作者 | 吕建伟，张国庆，李妍，等

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引言

FPSO广泛应用于海上油气开发，FPSO的系泊系统可分为单点系泊和多点系泊，其中单点系泊系统又分为塔架式单点型式和内转塔式单点型式。

由于塔架式单点处于海水、海洋大气复杂环境中，同时单点所输送的介质也多有腐蚀性，一旦管道和设备被腐蚀穿孔，即造成原油漏失，不仅使能源损失，而且会污染环境，甚至可能引起火灾和爆炸，造成人身伤亡事故。因此做好防腐研究设计工作至关重要。

目前海上塔架式单点都是由国外公司进行设计制造，属于卡脖子技术。为了攻克该技术难题，掌握海上塔架式单点的防腐设计，实现塔架式单点国产化，本文进行了相关的设计研究，属于国内首次进行海上塔架式单点钢结构物的防腐设计，旨在为后续相关设计提供参考。

1 海洋环境中腐蚀因素

海水中盐类的含量、溶解氧的含量、海洋生物、流速、温度以及pH值都会对金属的腐蚀造成重大影响。

1.1盐类

海水为腐蚀性介质，特点是含有多种盐类，主要是氯化钠和氯化镁组成的。一般把海水近似的看做质量分数为3%或3.5%的NaCl溶液，海水中氯离子含量很高，使其具有较大的腐蚀性。

图 1 海水成分 

1.2溶解氧的含量

溶解氧含量是海水腐蚀的重要因素，正常情况海水表面层被空气饱和，氧含量比较高，腐蚀性比较强。

1.3温度

海水温度升高，氧的扩散速度加快，海水导电率增大，即腐蚀加速。海水温度随着纬度和深度的不同而变化。

1.4海生物

海生物也会对金属基材造成腐蚀，如在厌氧环境下，会促进厌氧还原菌硫酸盐还原菌大量繁殖，进而引起严重的微生物腐蚀。

1.5pH

海水的pH一般为7.2~8.6。塔架式单点按照腐蚀环境划分可分为海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区及海泥区。其中飞溅区由于所处的特殊位置，钢结构受到多种因素影响，例如：表面电解质浓度较高，富氧的浪花飞溅冲击和干湿交替、海水接触材料表面时气泡破灭造成的巨大冲击等，对于不具备钝化特性的一般钢材而言，该区域是海洋环境中腐蚀最严重和防腐蚀措施最容易失效的区域。普通碳钢的腐蚀率为1~2 mm/a。同一种钢在飞溅区的腐蚀速率较在海水其他区域中高出3~10倍。

图 2 海洋不同腐蚀环境区带腐蚀速率图 

2 防腐方案研究

金属防腐蚀的方法很多，主要有合理进行材料选择、涂装防护、电化学保护等措施。

2.1腐蚀评估与材料选择

根据介质的不同温度、压力以及CO₂物质的量分数及多项物流值所得腐蚀曲线，如图3所示：根据所处的服役环境和腐蚀量的大小来进行设备和管线的正确的选材。

图 3 腐蚀评估界面 

2.2大气区腐蚀防护措施

大气区是指平台飞溅区以上的部分，该区域暴露于阳光、风、雾和雨中。对钢结构，通常采用高性能防腐蚀涂料。考虑到服役环境为海洋大气环境，处于高盐雾、经常暴晒以及湿热的环境下，腐蚀环境非常恶劣，因此要求涂料厂家根据NORSOK M501进行涂层老化试验的认证。具体的实验内容如图4所示。

图 4 涂层性能测试要求

一个实验循环包括72 h的湿热试验、72 h的盐雾试验以及24 h的低温试验，总共需要25个循环，共计4200 h。实验完成后进行涂层检测，只有性能要求满足ISO 12944-9-2018的要求，才能认定涂层合格。

2.3飞溅区腐蚀防护措施

飞溅区由于受潮汐、风和波浪的影响，平台构件干湿交替。飞溅区通常需要增加钢的壁厚，即预留一定的腐蚀裕量，并采用高性能防腐蚀涂料。

当设计寿命超过17.5a，按照公式腐蚀余量=（设计寿命—X years）×0.4 mm/year进行计算。式中当采用NORSOK M501系统1时X=5，当采用NORSOK M501系统7A（最小膜厚1 000 μm）时X=10。

飞溅区钢结构可采用1000 μm的玻璃鳞片环氧树脂涂料，玻璃鳞片环氧漆具有优异的抗渗性能和机械强度，同时还具有耐温性、耐寒性等优良的综合性能。具有很好的防腐性能和机械性能。对于飞溅区涂装配套系统，需要进行NORSOK M501认证，实验内容主要包括4200 h的循环老化实验、4200 h的抗阴极剥离实验、4200 h的海水浸泡实验，只有性能要求满足ISO12944-9-2018 table5的要求，才能认定涂层合格。另外飞溅区也可以采用蒙乃尔合金、热喷铝涂层、氯丁橡胶或者包覆技术。

表 1 涂层认证实验要求

2.4全浸区腐蚀防护措施

全浸区是指从飞溅区向下的区域。全浸区的外部腐蚀控制采用阴极保护防腐措施。阴极保护主要有牺牲阳极法和外加电流保护法。牺牲阳极保护法简单容易操作，不需要安装电源，不需要派人进行过程管理，不会对附件的设备设施造成干扰，通过消耗有色金属材料，就能够使金属构筑物受到保护。

海洋石油开采设施的钢质结构物在海水全浸区和海泥区的腐蚀控制中多采用阴极保护的方法来控制腐蚀。由于铝基合金阳极重量轻、发生电流大、电位较负，材料来源丰富、价格便宜、制造工艺简便。目前塔架式单点在全浸区钢结构的防腐蚀保护主要采取铝基牺牲阳极进行保护。阳极铸造过程中需要严格控制材料成分以及铸造工艺以取得合格的阳极。

阳极布置应该通过数值模拟软件进行校核，保证阴极保护效果最优，确保钢结构能够得到均匀保护，不会出现欠保护和过保护的情况。 

图 5 阳极布置

3 结语

防腐工作是一个系统的工程，可以通过合理材料选择、涂层防护以及阴极保护达到防腐的目的。

参考文献（略）

完整内容请见《涂层与防护》2021-12期