于傳波

中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司 廣東 深圳 518000

海上石油平臺(tái)作為全球能源供應(yīng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，常年受到海水、濕氣、溫度變化以及生物侵蝕的影響。這種特殊的環(huán)境使得金屬腐蝕成為一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，直接關(guān)系到平臺(tái)的安全運(yùn)營(yíng)和使用壽命。海水中的鹽分、濕氣和氧氣是金屬腐蝕的主要誘因，而溫度的波動(dòng)和生物活動(dòng)則加速了腐蝕過(guò)程。這種腐蝕不僅危及結(jié)構(gòu)安全，還可能導(dǎo)致重大的環(huán)境污染事件，如石油泄漏等。高質(zhì)量的金屬防腐蝕技術(shù)不僅可以提高平臺(tái)的安全性和可靠性，減少事故和損失的風(fēng)險(xiǎn)，而且可以降低運(yùn)營(yíng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 腐蝕分類

1.1 均勻腐蝕

均勻腐蝕是常見(jiàn)的腐蝕形式，表現(xiàn)為金屬表面均勻地失去材料，這種腐蝕通常導(dǎo)致金屬表面出現(xiàn)均勻的銹蝕或蝕刻，但不會(huì)形成孔洞或裂縫。在海洋環(huán)境中，由于海水中含有大量的氯化物，鐵及其合金容易發(fā)生均勻腐蝕。此類腐蝕通常與金屬表面與腐蝕介質(zhì)（如海水中的鹽分和氧氣）的直接接觸有關(guān)。不同類型的金屬和合金對(duì)均勻腐蝕的抵抗力不同。例如，鐵和鋼在海水中更容易均勻腐蝕，而某些不銹鋼和合金顯示出更好的抗腐蝕性能。

1.2 局部腐蝕

局部腐蝕是指金屬材料在特定部位集中發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象，與均勻腐蝕不同，它通常在金屬表面的局部區(qū)域內(nèi)快速進(jìn)行，導(dǎo)致材料性能的嚴(yán)重下降。在海上平臺(tái)的應(yīng)用環(huán)境中，局部腐蝕尤為關(guān)鍵，因?yàn)樗苯佑绊懙狡脚_(tái)的結(jié)構(gòu)完整性和安全運(yùn)行，尤其是在管道上局部腐蝕可導(dǎo)致整條管道失效。局部腐蝕主要可以分為以下幾種類型。

1.2.1 點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕是局部腐蝕的一種常見(jiàn)形式，表現(xiàn)為金屬表面出現(xiàn)微小但深入的坑洞。這種腐蝕通常發(fā)生在被局部化學(xué)或電化學(xué)環(huán)境破壞的區(qū)域，如金屬表面的缺陷或污染物聚集處。在海上平臺(tái)中，點(diǎn)蝕通常發(fā)生在管道和閥門等部件上，尤其是那些接觸海水的部分，因?yàn)楹Ｋ械柠}分和氧化劑可以加劇點(diǎn)蝕的發(fā)展。

1.2.2 縫隙腐蝕

縫隙腐蝕發(fā)生在金屬的縫隙或接合處，如螺栓連接、焊縫和覆層邊緣。這種腐蝕形成的原因通常是由于縫隙區(qū)域中腐蝕介質(zhì)的積聚或流動(dòng)性差，造成局部化學(xué)環(huán)境的變化。在海洋平臺(tái)中，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，縫隙腐蝕常在難以檢測(cè)和維護(hù)的區(qū)域內(nèi)發(fā)生，從而增加了維護(hù)的復(fù)雜性和成本。

1.2.3 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是由于持續(xù)的機(jī)械應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境共同作用而發(fā)生的腐蝕形式。在海上平臺(tái)，由于持續(xù)的海浪、風(fēng)力和操作壓力，結(jié)構(gòu)材料經(jīng)常承受較大的應(yīng)力。當(dāng)這些應(yīng)力與腐蝕性環(huán)境（尤其是含氯離子的海水）結(jié)合時(shí)，就可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的發(fā)生，特別是在高強(qiáng)度鋼材和某些不銹鋼中較為常見(jiàn)。

1.2.4 腐蝕疲勞

腐蝕疲勞是由交變應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用引起的金屬疲勞損傷形式。在海上平臺(tái)，由于機(jī)械載荷和海洋環(huán)境的雙重影響，金屬材料可能會(huì)經(jīng)歷交變應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋的形成和擴(kuò)展。海上平臺(tái)比較典型的場(chǎng)景就是管道系統(tǒng)以及支撐結(jié)構(gòu)。管道系統(tǒng)經(jīng)常承受內(nèi)部流體的壓力變化和外部環(huán)境的腐蝕作用，特別是那些用于輸送腐蝕性流體（如含硫化氫的原油或天然氣）的管道。平臺(tái)的支撐結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架經(jīng)常承受波浪和風(fēng)力的循環(huán)載荷，同時(shí)也暴露在海水腐蝕環(huán)境中。這種腐蝕方式對(duì)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)部件尤為危險(xiǎn)。

2 腐蝕的影響因素

海上石油平臺(tái)的金屬腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，受到多種環(huán)境和操作因素的影響。

2.1 海洋環(huán)境因素

2.1.1 鹽分

海水中的高鹽分是導(dǎo)致金屬腐蝕的主要因素之一。鹽分可以促進(jìn)電解質(zhì)的形成，海水中的鹽分顯著提高了水的電導(dǎo)率。在這個(gè)電池中，金屬的某些部分（陽(yáng)極）失去電子（氧化），而其他部分（陰極）獲得電子（還原）。這種電子流動(dòng)導(dǎo)致陽(yáng)極部位的金屬逐漸溶解，在這種過(guò)程中金屬逐漸損耗。

2.1.2 濕度和溫度

海上平臺(tái)通常處于高濕度環(huán)境，濕氣提供了腐蝕所需的水分環(huán)境，水分在金屬表面形成薄膜，使得電解質(zhì)（如海水中的鹽分）在金屬表面聚集，促進(jìn)電化學(xué)腐蝕過(guò)程。高濕度環(huán)境還增加了金屬表面與腐蝕介質(zhì)的接觸頻率和范圍，加速了金屬的腐蝕速率。濕氣中的水蒸氣可能會(huì)在金屬的微小縫隙或裂縫中凝結(jié)，形成局部電解質(zhì)濃縮區(qū)，導(dǎo)致局部腐蝕，如縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕。

溫度的波動(dòng)也會(huì)影響腐蝕速率，溫度升高通常會(huì)加快腐蝕過(guò)程。隨著溫度的升高，電解質(zhì)（如海水中的鹽分）的活性和離子濃度可能增加，進(jìn)一步促進(jìn)電化學(xué)腐蝕過(guò)程。

2.1.3 氧氣和其他化學(xué)物質(zhì)

氧氣可以直接與金屬發(fā)生反應(yīng)，形成氧化物，這是一種化學(xué)腐蝕過(guò)程，不需要電解質(zhì)的參與。相比于電化學(xué)腐蝕，在海上平臺(tái)這種腐蝕往往比較緩慢。氧氣最主要的腐蝕機(jī)理主要是溶解在海水中的加速電化學(xué)反應(yīng)，它促進(jìn)了陰極反應(yīng)，這通常是金屬腐蝕過(guò)程中的速率控制步驟。

其他的腐蝕性化學(xué)物質(zhì)比如輸油氣管道中存在的H2S、CO2和氯化物等可以形成電解質(zhì)，導(dǎo)致金屬離子化和電化學(xué)腐蝕。水和腐蝕性氣體（如H2S和CO2）共存時(shí)，會(huì)形成酸性環(huán)境，加速管道內(nèi)壁的腐蝕。

2.2 機(jī)械和物理因素

2.2.1 金屬焊接

焊接過(guò)程本身及其結(jié)果對(duì)于金屬材料的腐蝕性能有著顯著影響，特別是在海上平臺(tái)的工作環(huán)境。焊接對(duì)金屬腐蝕速率的影響主要有以下幾個(gè)方面：（1）焊接區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)變化：焊接過(guò)程中的高溫會(huì)改變金屬在焊縫附近的微觀結(jié)構(gòu)，這可能導(dǎo)致焊縫區(qū)域與母材在化學(xué)和物理性質(zhì)上的差異，從而形成腐蝕電池。（2）焊接應(yīng)力和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂：焊接過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力可能導(dǎo)致金屬材料在特定腐蝕環(huán)境下出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。在海上平臺(tái)中，這種現(xiàn)象尤其危險(xiǎn)，因?yàn)槠脚_(tái)經(jīng)常暴露于含有氯離子的海洋環(huán)境中。熱影響區(qū)域受殘余應(yīng)力影響，腐蝕程度較焊縫會(huì)加重[1]。（3）焊接材料的選擇：使用與母材化學(xué)成分或電位不匹配的焊接材料可能加劇焊縫區(qū)域的腐蝕。在海上平臺(tái)中，選擇適合海洋環(huán)境的防腐蝕焊接材料尤為關(guān)鍵，如使用特定合金或耐腐蝕涂層的焊條。（4）焊接質(zhì)量和技術(shù)：焊接缺陷，如氣孔、夾渣、裂紋等，會(huì)成為腐蝕的起點(diǎn)，特別是在海洋環(huán)境中。高質(zhì)量的焊接技術(shù)和嚴(yán)格的焊接質(zhì)量控制是預(yù)防焊接缺陷和相關(guān)腐蝕的關(guān)鍵。（5）后焊處理：后焊熱處理可以減輕焊接引起的應(yīng)力，降低應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚绱蚰ズ屯扛卜栏瘜?，也有助于提高焊接區(qū)域的腐蝕抗性。

2.2.2 異種金屬接觸

當(dāng)兩種不同的金屬或合金在電導(dǎo)性介質(zhì)（如海水）中相互接觸時(shí)會(huì)發(fā)生電偶腐蝕。這種腐蝕在海洋環(huán)境下尤為常見(jiàn)。這種情況下，電位更負(fù)的金屬會(huì)發(fā)生腐蝕，而電位更正的金屬則受到保護(hù)，兩種金屬間的電位差越大，電偶腐蝕的速率通常越高。電偶腐蝕需要兩個(gè)條件：（1）兩種金屬形成電連接；（2）兩種金屬處于同一電解質(zhì)環(huán)境中。

2.2.3 機(jī)械應(yīng)力

海上平臺(tái)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)承受來(lái)自波浪、風(fēng)力和操作活動(dòng)的機(jī)械應(yīng)力。這些應(yīng)力可能導(dǎo)致金屬疲勞，增加腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.4 磨損和損傷

機(jī)械磨損和物理?yè)p傷可以破壞金屬表面的保護(hù)層，比如由于吊裝作業(yè)引起的甲板面油漆受損，會(huì)使其更易受到腐蝕。

2.3 生物因素

海洋中的微生物，如細(xì)菌和藻類，可以導(dǎo)致微生物腐蝕。微生物腐蝕是海上石油平臺(tái)金屬腐蝕中的一個(gè)重要因素，尤其是硫酸鹽還原菌（Sulfate-Reducing Bacteria，SRB）對(duì)金屬管道的影響。SRB 是一類厭氧型微生物，廣泛存在于油氣田污水、油泥、油氣集輸管線、土壤等環(huán)境中[2]。在海上平臺(tái)的環(huán)境中，這些細(xì)菌常常在金屬管道內(nèi)部、儲(chǔ)罐底部或其他缺乏氧氣的環(huán)境中生長(zhǎng)。SRB的代謝活動(dòng)產(chǎn)生的硫化氫是一種強(qiáng)還原劑，可以與金屬反應(yīng)形成金屬硫化物，導(dǎo)致金屬的局部腐蝕。硫化氫還能降低局部環(huán)境的pH值，加速金屬的腐蝕過(guò)程。SRB還可能在金屬表面形成生物膜，這種生物膜不僅為細(xì)菌提供保護(hù)，而且可以集中腐蝕介質(zhì)，加劇局部腐蝕。SRB對(duì)海上平臺(tái)金屬管道的影響主要表現(xiàn)在可以在管道內(nèi)部引起嚴(yán)重的腐蝕，特別是在管道內(nèi)壁或焊縫處。SRB引起的通常難以檢測(cè)，可能導(dǎo)致管道泄漏，進(jìn)而引發(fā)安全事故和環(huán)境污染。

2.4 設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)因素

2.4.1 設(shè)計(jì)缺陷

設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)牟考赡軙?huì)在某些區(qū)域積聚腐蝕介質(zhì)，如排水和排污管線沒(méi)有設(shè)計(jì)坡度，可能會(huì)導(dǎo)致水和污物的局部聚集，引發(fā)局部腐蝕。

2.4.2 材料選擇不當(dāng)

使用不適當(dāng)?shù)牟牧弦矔?huì)增加腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。例如，采油油井生產(chǎn)管柱如果在設(shè)計(jì)選材時(shí)沒(méi)有考慮井下高溫、高壓、腐蝕性介質(zhì)的影響，將存在腐蝕穿孔的風(fēng)險(xiǎn)。

3 常見(jiàn)腐蝕防護(hù)措施

3.1 防護(hù)材料

3.1.1 防腐涂層

應(yīng)用在金屬表面的防腐涂層可以有效地隔絕金屬與腐蝕介質(zhì)（如海水、氧氣）的直接接觸。這些涂層包括環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯和鋅豐富的涂料等。在涂層選擇時(shí)，需考慮涂層的耐化學(xué)性、耐磨性和附著力。

3.1.2 耐腐蝕合金

使用耐腐蝕性能更強(qiáng)的合金材料，如不銹鋼、鎳基合金和銅鎳合金，可以顯著降低腐蝕速率。奧氏體不銹鋼如304、316系列是最常用的不銹鋼類型，尤其是316不銹鋼，由于其增加的鉬含量，對(duì)海水有更好的抵抗力。22Cr雙相不銹鋼比316奧氏體不銹鋼對(duì)氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂具有更強(qiáng)的耐腐蝕性[3]，特別是對(duì)點(diǎn)蝕和裂縫腐蝕的抵抗能力。銅鎳合金也經(jīng)常用于海上平臺(tái)和船舶的海水冷卻系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、公用海水系統(tǒng)中。由于銅鎳合金具有自然的抗生物腐蝕性，它們?cè)诤Ｉ檄h(huán)境中被用作防止生物生長(zhǎng)的表面材料。

3.1.3 犧牲陽(yáng)極

采用犧牲陽(yáng)極，如鋅或鎂合金，可以通過(guò)電化學(xué)原理保護(hù)主體金屬。犧牲陽(yáng)極會(huì)優(yōu)先腐蝕，從而保護(hù)主體金屬不受腐蝕。陽(yáng)極塊通常設(shè)計(jì)在導(dǎo)管架、海管立管等重要設(shè)備上。

3.2 設(shè)計(jì)和工程措施

3.2.1 材料選擇

在設(shè)計(jì)階段，除了選擇耐腐蝕合金外，還要盡量避免將電位差異較大的金屬材料直接接觸，選擇在電化學(xué)系列中電位接近的材料，以減少電位差，從而降低電偶腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。還可以在不同金屬之間使用非導(dǎo)電的絕緣材料，如涂層、墊圈或隔板，來(lái)阻斷電子的流動(dòng)。

3.2.2 設(shè)計(jì)避免縫隙

避免裂縫和引起腐蝕的方法是使用良好的設(shè)計(jì)和施工方法，并使用焊點(diǎn)來(lái)解決源頭的間隙問(wèn)題[4]。對(duì)于螺栓與法蘭之間的不可避免的縫隙處可以采用外涂密封材料的方式隔絕腐蝕介質(zhì)，在管線與支撐之間添加絕緣墊片，這些措施都可以減緩腐蝕發(fā)生。

3.2.3 陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中整合陰極保護(hù)系統(tǒng)，如外加電流陰極保護(hù)，可以有效防止金屬腐蝕。

3.3 維護(hù)和操作策略

3.3.1 加注緩蝕劑

緩蝕劑通過(guò)減緩或阻止腐蝕過(guò)程，保護(hù)金屬管道免受海洋環(huán)境的侵蝕。緩蝕劑的作用機(jī)理主要包括吸附作用和改變電化學(xué)反應(yīng)。吸附作用是指緩蝕劑中的活性成分能在金屬表面形成保護(hù)膜，阻止腐蝕介質(zhì)與金屬的直接接觸。這層薄膜減少了金屬離子的溶解和氧氣的擴(kuò)散，從而降低腐蝕速率。改變電化學(xué)反應(yīng)是指某些緩蝕劑能改變金屬表面的電化學(xué)性質(zhì)，抑制腐蝕電池的形成。加注緩蝕劑時(shí)需要注意確保緩蝕劑在系統(tǒng)中均勻分布，避免局部過(guò)量或不足。要合理設(shè)定緩蝕劑的注入點(diǎn)，以保證全面有效的腐蝕防護(hù)。還要定期對(duì)金屬設(shè)備進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)，評(píng)估緩蝕劑的效果。

3.3.2 定期檢查和維護(hù)

定期對(duì)平臺(tái)進(jìn)行全面檢查，尤其是對(duì)那些難以觀察的部位，以及關(guān)鍵的腐蝕區(qū)域，主要包括對(duì)涂層的完整性、犧牲陽(yáng)極的狀況以及整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)的功能進(jìn)行檢查。

3.3.3 清潔和去污

定期清潔金屬表面，去除海洋生物、鹽分和其他沉積物，可以減少腐蝕的機(jī)會(huì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

海上石油平臺(tái)因長(zhǎng)期暴露于海水、濕氣、溫度變化和生物侵蝕等惡劣環(huán)境下，金屬腐蝕問(wèn)題顯得尤為嚴(yán)重，直接關(guān)系到平臺(tái)的安全運(yùn)營(yíng)和壽命。海水中的鹽分、濕氣和氧氣是主要腐蝕因素，溫度波動(dòng)和生物活動(dòng)則加速腐蝕過(guò)程。技術(shù)人員針對(duì)不同腐蝕類型，如均勻腐蝕、局部腐蝕（點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和腐蝕疲勞）進(jìn)行了詳細(xì)分析。通過(guò)選擇良好防護(hù)材料、改善設(shè)計(jì)和工程措施、優(yōu)化維護(hù)和操作策略等途徑可以提高平臺(tái)防腐蝕能力。