海洋平台腐蚀与防护1

第一章前言

1.1 国内外海洋平台事故

近30年来，海洋腐蚀向人类敲响的警钟。1980年3月，在北海艾克菲斯油田上作业的“亚历山大·基定德”号钻井平台，在8级大风掀起的高6∽8m的海浪的反复冲击下，5根巨大的桩腿中的D号桩腿因6根主撑管先后断裂而发生剪切断裂，万余吨重的平台在25min 内倾倒，使123人遇难，造成近海石油钻探史上罕见的灾难。挪威事故调查委员会检查报告表明，D号桩腿上的D-6主撑管首先断裂。该主撑管曾经开过一个直径325mm的孔，并焊上一个法兰，准备安装平台定位声纳装置，实际上后来并未安装，开裂就是从这个法兰角的6mm焊缝处开始的，裂纹在海浪与荷载的反复作用下不断扩展，最后导致平台沉没。

2010年9月7日23时，山东东营胜利油田位于渤海的作业3号修井作业平台受玛瑙台风影响(风力最大时阵风9级，浪高近4米)平台发生倾斜发生倾斜45度事故。平台上4人落水，32人被困平台。目前已有34人获救。平台设计通常都考虑台风的影响，况且又是在中国的内海-渤海，我觉得平台倒塌与海洋腐蚀应有一定的关联。

1.2 腐蚀工程

腐蚀工程包括腐蚀原理和防护技术两部分。

腐蚀原理是从热力学和动力学方面解释和论述腐蚀的原因、过程和控制。

防护技术泛指防止或延缓腐蚀损害所采用的有效措施。大体上有以下几种：

①选择材料，根据使用环境合理选用各类金属材料或非金属材料；

②电化学保护技术，主要是阴极保护技术、阳极保护技术与排流技术；③表面处理技术，如磷化、氧化、钝化及表面转化膜；

④涂层、镀层技术，主要有涂料、油脂、镀层、衬里与包覆层等；

⑤调节环境，即改善环境介质条件，如封闭式循环体系中使用缓蚀剂、调节pH值，以及脱气、除氧和脱盐等；

⑥正确设计与施工，从工程与产品设计时就应考虑腐蚀问题，如正确选材与配合，合理设计表面与几何形状，严格施工工艺，采取保护措施，特别是防止接触腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀及焊接腐蚀等。

由此可见，腐蚀工程涉及的专业知识领域很广，主要有冶金、材料、机械、表面处理、化学、

化工、电子、生物和环境科学等。

第二章 海洋腐蚀

2.1 海水性质

海水中是最丰富的天然电解质溶液，通常海水中的含盐量为3.2～3.75%(港口因有淡水稀释，盐度可能低达1.0%)，海水中的pH 值为8～8.2之间。

在海水中影响金属腐蚀的因素可分为化学因素、物理因素和生物因素三大类，这些因素是互相关联且互相有影响的。

在海水中影响腐蚀的因素

2.2 腐蚀环境分区

海洋环境的腐蚀情况可分五大区，即海上大气区、飞溅区(或飞沫区)、潮差区、全浸区和海底土壤区五部分。

图2.1 海上腐蚀环境的分区

化学因素

物理因素 生物因素 溶解的气体

氧气

二氧化碳

化学平衡

盐含量 (氯离子，溴离子和碘离子，硫酸根离子，镁离子等) pH 值 碳酸盐溶解状况 流动速度 气泡 海水中悬浮物 冲击和划伤 温度 压力 风力

污损生物 藻类 藤壶等附着动物 海中植物的生活 产生氧气

消耗二氧化碳

海中动物的生活

消耗氧气

发生二氧化碳

海中微生物的生活

产生硫化氢

产生有机酸

1)海上大气区：指高出海平面2米以上的部分，波浪打不到，潮水不能淹没的地方。它的腐蚀因素虽然和内陆的大气腐蚀相类似(如空气中的氧气和日光等)，但海上的湿度通常高于大陆，还存在着“气溶胶”形式的盐雾(见上节)，故其腐蚀环境比一般的大气腐蚀要严重些。钢铁腐蚀速度约为20～70微米/年(荷兰)。

2)飞溅区(飞沫区)：指高出海平面0～2米的部分，经常受海水波浪飞沫冲击的地区。由于在飞溅区，氧气的供应十分充足，氧气的去极化作用促进了钢的腐蚀，同时，浪花的冲击有力地破坏了保护膜(干湿交替)，故此处是腐蚀最严重的部分(图中的第一最大值)。碳钢的平均腐蚀速度可达500微米/年，约为全浸区的5倍。

3)潮差区：即在涨潮时浸在水下，在落潮时在水线上的地区。从理论上说，海水平面由于氧气的供应不均匀，在水面上下造成了氧气浓差，水线上下形成大型的氧气浓差电池。空气中部分氧气供应最充分，故为阴极，受到保护，腐蚀较小(曲线中的极小值)；恰好浸在海水线下的部分为阳极，腐蚀极其严重(图中的第二极大值)。但因海浪和风的冲击，干湿边界瞬即变化，故总的来说，这部分(从海平面到海平面下约1米的地方)也是腐蚀比较严重的地区之一。钢铁腐蚀速度可达120～270微米/年(荷兰)。

4)全浸区：这部分的腐蚀受到海中溶解氧气，盐浓度，流速，水温，海生物，pH值和流砂的影响，它又可分为三个区域：

①浅海区。为自海面至海平面下50米处，因溶解氧气浓度较高，故腐蚀较严重。

②中等深度区。为海平面下50～200米处，腐蚀程度中等。

③深海区。为海平面下200米以上，因溶解氧气浓度较低，故程度较小。此三区的钢材平均腐蚀速度为26～90微米/年。

5)海底土壤区：受到细菌腐蚀及污染的土壤堆积腐蚀，腐蚀情况比较和缓。钢材腐蚀速度为15微米/年。

2.3 腐蚀类型

2.3.1 海洋环境中金属的局部腐蚀

2.3.1.1 点蚀

点蚀又称孔蚀，是在金属表面产生小孔的一种局部腐蚀形态。

点蚀的形成可以被划分为三阶段：①可溶性杂质的溶解，而留下微型空腔；②氯离子在择优的几何条件下(例如空腔有足够的深度)，在微型空腔中聚集(点蚀酝酿阶段)；③点蚀的引发和生长阶段。

2.3.1.2 缝隙腐蚀

浸在海水中(或其他腐蚀介质中)的金属表面上，在缝隙和其他隐蔽的区域内常常发生强烈的局部腐蚀，称为缝隙腐蚀

缝隙腐蚀和点蚀的相互关系：通常，缝隙腐蚀所引起的危害比点蚀更大。与点蚀相比较，在同样条件下，缝隙腐蚀可能有更大的腐蚀电位差，或者有更强的腐蚀电流密度。

2.3.1.3 流动腐蚀、冲刷腐蚀和空蚀

海水流动一方面使溶存氧含量增高，另一方面能冲刷损伤金属的保护膜。因此，在流动的方向和速度不变时，管道腐蚀不大，而在水流被迫改变方向时(如弯头或三通处)则因受到冲击，故腐蚀也比较严重。在湍流状态，腐蚀也比层流区严重。

空蚀是空泡腐蚀的简称，有时也称泡蚀。

2.3.1.4 电偶腐蚀

当两种不同金属浸在腐蚀性溶液中，两种金属之间通常存在着电位差(又称电压)，若这两种金属互相接触(或用导线接通)，这种电位差就会驱动电子在它们之间流动。此种耐蚀性较差的(贱金属)，在接触后的腐蚀速度增加(此金属成为阳极)；耐蚀性较强的金属(贵金属)，则腐蚀速度下降(此金属成为阴极)。因这类腐蚀形态涉及到电流和不同的金属，故称为电偶腐蚀，又称双金属腐蚀。

2.3.1.5 电解腐蚀(电蚀)

电蚀和电偶腐蚀的区别：电解腐蚀通常被简称为电腐蚀或电蚀，它和电偶腐蚀不同，是外来电源供应的电流引起的腐蚀。这种腐蚀的驱动力——电流——通常是无意中形成的，是

安装不正确的电路中发散出来的(例如，接地不正确)，通常称为杂散电流。故电蚀又可称为杂散电流腐蚀。

不管同种金属还是异种金属，都可以发生电蚀，而且，这种杂散电流还可能克服电偶腐蚀电流，从而迫使在正常条件下不会发生腐蚀的贵金属也会发生腐蚀。

2.3.1.5 合金选择腐蚀

合金选择腐蚀又称为选择性腐蚀或选择性浸出，它是由于腐蚀作用而从一种固体合金中只除去其中一种元素的过程。

2.3.1.6 应力腐蚀开裂

稳态时的张应力和特种腐蚀介质的共同作用所引起的某些金属的开裂，叫做应力腐蚀开裂(简而言之，应力腐蚀开裂是应力和腐蚀的联合作用而引起的开裂)。

可能发生应力腐蚀开裂的应力总是低于这种金属在正常条件下发生断裂所需要的应力，就是低于金属的抗断强度。

点蚀或缝隙腐蚀是引起应力集中常见原因，锐角处也常成为开裂扩大的起点。

2.3.1.7 氢脆

氢脆的原因是氢原子扩散进入金属结构，氢溶解在金属中而生成脆性的氢化物。氢脆易于引起应力腐蚀开裂，也有人把它叫做氢脆开裂，以区别于阳极性应力腐蚀开裂。

2.3.1.8 晶间腐蚀

晶间腐蚀是应力腐蚀开裂的原因之一，它还可以使合金碎裂、片状脱落或丧失强度。晶间腐蚀不易察觉，所以它是许多灾难性事故的常见原因。

晶间腐蚀是由晶界的杂质，或晶界区某一合金元素增多或减少而引起的。

为防止晶间腐蚀，可以在使不锈钢中的碳含量降到0.03%以下(愈低愈好)，或在不锈钢中添加易于和碳反应的稳定剂元素，如铌和钛等，或使用固溶淬火法，即加热到1066—1121℃，然后用水淬火，可减少晶间腐蚀的危险。

2.3.1.9 振磨腐蚀

两固体材料之间互相接触的表面，由于振动和滑动使金属表面的保护膜损伤，所引起的腐蚀称为振磨腐蚀。涂布防锈润滑油，提高光洁度和滑性，降低磨擦力，避免振动，提高金属的耐磨性、硬度和韧性等方法都能减少或避免振磨腐蚀。

2.3.2 海洋环境中金属的疲劳腐蚀

金属在交变的循环应力(如拉伸应力和压缩应力的交替进行)作用下发生破裂的倾向，通常称为“疲劳”。

在存在腐蚀介质时，材料的抗疲劳性能就会下降，这就是腐蚀疲劳。

在海水或其他水溶液中，引发腐蚀疲劳开裂的起点大致上有4类：①点蚀。点蚀孔易于成为开裂的核心部分。②严重形变区的材料的择优溶解。因为形变区可成为局部阳极，未形变区成为阴极。③金属表面的氧化物保护膜的韧性通常不如金属本身的韧性好，在曲折时易

于开裂，这种开裂的裂缝处金属的腐蚀速度快，引起金属腐蚀疲劳开裂。铝即使在空气中也没有腐蚀疲劳极限，而铜在海水中却有良好的抗腐蚀疲劳性能，就可能是因为铝液依靠氧化物膜保护，而铜却不是。④金属表面吸附了污物，引起了表面能量降低，使微小的裂缝得以加速扩展。

2.4 各种材料在海洋环境中的腐蚀及防护

2.4.1 常用的耐腐蚀材料

2.4.1.1 分类

表 2-1 常用的耐腐蚀材料分类

耐腐蚀材料金属材料

黑色金属铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢

有色金属

Al及其合金，Mg及其合金，Ag及其合金

Ni及其合金，Ti及其合金，Ag及其合金稀贵金属Pt,Au,Ru,Rh,Pd,Zr,Hf,Ir及稀土等

非金属材料

无机非金属

材料

碳系：石墨、玻璃碳、碳纤维玻璃钢等

硅酸盐体系：玻璃、陶瓷、水泥（混凝土）

有机非金属

材料

塑料：热塑性塑料、热固性塑料

橡胶：天然橡胶、合成橡胶

涂料

2.4.1.2 具有海洋抗腐蚀性能的材料

1、碳钢

碳钢是指含碳量低于1.7%的铁-碳合金，可分为4类：工业纯铁，含碳量小于0.04%；低碳钢，含碳量在0.04%～0.25%之间；中碳钢，含碳量在0.25%～0.6%之间；高碳钢，含碳量大于0.6%。

钢铁在海水中或在实际工作环境中的腐蚀行为受到很多因素的影响，同一种刚在不同的环境中的腐蚀速度可以差别很大。同一地区的海水对插入钢桩不同部位的腐蚀也不同。飞溅区腐蚀最严重，这一地区供养充分，氧去极化作用强烈，浪花又易冲击破坏保护膜。钢材在海水中还易受到生物腐蚀作用。在海底泥浆区或被污染的海域，危害最大的就是硫酸盐还原菌，它能够使硫酸盐还原成腐蚀性极强的硫化氢和其他硫化物，从而加速钢材的腐蚀。

由于水泥具有很高的碱性，故新鲜水泥和钢接触时有助于防蚀；在钢材中，添加少量的P，Cu，Cr,Al等元素，能明显提高其耐蚀性。

2、不锈钢

不锈钢的耐蚀性主要取决于其含铬量。铬能与氧气快速反应形成一层氧化铬膜，能有效阻止氧气的进一步腐蚀。不锈钢中的镍可提高不锈钢的耐酸性和耐蚀性。

3、铜与铜基合金

在海洋环境中，铜与铜基合金常见的腐蚀类型有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和成分选择性腐蚀（如黄铜脱锌、白铜脱镍）等，此外，还会发生应力腐蚀和腐蚀疲劳。

在海水中，铜与铜合金有较好的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能。其中，白铜是耐海水腐蚀性最好的一类铜合金。铜与铜基合金在海水中具有抗生物污损的能力。

4、镍与镍基合金

虽然纯镍本身也有优良的耐蚀性，但仍和不锈钢一样又发生点蚀的可能性。在镍基合金中，蒙乃尔、哈氏合金C和因科耐尔合金都是奶海洋腐蚀最好的结构材料。镍和镍基合金在海洋气氛中有优异的耐腐蚀性，即使暴露20a 仍能保持金属光泽，在海水全浸区，其耐蚀性也十分优良。它在焊缝区有晶间腐蚀的可能性，但低碳型合金和加银合金就能防止缝隙腐蚀。

5、铝及海洋级铝

防锈铝在海洋潮汐区有较好的耐蚀性；工业纯铝、锻铝的耐蚀性较差；硬铝和超硬铝的包铝层起着牺牲阳极的作用，使基体受到保护，它们的点蚀深度、缝隙腐蚀深度随时间变化不大，暴露16年的点蚀深度小于防锈铝；在海水潮汐区，海生物污损对铝合金的腐蚀有明显影响，它能引起铝合金的局部腐蚀；镁、锰能提高铝合金在海水潮汐区的耐蚀性，硅明显降低铝的耐蚀性，铜严重损害铝的耐蚀性。

6、钛及钛合金

钛及钛合金是目前所知材料中抗常温海水腐蚀性能最好的材料，即使在污染海水、热海水（<120℃）、海泥、流动海水中均具有良好的耐蚀性。其优异的耐蚀性是由于它具有很好的自钝化性，当受到某种程度的破坏时，表面氧化膜或钝化膜可以很快自行修复。

7、其他晶态金属

铅：铅不易被海水腐蚀，其腐蚀速度小于25 um/a。若在表面涂以防蚀底漆和防污漆，则铅的防蚀性能会更加优良。

焊接合金：不管使用何种焊接合金，在焊接后都必须小心清除焊剂，因为任何一种焊剂与海水的联合作用，都将加速腐蚀。

8、无定形合金

无定形合金是一种新材料，无定形结构是热力学的亚稳态结构，其局部腐蚀可能性小于结晶型结构。其具有良好的耐腐蚀性能。

第三章海洋平台腐蚀与防护

3.1 腐蚀环境及特点

3.1.1 腐蚀环境

海洋平台是长期在海上从事钻探和采油生产的人工岛，它的腐蚀环境十分严酷。

（1）海洋平台是在远离港口的外海海域作业，没有防浪堤坝等港口设施保护，每天都要

承受海风、海浪、潮流作用，某些海域的平台还要时常遭受暴风、狂浪、浮冰、地震的袭击。尤其在冬季，有的海域风速达50m/s ，浪高达18m ，潮流达30m/s 。风浪和潮流使平台潮差区和飞溅区腐蚀加剧，冲击力作用到结构上产生应力腐蚀和腐蚀疲劳破坏。

(2)海洋平台结构复杂、体积庞大。除了半潜式平台外，海洋平台大都从海底一直伸展到数十米以上的高空，不仅受到海上大气和海水的腐蚀，还遭受到海水飞溅、潮汐、海泥的腐蚀作用，其中以海水飞溅区的腐蚀及保护问题最为突出。

（3）海洋平台甲板以下部分大都是管桩式结构，焊接节点多，部位集中，不像船舶壳体那样容易保护，并且焊接节点部位是最容易产生严重腐蚀的部位，对其进行保护是格外重要的。

（4）海洋平台大多数不能自航，生产平台不能移动，所以不能像船舶那样可以定期进港维修，这给保护和维修带来了很大困难。平台寿命一般为20～30 a，这就要求保护系统的寿命与之相适应。防护腐蚀的措施要维持这么长时间，实际上会遇到很多困难。

3.1.2 海洋平台腐蚀特点

3.1.2.1 平台腐蚀分区

海洋平台依据用途分为两大类：勘探钻井船和石油生产平台。前者多为移动式，后者多为固定式。但两者所受的腐蚀环境基本相同。如导管架式桩基平台为固定式平台，其结构从上到下可分为井架、甲板及甲板组件、甲板腿、导管架、钢桩等5个部分。

（1）甲板腿以上构件主要在海洋大气中工作，长期遭受风吹、雨淋、日晒、海水烟雾的作用。构建直接在海洋大气中的腐蚀要比滨海陆地海洋大气腐蚀强烈得多。尤其是甲板下部，因长期处于潮湿状态，氧气供应充分，是该地区腐蚀最严重的部位。

（2）甲板腿下部和导管架上部在海水飞溅区和海水干湿交替的潮差区工作。在高潮线以上的飞溅区，由于结构表面长期遭受飞溅海水的不断冲击，表面始终被海水周期性润湿，氧气供应充分，盐分不断浓缩,缺少完全可靠的保护方法，有时还受狂风巨浪和浮冰的冲击，因此，该部位是平台遭受腐蚀最严重的部位。由于各海区的海况不同，飞溅区的范围和腐蚀的严重程度也各不相同。如墨西哥湾腐蚀最严重区约在高潮线以上2m ；阿拉斯加湾可达高潮线以上9m;我国南海的北海港腐蚀最严重区在高潮线以上1.5m处。

（3）导管架中下部常年浸泡在海水里。海水中影响腐蚀的因素主要是海水温度、含氧量、含盐量、pH值、电阻率、流动速度。随着地理位置、季节、深度等不同，有些因素会发生很大变化。由于各个海区环境因素的差异，钢结构腐蚀行为和保护参数也有很大差异。因此从某一海区所得到的腐蚀实验数据和平台防蚀经验，不能盲目地搬用到另一海区平台上。

（4）钢桩结构埋设于海泥中。在海泥区，由于缺氧，腐蚀速度通常是很低的；但在海底沉积物层，由于硫酸盐还原菌的作用而产生的硫化氢可能引起加速腐蚀。

3.1.2.2 海洋平台腐蚀规律

海洋平台腐蚀程度因所使用的钢种和海况不同而有很大差异。腐蚀最严重的部位在平均

高潮线的上方。

3.1.2.3 焊接节点的腐蚀

海洋平台的结构特点之一是广泛采用大型圆筒构件焊接而成的。圆筒相交形成节点。一个能在300 m水深处工作的钻进平台的焊接节点可达300多处。这些节点是平台上的高应力区，除了应力集中外，很可能还同时存在焊接残余应力、焊接缺陷等促进断裂的因素。另外，焊接节点形状复杂，不易得到保护，此结构的其他部分更容易产生点蚀和焊接热影响区腐蚀。

焊接节点处的点蚀和热影响区腐蚀具有不容忽视的危险性。当节点处发生点蚀时，在已经存在的应力集中区域内会发生更高的应力集中，如果应力集中程度足够高，点蚀尖端的应力水平超过许可范围，则会促进使该焊缝开始疲劳断裂。在海水中，当焊缝没有消除应力，有没有足够的阴极保护时，焊缝热影响区优先发生电化学腐蚀，引起焊缝最大应力点处的应力集中并产生尖锐的裂纹。平台的焊接节点在腐蚀和疲劳应力作用下，会在比较少的次数和比较低的应力下发生破坏，这就是腐蚀的疲劳破坏。

3.1.2.4 由于保护失常引起的腐蚀

经验表明，海洋平台的严重腐蚀现象大多是在没有保护或者保护失效及不足的情况下发生的。

（1）1967-1970年间，希尔石油公司在墨西哥湾水深78.6～124.3 m的海区建有12座固定式平台，这些平台都装有阴极保护系统。其中5个平台的设计电流密度在海水区为54mA/m2 ，在海泥区为21.6mA/m2，用焦油环氧绝缘屏，阳极装在距顶部33m处。但2a后阳极绝缘屏漆脱落，发生短路，是有效保护电流只送到3～5m远处，阳极表面形成了PbCl

膜。

2

严重限制了电流的输出。由于保护失效，发现点蚀速度高达2.54～3.05 mm/a。

（2）阿姆科国际石油公司曾对不同海区的平台进行了水下检查，发现一座平台阴极保护不足，使用5a左右，整个平台都发生了腐蚀。焊缝处的点蚀深度大于5mm，汽蚀速度达

2.5mm/a。无阴极保护条件下使用8～10a，5个水平桁材中有3个上面发生了焊接节点裂纹。

3.2海洋平台防蚀方法

3.2.1 常用的防蚀方法

与船舶相比，海洋平台最大的特点是所需保护的结构复杂，体积庞大，长期遭受海洋环境的腐蚀，维修保养困难且费用高昂。这就对海洋平台的保护提出了苛刻的要求，一般要求保护寿命在10～20a以上。

海洋平台的防蚀方法有：①涂料涂装保护法；②阴极保护法；③金属喷镀+涂装保护法；

④无机涂层包覆法；⑤耐蚀金属保护法。

选用防蚀方法需要考虑如下因素：①腐蚀环境（大气区、飞溅区、潮差区、浸水区或海底泥区）；②海区条件（海况、气象条件、海水及海生物附着情况）；③使用寿命；④对工程结构形状和部位的适应性；⑤定期维修保养的可能性；⑥防蚀工程的施工工艺性；⑦经济性等。

水下钢结构防蚀方法的种类及特点：

①涂装（厚膜无机富锌类涂料+厚膜焦油环氧；厚膜无机富锌类涂料+厚膜环氧；厚膜无机富锌类涂料+厚膜乙烯）。特点：用厚膜涂装以增加耐久性，施工费用少，易修补，重涂方便；即使是干湿交替区也可以使用水下硬化型焦油环氧、潮湿面用焦油环氧等进行重涂；目前，厚膜无机锌+焦油环氧系列虽然颜色只限于黑色，单防蚀性能非常优越。

②金属喷镀+涂装（喷镀锌或铝+厚膜焦油环氧；同上+厚膜环氧；同上+厚膜环氧树脂）。特点：把金属喷镀作为防蚀底层与涂装虽然不同，但其特性却与涂装相同；涂膜受到损伤时，铝喷镀的耐久性较好。

③有机涂层（焦油环氧；环氧；聚酯；聚乙烯；氯丁橡胶）。特点：用玻璃纤维和聚酯

等材料加强的涂层耐冲击性好；如果厚膜无机锌和铝喷镀同时用作打底处理，将大大提高防蚀性能；如果氯丁橡胶涂层的粘结剂使用不当，将会降低其耐久性。

④无机涂层（水泥砂浆；水泥混凝土）。特点：由于干燥收缩和外力的作用，产生微裂并存在打桩时耐蚀性差等方面的问题，混入聚合物和纤维，用合成树脂来取代钢筋和水泥，这是目前正在考虑的改进措施，保证均匀性和厚度是非常重要的。

⑤阴极保护。特点：应考虑麻点腐蚀，必须与涂层等其他防蚀方法并用。

⑥乃是包覆金属（梦耐尔合金不锈钢、钛等金属包绕或作为包层钢使用）。特点：抗蚀性特别好，但不锈钢易产生孔蚀，一般存在加工和焊接上的问题；与普通钢相连接的部位易产生电化腐蚀，故必须加强保护；另外，还存在价格高、经济性差的问题。

目前，在海洋大气区和飞溅区的钢结构保护措施主要使用涂装法进行保护。但是现在涂料性能尚不能满足海洋工程使用寿命的要求，所以在设计钢结构厚度时要增加一定的腐蚀余量。

在全浸区，可单独采用阴极保护，或采用涂料层和阴极保护的联合保护措施。对海洋平台全浸区所使用的保护方法进行调查，结果是：用车间底漆+阴极保护法占44%；用涂料层+阴极保护法占56% 。为提高使用寿命，全浸区所使用涂料都采用高性能涂料，并根据使用寿命要求加大漆膜厚度。

3.2.2 阴极保护系统

阴极保护系统有牺牲阳极保护和外加直流电保护两种。

牺牲阳极具有一个理想的特性—平台置于海水中时保护可立即生效，而外加直流保护系统在电源接通前不能起保护作用。牺牲阳极的缺点就是阳极过早消耗、质量大、机械损伤脱落而失去保护、更新费用大。

牺牲阳极的工作特性：开始时阳极电流输出量高，因为此时阳极和平台之间的电位差最大；随着时间的推移，极化作用使结构电位向阳极方向漂移而降低了电位差值，因而降低了输出电流。

3.2.2.1 海洋平台的牺牲阳极保护

1、特点：不需要外加直流电源，但牺牲阳极材料具备电位足够负且长期保持该负电位的电化学性能。

2、优点：①一次投资费用偏低，且在运行过程中基本上不需要支付维护费用；保护电流的利用率较高，不会产生过保护；

②对邻近的地下金属设施无干扰影响，适用于厂区和无电源的长输管道，以及小规模的分散管道保护；

③具有接地和保护兼顾的作用；

④施工技术简单，平时不需要特殊专业维护管理。

3、缺点：

①驱动电位低，保护电流调节范围窄；

②使用范围受土壤电阻率的限制，即土壤电阻率大于50欧·米时，一般不宜选用牺牲阳极保护法；

③在存在强烈杂散电流干扰区，尤其受交流干扰时，阳极性能有可能发生逆转；

④有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更换。

阴极保护方案设计时，应根据强制电流保护和牺牲阳极保护各自的特点与优缺点、实际需要、外界条件和经费指标等因素进行选择使用。

牺牲阳极材料主要采用镁合金、锌合金和铝合金。铝合金阳极的电容量是锌合金的3.6倍，价格却便宜30%，所以，铝合金的安装费和消耗量都比锌合金低。过去，海底管线和平台立柱都使用锌合金阳极，近年来逐步被铝合金阳极所取代。如日本中川防蚀公司安装近

200座平台牺牲阳极保护系统，铝合金就占了95% 。

牺牲阳极的形状是多种多样的，海洋平台钢结构采用较多的是长条状阳极，其断面呈梯形，铸入镀锌的铁脚。所需阳极数量取决于被保护表面的大小、阳极尺寸和使用寿命。阳极在结构上的分布是很重要的。如果阳极在结构上分布不佳且数量不够，则会导致焊接节点出保护不足。

为了重点保护结构结点和焊缝热影响区，使之免遭腐蚀，阳极应距结点近些。

3.2.2.2 海洋平台外加电流保护

1、特点：必须有常年供电的直流电源和长寿命辅助阳极地床。

2、优点：

①驱动电压高，能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流输出量；

②在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中也适用；

③选用不溶性或微溶性辅助阳极时，可进行长期的阴极保护；

④每支辅助阳极床的保护范围大，当管道防腐层质量良好时，一个阴极保护站的保护范围可达数十公里；

⑤对裸露或防腐层质量较差的管道也能达到完全的阴极保护。

3、缺点

①一次性投资费用偏高，而且运行过程中需要支付电费；

②阴极保护系统运行过程中，需要严格的专业维护管理；

③离不开外部电源，需常年外供电；

④对邻近的地下金属构筑物可能会产生干扰作用。

4、分类：悬吊阳极法、固定阳极法和远阳极法。

①悬吊阳极法：在浅海平台可采用悬吊阳极法，即用电缆从平台上悬吊辅助阳极，使辅助阳极在平台范围内处于各个不同深度位置，以提供最佳电流分布，使平台得到良好的保护。水深在30m以下，由于结构复杂性，要求把阳极固定到结构上，或者通过导管架悬吊阳极，电缆在导管内，只许阳极伸到海水中，以防电缆损坏。

②固定阳极法：固定阳极法是将辅助阳极安装在结构表面上，为了获得均匀的电流分布且避免在阳极附近出现过保护，往往需要涂绝缘屏蔽层或者采用悬臂式固定阳极。

评定阴极保护效果的方法:

①最小保护电位:为使金属腐蚀停止进行，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。

美国NACE标准：

1) 施加阴极保护时被保护结构物的负电位至少达到－0.85V或更负(相对饱和硫酸铜参比电极)

2) 相对于饱和硫酸铜参比电极的负极化电位至少为850mV.

3) 在构筑物表面与接触电解质的稳定参比电极之间的阴极极化值最小为100mV。

②最大保护电位:阴极保护电位越负，保护效果就越好，单点保护范围也就越广。但是过负的电位将使被保护金属构件防腐层与管道金属间的结合力遭到破坏，产生阴极剥离，甚至氢脆。

在阴极保护中，提出阴极保护电位值并不是越负越有利于金属的防护，而应有一个绝对值最大的负电位值，称之为最大保护电位。

应用范围:①船舶：船壳、推进器、海水压载舱、船用冷凝器、舵板、海底门、声纳、机舱积水等。

②港工设施和海洋设施：护岸、栈桥、钢板桩码头、海上石油钻井平台、导管架、海底管线、水鼓、浮标、闸门、滑道、过海隧道等。

③陆上金属设施：化工、发电、炼油、石化、制碱等工业系统中的海水冷却器、冷凝器、热交换器、海水泵、贮水罐、循环管路。

牺牲阳极材料主要采用镁合金、锌合金和铝合金。铝合金阳极的电容量是锌合金的3.6倍，价格却便宜30%，所以，铝合金的安装费和消耗量都比锌合金低。过去，海底管线和平台立柱都使用锌合金阳极，近年来逐步被铝合金阳极所取代。如日本中川防蚀公司安装近200座平台牺牲阳极保护系统，铝合金就占了95% 。

目前，大部分海洋平台和全部海底管线都采用牺牲阳极保护法。外加直流保护系统之所以应用不普遍，主要是因为阳极电缆易受到损坏而造成保护中断。因为阳极电缆导管或电缆接头往往或因暴风雨和巨浪冲击而断裂，是系统保护工作失灵。当然牺牲阳极也有因铁脚安装不牢、因碰撞而脱落或因质量不佳而失效的情况。但因其安装数量多，危害相对小些。另外，由于外加电流阴极保护系统在经济性和技术上有其优越之处，加之不断改进，所以应用数量也在不断扩大。

无论哪种阴极保护系统，遭到损坏时都应立即进行维修，水下维修费用是高昂的。

水下结构使用涂料层已经成为减少阴极保护电流需要量的最普通方法，这样可大大降低牺牲阳极的质量，或减少外加直流保护的电流的需要量。因而，近年来建造的平台，大部分都采用优质涂料层加阴极保护的方法来防止平台腐蚀。