Katodinės apsaugos (CP) technologija naftos ir dujų telkinių projektuose jūroje

Katodinės apsaugos (CP, Cathodic Protection) technologija yra labai svarbi naftos ir dujų telkinių projektuose jūroje, pirmiausia naudojama siekiant išvengti metalinių įrenginių (pvz., platformų, vamzdynų, povandeninės įrangos), veikiančių jūros vandens, jūros dugno purvo ir potvynių zonų, elektrocheminės korozijos.

Fiksuotos jūrinės platformos (striukė ir viršutinė dalis)

• Striukės kojos: atraminės konstrukcijos, panardintos į jūros vandenį ir jūros dugno purvą.
• Apvalkalo vamzdinės jungtys: Suvirintos vietos, linkusios į koroziją.
• Viršutinės atraminės konstrukcijos: Panardintos sekcijos.

Povandeniniai vamzdynai

• Anglies plieno vamzdynai: išorinės sienos veikiamos jūros vandens; vidinės sienos gali pernešti ėsdinančias medžiagas (pvz., CO₂, H2S).
• Izoliuoti vamzdynai (pvz., vamzdis-į-vamzdis): reikalingas specializuotas dizainas, kad būtų išvengta katodinio ekranavimo.

Povandeninės gamybos sistemos

• Kalėdų eglutės, kolektoriai: didelės vertės{0}} įranga, ilgai panardinta-į jūros vandenį.
• Trumpikliai, stovai: Dinaminės apkrovos zonos, jautrios nuovargio korozijai.

FPSO (plaukiojantys gamybos saugojimo ir iškrovimo įrenginiai)

• Korpusas: su jūros vandeniu besiliečiančios plieninės plokštės.
• Balasto talpyklos: uždaros drėgnos erdvės, linkusios į koroziją.

Povandeniniai kabeliai ir įžeminimo sistemos

• Kabelių šarvų sluoksniai: Metaliniams šarvų sluoksniams reikalinga apsauga nuo korozijos.
• Anodo įžeminimo elektrodai: Apsaugokite nuo pasklidosios srovės korozijos.

1. Sacrificial Anode CP (SACP)

Taikomi scenarijai:

• Jūros vandens aplinka.
• Mažos konstrukcijos arba vietinė apsauga.
• Povandeniniai įrenginiai be maitinimo.

Įprastos anodo medžiagos:

• Aliuminio lydinio anodai: plačiausiai naudojami, pavaros įtampa -1,1V (palyginti su Ag/AgCl), tarnavimo laikas 25-50 metų.
• Cinko lydinio anodai: pavaros įtampa -1,05 V, tinka žemos-temperatūros arba mažo druskingumo vandenims.

Montavimo būdai:

• Suvirinimas arba varžtais (pvz., platformos kojelės, vamzdynai).
• Pakabinamas įrengimas (pvz., FPSO balasto tankai).

2. Impressed dabartinis CP (ICCP)

Taikomi scenarijai:

• Didelės konstrukcijos (pvz., FPSO korpusai, atviroje jūroje esančios platformos).
• Didelės{0}}srovės-paklausos zonos (pvz., atšiauri korozinė aplinka arba labai pažeistos dangos).
• Giliavandeniai projektai (aukos anodo keitimas yra sudėtingas).

Pagrindiniai komponentai:

Pagalbiniai anodai:

• MMO anodes (Mixed Metal Oxide): Suitable for seawater, lifespan >20 metų.
• Platininiai{0}}niobio anodai: didelė srovė, atspari rūgštinei aplinkai.
• Transformatorių lygintuvai: automatiškai sureguliuokite srovę pagal atskaitos elektrodo grįžtamąjį ryšį.

Etaloniniai elektrodai:

• Ag/AgCl (jūros vanduo): labiausiai paplitęs, stabilus ir patikimas.
• Zn (nuolatiniai etaloniniai elektrodai): naudojami giliavandenėje arba nuosėdų aplinkoje.

Montavimo būdai:

• Paskirstyti anodai (pvz., keli anodo taškai ant FPSO korpusų).
• Nuotoliniai anodo sluoksniai (pvz., povandeninių vamzdynų anodų matricos).
• Įtempti anodai.

1. Užjūrinės platformos apsauga

Aukojami anodai:

• Aliuminio lydinio anodo blokai, suvirinti prie apvalkalo kojelių ir vamzdinių jungčių.

Sužavėta srovė:

• MMO anodai, sumontuoti žemesnėse platformos dalyse didelėms platformoms.
• Etaloniniai elektrodai, naudojami kritiniuose stebėjimo taškuose.

2. Povandeninio vamzdyno apsauga

Aukojami anodai:

• Aliuminio lydinio apyrankių anodai, pritvirtinti prie vamzdynų.
• Izoliuotiems vamzdynams reikia anti{0}}ekranavimo (pvz., specializuotų dangų arba anodo išdėstymo).

Sužavėta srovė:

• Giliavandeniai vamzdynai naudoja nuotolinius anodo matricas (pvz., povandeninius anodo sluoksnius).
• Jūros platformose naudojami nuotoliniai arba įtempti anodai.

3. Povandeninės gamybos sistemos apsauga

Kalėdų eglutės/kolektoriai:

• Aliuminio lydinio anodai, montuojami tiesiai ant įrangos paviršių.
• Standartizuotos anodo sąsajos (pvz., ISO 15589-2).

Džemperiai:

• Aukojami anodai.

4. FPSO apsauga

Korpusas:

• ICCP sistemos su MMO anodais ir didelio{1}}grynumo cinko etaloniniais elektrodais.
• Balasto tankuose naudojami pakabinami aliuminio lydinio anodai.

Švartavimo sistemos:

• Grandinės ir kabeliai apsaugoti aukojamais anodais.

1. Deepwater Environments (>1000m)

Problemos:

• Žema temperatūra ir aukštas slėgis pablogina anodo veikimą.
• Sudėtinga priežiūra, kuriai reikalingas ilgaamžiškumas{0}}.

Sprendimai:

• Didelio{0}}efektyvumo aliuminio lydinio anodai (pvz., Al-Zn-In-Sn).
• ICCP sistemos su labai patikimais platinos{0}}niobio anodais.

2. Katodinis ekranavimas

Problema:

• Izoliacijos sluoksniai arba storos dangos neleidžia srovei pasiekti metalinius paviršius.

Sprendimai:

• Naudokite laidžias dangas arba vietines pliko metalo konstrukcijas.
• Venkite ekranavimo zonų anodo vietoje.

3. Dinaminės apkrovos (pvz., keltuvai, trumpikliai)

Problema:

• Nuovargio įtempiai pagreitina koroziją.

Sprendimai:

• Lanksčios anodo juostelės (pvz., polimerinių kabelių anodai).
• Optimizuokite anodo pasiskirstymą, kad sumažintumėte įtempių koncentraciją.

4. Mikrobiologiškai paveikta korozija (MIK)

Problema:

• Sulfatus{0}}redukuojančios bakterijos (SRB) klesti jūros dugno nuosėdose.

Sprendimai:

• Padidinkite apsaugos potencialą (-0,95 V, palyginti su Ag/AgCl).
• Derinkite su apdorojimu biocidais.

1. Galimas stebėjimas:

• Reguliarūs platformos / dujotiekio potencialo narai arba ROV patikrinimai.
• Įdiekite nuolatinius atskaitos elektrodus + duomenų kaupiklius (pvz., giliavandenių projektų).

2. Anodo keitimas:

• Likę masės anodus pakeiskite<20% (via ROV or divers).
• Kasmetiniai ICCP lygintuvų ir anodo suvartojimo patikrinimai.

1. Tarptautiniai standartai:

• ISO 15589-2: Naftos ir gamtinių dujų pramonė - Vamzdynų transportavimo sistemų katodinė apsauga. 2 dalis. Jūros vamzdynai.
• DNV-RP-B401: katodinės apsaugos dizainas.
• NACE SP0176-2022: stacionariai įrengtų plieninių atviroje jūroje konstrukcijų, susijusių su naftos gamyba, panardintų teritorijų korozijos kontrolė.

2. Kinijos standartai:

• SY/T 10008-2016: Korozijos kontrolė visiškai panardintoms stacionarių jūrinių plieno naftos gamybos konstrukcijų zonoms.
• SY/T 7699-2023: Įspūdinga dabartinė atviroje jūroje naudojamų plieno konstrukcijų katodinė apsauga.

• Petrobras Budzios-11 & Mero 4-11 naftos ir dujų telkinių povandeninė gavybos sistema
• TPAO Sakarya dujų lauko plėtros projekto I etapas povandeninės gamybos sistema.
• CNOOC Lingshui 17-2 ir 25-1 dujų lauko plėtros povandeniniai vamzdynai.
• Niger{0}}Benino eksporto povandeninio vamzdyno katodinės apsaugos projektas.
• Bangladešo vieno taško švartavimosi ir dviejų povandeninių vamzdynų projektas.
• Dongying uosto 250 000 tonų žalios naftos importo terminalo ir povandeninio vamzdyno projektas.
• CNOOC Lingshui 17-2 pusiau povandeninė gamybos saugojimo platforma (FPSO).
• Kataro NOC Ruya naftos telkinių plėtros šulinių platformos ir povandeniniai vamzdynai.

Naftos ir dujų projektuose jūroje katodinė apsauga yra pagrindinė korozijos prevencijos technologija. Pasirinkimas tarp aukojamo anodo ir įspūdingos srovės metodų priklauso nuo vandens gylio, aplinkos ir struktūros tipo, papildyto ROV stebėjimu, ilgaamžėmis medžiagomis (pvz., MMO titano anodais) ir išmaniosiomis valdymo sistemomis (pvz., transformatorių lygintuvais). Tinkamai suprojektavus, įrenginio eksploatavimo laikas pailgėja ilgiau nei 30 metų, todėl žymiai sumažėja eksploatavimo sąnaudos ir nuotėkio rizika.