Katodiskās aizsardzības (CP) tehnoloģija naftas un gāzes atradņu projektos jūrā

Katodiskās aizsardzības (CP, Cathodic Protection) tehnoloģijai ir izšķiroša nozīme jūras naftas un gāzes atradņu projektos, ko galvenokārt izmanto, lai novērstu metāla iekārtu (piemēram, platformu, cauruļvadu, zemūdens aprīkojuma) elektroķīmisko koroziju, kas pakļauti jūras ūdenim, jūras gultnes dubļiem un plūdmaiņu zonām.

Fiksētas ārzonas platformas (jaka un augšpuse)

• Jakas kājas: atbalsta konstrukcijas, kas iegremdētas jūras ūdenī un jūras gultnes dubļos.
• Apvalka cauruļveida savienojumi: Metinātas vietas, kas pakļautas korozijai.
• Augšējās atbalsta konstrukcijas: iegremdētas sekcijas.

Zemūdens cauruļvadi

• Oglekļa tērauda cauruļvadi: ārējās sienas, kas pakļautas jūras ūdens iedarbībai; iekšējās sienas var transportēt kodīgas vielas (piemēram, CO₂, H₂S).
• Izolēti cauruļvadi (piem., caurule-caurulē-): nepieciešama īpaša konstrukcija, lai novērstu katoda ekranēšanu.

Zemūdens ražošanas sistēmas

• Ziemassvētku eglītes, kolektori:{0}}augstvērtīgs aprīkojums, kas ilgstoši iegremdēts-jūras ūdenī.
• Džemperi, stāvvadi: dinamiskas slodzes zonas, kas ir jutīgas pret noguruma koroziju.

FPSO (peldošās ražošanas uzglabāšanas un izkraušanas vienības)

• Korpuss: Tērauda plāksnes, kas saskaras ar jūras ūdeni.
• Balasta tvertnes: Slēgtas mitras telpas, kuras ir pakļautas korozijai.

Zemūdens kabeļi un zemējuma sistēmas

• Kabeļu bruņu slāņi: Metāla bruņu slāņiem nepieciešama aizsardzība pret koroziju.
• Anoda zemējuma elektrodi: Novērsiet izkliedētās strāvas koroziju.

1. Sacrificial Anode CP (SACP)

Piemērojamie scenāriji:

• Jūras ūdens vide.
• Mazas konstrukcijas vai lokalizēta aizsardzība.
• Zemūdens iekārtas bez elektroenerģijas padeves.

Parastie anoda materiāli:

• Alumīnija sakausējuma anodi: visplašāk izmantotie, piedziņas spriegums -1,1 V (pret Ag/AgCl), kalpošanas laiks 25-50 gadi.
• Cinka sakausējuma anodi: piedziņas spriegums -1,05 V, piemērots zemas-temperatūras vai zema sāļuma ūdeņiem.

Uzstādīšanas metodes:

• Metināšana vai skrūvēšana (piemēram, platformas kājas, cauruļvadi).
• Piekārta uzstādīšana (piemēram, FPSO balasta tvertnes).

2. Impressed Pašreizējais CP (ICCP)

Piemērojamie scenāriji:

• Lielas konstrukcijas (piemēram, FPSO korpusi, jūras platformas).
• Vietas ar lielu-strāvu-pieprasījumu (piemēram, skarba kodīga vide vai stipri bojāti pārklājumi).
• Dziļūdens projekti (upura anoda nomaiņa ir sarežģīta).

Galvenās sastāvdaļas:

Papildu anodi:

• MMO anodes (Mixed Metal Oxide): Suitable for seawater, lifespan >20 gadi.
• Platīna{0}}niobija anodi: liela strāvas izvade, izturīga pret skābu vidi.
• Transformatoru taisngrieži: automātiski regulē strāvu, pamatojoties uz atsauces elektrodu atgriezenisko saiti.

Atsauces elektrodi:

• Ag/AgCl (jūras ūdens): visizplatītākais, stabils un uzticams.
• Zn (pastāvīgi atsauces elektrodi): izmanto dziļūdens vai nogulumu vidē.

Uzstādīšanas metodes:

• Sadalīti anodi (piemēram, vairāki anoda punkti uz FPSO korpusiem).
• Attālinātas anodu pamatnes (piemēram, anodu bloki zemūdens cauruļvadiem).
• Spriegoti anodi.

1. Ārzonas platformas aizsardzība

Upura anodi:

• Alumīnija sakausējuma anoda bloki, kas piemetināti pie apvalku kājām un cauruļveida savienojumiem.

Pārsteidzošā strāva:

• MMO anodi uzstādīti uz apakšējām platformas sekcijām lielām platformām.
• Kritiskajos uzraudzības punktos izvietoti atsauces elektrodi.

2. Zemūdens cauruļvadu aizsardzība

Upura anodi:

• Alumīnija sakausējuma aproču anodi, kas piestiprināti pie cauruļvadiem.
• Izolētiem cauruļvadiem ir nepieciešami pret-ekrāni (piem., specializēti pārklājumi vai anodu izkārtojumi).

Pārsteidzošā strāva:

• Dziļūdens cauruļvados tiek izmantoti attālināti anodu bloki (piemēram, zemūdens anodu gultnes).
• Ārzonas platformās tiek izmantoti attālināti vai nospriegoti anodi.

3. Zemūdens ražošanas sistēmas aizsardzība

Ziemassvētku eglītes/kolektori:

• Alumīnija sakausējuma anodi, kas tieši uzstādīti uz aprīkojuma virsmām.
• Standartizētas anoda saskarnes (piemēram, ISO 15589-2).

Džemperi:

• Upura anodi.

4. FPSO aizsardzība

Korpuss:

• ICCP sistēmas ar MMO anodiem + augstas -tīrības cinka atsauces elektrodiem.
• Balasta tvertnēs tiek izmantoti piekaramie alumīnija sakausējuma anodi.

Pietauvošanās sistēmas:

• Ķēdes un kabeļi ir aizsargāti ar anodiem.

1. Deepwater Environments (>1000m)

Problēmas:

• Zema temperatūra un augsts spiediens pasliktina anoda veiktspēju.
• Sarežģīta apkope, kas prasa ilgu{0}}mūža dizainu.

Risinājumi:

• Augstas-efektivitātes alumīnija sakausējuma anodi (piemēram, Al-Zn-In-Sn).
• ICCP sistēmas ar ļoti uzticamiem platīna{0}}niobija anodiem.

2. Katoda ekranēšana

Problēma:

• Izolācijas slāņi vai biezi pārklājumi bloķē strāvas nokļūšanu uz metāla virsmām.

Risinājumi:

• Izmantojiet vadošus pārklājumus vai lokālus tukša metāla konstrukcijas.
• Izvairieties no ekranēšanas zonām anoda izvietojumā.

3. Dinamiska slodze (piemēram, stāvvadi, džemperi)

Problēma:

• Noguruma spriegumi paātrina koroziju.

Risinājumi:

• Elastīgas anoda sloksnes (piemēram, polimēru kabeļu anodi).
• Optimizējiet anoda sadalījumu, lai samazinātu stresa koncentrāciju.

4. Mikrobioloģiski ietekmēta korozija (MIK)

Problēma:

• Sulfātu{0}}reducējošās baktērijas (SRB) plaukst jūras gultnes nogulumos.

Risinājumi:

• Palieliniet aizsardzības potenciālu (-0,95 V pret Ag/AgCl).
• Apvienot ar biocīdu apstrādi.

1. Potenciālā uzraudzība:

• Regulāras platformas/cauruļvada potenciālu nirēju vai ROV pārbaudes.
• Uzstādiet pastāvīgus atsauces elektrodus + datu reģistrētājus (piemēram, dziļūdens projekti).

2. Anoda nomaiņa:

• Atliekot masu, nomainiet aizsarganodus<20% (via ROV or divers).
• Ikgadējās ICCP taisngriežu un anoda patēriņa pārbaudes.

1. Starptautiskie standarti:

• ISO 15589-2: Naftas un dabasgāzes rūpniecība - Cauruļvadu transportēšanas sistēmu katodaizsardzība. 2. daļa: Jūras cauruļvadi.
• DNV-RP-B401: katodaizsardzības dizains.
• NACE SP0176-2022: Korozijas kontrole iegremdētajās zonās pastāvīgi uzstādītām tērauda jūras konstrukcijām, kas saistītas ar naftas ražošanu.

2. Ķīnas standarti:

• SY/T 10008-2016: Korozijas kontrole stacionāro piekrastes tērauda naftas ražošanas konstrukciju pilnībā iegremdētām zonām.
• SY/T 7699-2023: Pārsteidzoša strāva katoda aizsardzība ārzonas tērauda konstrukcijām.

• Petrobras Budzios-11 & Mero 4-11 naftas un gāzes lauka zemūdens ražošanas sistēma
• TPAO Sakarya gāzes lauka attīstības projekta I fāzes zemūdens ražošanas sistēma.
• CNOOC Lingshui 17-2 un 25-1 gāzes lauka attīstības zemūdens cauruļvadi.
• Nigēra-Beninas eksporta zemūdens cauruļvadu katoda aizsardzības projekts.
• Bangladešas viena punkta pietauvošanās un divu zemūdens cauruļvadu projekts.
• Dongjingas ostas 250 000 tonnu jēlnaftas importa termināļa un zemūdens cauruļvada projekts.
• CNOOC Lingshui 17-2 daļēji zemūdens ražošanas uzglabāšanas platforma (FPSO).
• Kataras NOC Ruya naftas lauka attīstības akas platformas un zemūdens cauruļvadi.

Jūras naftas un gāzes projektos katodaizsardzība ir galvenā tehnoloģija korozijas novēršanai. Izvēle starp upura anodu un iespaidojošās strāvas metodēm ir atkarīga no ūdens dziļuma, vides un struktūras veida, ko papildina ROV uzraudzība, ilgstoši materiāli (piemēram, MMO titāna anodi) un viedās vadības sistēmas (piemēram, transformatoru taisngrieži). Pareiza konstrukcija pagarina iekārtas kalpošanas laiku par 30 gadiem, ievērojami samazinot ekspluatācijas izmaksas un noplūdes risku.