂的选用 38

6.2.1缓蚀剂的分类 39

6.2.2缓蚀剂的选用原则 40

6.2.3缓蚀剂的选择 40

结 论 41

参考文献 42

致谢 44

第一章　绪论

1.1课题研究的背景、目的与意义

　　地球上海洋的面积占了71%，海底拥有非常可观的资源，如石油、可燃冰等各种矿物质，所以世界各国对海上的油气田的开发力度越来越大，因此随之相关的海底管道安全问题也逐渐得到了人们的重视。海底管道作为海上油气开采运输的动脉，凭借其经济、安全、节能和快速便捷的优点在海上油气开采中有着不可或缺的地位。但是海洋本身是一种异常苛刻的环境，以钢铁为材料的管道面临着巨大的腐蚀挑战，进而直接威胁到管道的使用寿命和运输安全。截止到2015年初，中国海洋石油总公司共铺设海底管道292条，总距离达到了5926公里。海底管道的主要失效形式是腐蚀失效，达到了35%的比例，这是因为海底管道的材料为钢质的，抗蚀性差，处于海底这样一个恶劣的环境下极易腐蚀^[1]。据资料显示，中海油公司的海底管道从1995年起的7年间发生了38起故障，内腐蚀原因有11起，占比例为28.9%,且有日趋增长的势头。对于原油输送管道来说，由于腐蚀所引发的管道裂隙、泄露等事故所造成的损失巨大、维修麻烦，而且还会污染周边环境。为了保护管道，延长管道工作年限，就需要对管道进行防腐蚀作业。

1.2国内外研究现状

　　通常对长输管道采用强制电流阴极保护和外防腐层的结合来保证外腐蚀防腐作业的高效性。实验证明，阴极保护是一项极有成效的防腐手段，没有阴极保护的管道的腐蚀速率是有阴极保护的管道的20倍多。

　　目前，对于国内海底管道采用阴极保护经常采用的是牺牲阳极的阴极保护，普遍采用手镯式铝合金作为阳极材料，设计主要采用的标准为DNVRP-B401(2011)、DNVRP-F103(2010)、ISO15589-2(2012)、NACESPO387(2006)。阴极保护技术的最新动态则是光致阴极保护技术，它是由日本TsujiKawa研究小组在20世纪90年代首次提出，从那以后日本学者Fujishima等人对光致阴极保护的作用机制进行了研究。光致阴极保护技术是将半导体涂覆在被保护金面或作为阳极通过导线与被保护金属相连，半导体薄膜（如ＴｉＯ_２薄 膜） 在 光 照 下，半导体薄膜价带（ＶＢ）中的电子吸收光子能量被激发跃迁到导带（ＣＢ），产生一对光生电子（ ｅ^－ ）和光生空穴（ ｈ^＋ ），在半导体薄膜与溶液界面处的空间电荷电场的作用下，空穴（ｈ^＋）被迁移到半导体粒子表面与溶液中的电子供体（如Ｈ_２Ｏ、ＯＨ^－ 等）发生氧化反应，而电子（ｅ^－）向被保护金属迁移，导致被