在海洋構筑物和海底管道上已經(jīng)采用強制電流、犧牲陽(yáng)極或者兩種方法結合起來(lái)的陰極保護系統。表16-1列出了各種陰極保護方法的特性和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。對每一構筑物必須具體問(wèn)題具體分析，實(shí)現保護措施的優(yōu)化。例如，海洋平臺實(shí)施強制電流保護中，維和修理很困難，是需要研究解決的重點(diǎn)問(wèn)題;而在港口設施中，這些問(wèn)題可以忽略不計實(shí)施陰極保護前，必須準確了解所要應對的腐蝕介質(zhì)的特性。16.1.1 設計準則

在腐蝕防護系統選擇及保護電流的供給方面涉及大量參數，這些已在前文的章節里進(jìn)行了敘述(見(jiàn)第6章和第17章)。特別是當固定式采油平臺要安置在某個(gè)新地點(diǎn)時(shí)，了解有關(guān)參數是非常有用的，例如水溫、含量、導電率、流速、化學(xué)成分、生物活性、砂的磨損情況等。必須在海洋里指定位置進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的測量，才能確保計算的安

第2.4節里敘述了海水的保護電位。在管道與港口設施中，無(wú)覆蓋層的碳鋼或者覆蓋層厚度超過(guò) 1mm 并且屈服強度達到 800N·mm-2的鋼材沒(méi)有極限負電位U:。但是，如果構筑物處于高度的動(dòng)態(tài)負荷下，因為存在氫致應力腐蝕的危險(見(jiàn)2.3.4節)，這樣的構筑物應當按照規范標準[1~3]的要求，達到表16-2所列的保護電位范圍。

在微威水里，Ag-AgCl電極的參比電位必須根據氯離子含量進(jìn)行校正(即氯離子濃度增大10倍，那么參比電位將朝正值方向偏移約50mV[6])。在屈服強度高于800Nmm-2的高強度鋼的陰極保護中，極限電位U、必定比參比電位至少正0.1V，這不排除對個(gè)別情況進(jìn)行必要的調整(見(jiàn)2.3.4節)。海洋構筑物的水下部分還包含機加工的不銹鋼或有色金屬部件，這些結構性部件必須以適宜的方式附裝在構筑物上，以便對保護電位范圍進(jìn)行觀(guān)察(見(jiàn)2.4節)。涉及多種材料時(shí)，可以采用適宜的犧牲陽(yáng)極布置。

在確定所需要的保護電流時(shí)，應當隔開(kāi)在水中和在海底的受保護的目的物的表面，并隔開(kāi)與受保護的目的物電連通的外部結構的表面。表16-3列出的不同海域的保護電流密度是根據經(jīng)驗和實(shí)際測量得出的。只有在特殊情況下，才有必要在安裝地點(diǎn)事先進(jìn)行保護電流的測量，但是，這樣的調查資料很難說(shuō)明經(jīng)過(guò)很長(cháng)時(shí)間后保護電流的變化情況。如果選用適宜的覆蓋層[4]，在開(kāi)始使用前幾年里的保護電流密度只有表16-3所列值的10%,如果構筑物計劃運行30年，那么有必要達到表16-3所列值的大約50%

鋼結構和管道與鋼筋混凝土構筑物的加強鋼筋或者必須實(shí)現電連通，或者必須實(shí)現電絕緣。假如它們互相電連通的話(huà)，應將大約5mA·m-2的電流密度加到外部加強鋼筋上并且要按總的混凝土表面的面積進(jìn)行計算。

對于在微咸水、港灣水和淡水里的構筑物，應當具體情況區別對待，并要參照從其他裝置上獲取的經(jīng)驗。由于港口設施通常很容易接近，所以如有必要可以將陰極保護裝置向外延伸。

在海洋構筑物的腐蝕防護中，常常發(fā)現隨著(zhù)水深度的增加，腐蝕速率大大減小，甚至在很深的水里，可以不考慮保護。在太平洋進(jìn)行的實(shí)際調研結果就是這些見(jiàn)解的依據[7]然而，這些觀(guān)點(diǎn)并不適用于北海和有油氣鉆采平臺的其他海域。圖16-1所示就是在北海進(jìn)行實(shí)際測量的例子，由圖可見(jiàn)，流速以及隨其發(fā)生的含氧量的增加是導致保護電流密度變化的原因。海水流動(dòng)速度加快，就使更多的氧運移到無(wú)覆蓋層的鋼表面，并由此決定了它的腐蝕速率(見(jiàn)4.1節)。圖16-2所示是海洋平臺電位隨波浪高度的變化情況，此海洋平臺是位于赫古蘭西北80km的Nordsee研究平臺。實(shí)際上，波浪高度受流速的間接影響，在短時(shí)間有暴風(fēng)雨的時(shí)候，觀(guān)察到電位明顯向正值變化。平臺支柱上有不同程度的淘洋生物附著(zhù)量，不斷變化的含氧量與電位之間的關(guān)系[9]也可以被確定。圖16-3所示是波浪高度與電位的同步變化，即使波浪高度只有很小的變化，也能看出電位隨之發(fā)生變化。

實(shí)際上，在記錄這些曲線(xiàn)時(shí)，假設所有其他參數都保持恒定不變，電位變化與波浪高度之間才有這樣的間接關(guān)系。這些電位也會(huì )變得比保護電位Ucwcwso,--0.85V更正。但

是，這是無(wú)害的，對表16-2的值沒(méi)有什么影響。至今人們還沒(méi)有對海洋生物和硫酸鹽還原菌對30年或更長(cháng)的使用壽命可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行充分的研究。隨著(zhù)時(shí)間的推移，海洋生物會(huì )有顯著(zhù)變化，它們能夠改變腐蝕防護的條件，而且在某些情況下，甚至能夠改善防腐狀況。鈣質(zhì)沉積物的形成不是陰極極化的結果，而是海洋動(dòng)物沉積所致。進(jìn)行檢查時(shí)(或者沉積物太厚時(shí))，必須局部清除這些海洋生物附著(zhù)物，特別是在構筑物的節點(diǎn)上。然而這只適用于小面積，而不是整個(gè)構筑物表面。目前人們還沒(méi)有在海洋生物、硫酸鹽還原菌和陰極保護三者之間的相互影響上取得-致看法，尚不知是否可以用陰極保護充分緩解在硬質(zhì)沉積物下面的硫酸鹽還原菌所引起的腐蝕。通過(guò)隨機抽樣試驗，人們可以了解它們在平臺外表面上的特性。在平臺無(wú)法接近的部位(如在內有不流動(dòng)的水的平臺支柱內部或在鋼樁與支柱之間)檢查簡(jiǎn)直是不可能的在這些有腐蝕危險的部位應當采用覆蓋層防腐。

16.1.2犧牲陽(yáng)極保護第6章詳細說(shuō)明了犧牲陽(yáng)極的組成和驅動(dòng)電壓以及它們的材料、大小、用途等，在海上構筑物的標準規范里也有相應的規定[1~3]。犧牲陽(yáng)極總有個(gè)外露的鋼芯便于焊接，或者用電纜與管道連接，即使是出于修理目的，也不允許采用螺紋連接。不宜采用鎂陽(yáng)極因為它們在海水里自腐蝕嚴重。通常在海洋平臺上安裝鋁陽(yáng)極，而在艦船、港口設施和儲

應當提供近海和港口地區用的所有陽(yáng)極的化學(xué)組成，以及它們的電容量(A·b·kg-1)罐上安裝鋅陽(yáng)極。和電流輸出(A)[2,3]，根據這些參數確定陽(yáng)極的幾何形狀和需要的陽(yáng)極數量。只有在特殊情況下才需要根據接地電阻進(jìn)行大量的設計計算，因為實(shí)際上存在太多的不確定因素

在確定陽(yáng)極的質(zhì)量和數量時(shí)，還應有相應的安全余量。

16.1.3 強制電流保護

第7章說(shuō)明了用于強制電流輔助陽(yáng)極的材料、它們的消耗率與使用壽命。第17章所述艦船用的保護電流設備的資料，也適用于海洋平臺。在這些構筑物上使用強制電流系統時(shí)，在規劃階段需要格外周到考慮，因為以后進(jìn)行修理需要的費用非常高。特別是必須恰當設計水下的電纜安裝架，絕對避免它們被波浪和冰塊運動(dòng)以及行船造成機械損壞。保護電流設備應當盡可能靠近陽(yáng)極安裝，但是實(shí)際情況并非總是可能。因此，海洋平臺未必都能夠非常成功地實(shí)施強制電流保護。