石油和天然气行业腐蚀建模的介绍

2014年5月22日

如果您在油气行业从事海上钻探工作,那么腐蚀是您最大的敌人。腐蚀的石油平台是一个危险的平台,在生活和金钱上都可能花费很多。为了避免这种黑暗的命运,您需要通过保护系统保护钢结构免受腐蚀,例如此处显示的阴极保护过程。

石油平台的腐蚀保护

您可以通过多种方法来保护结构免受腐蚀:阴极电流保护(ICCP),阳极保护以及使用牺牲阳极。在此示例中,我们将规定第三种方法。

关于牺牲阳极保护方法

牺牲阳极方法基本上涉及通过牺牲阳极来保护阴极。就油平台而言,钢结构是需要保护的。因此,我们可以通过电子将其连接到较不高尚的金属,即阳极(例如铝)来将钢转换为阴极。

当电极浸入海水中时,较小的高贵金属将呈阳极两极化,钢结构将在阴极上极化。金属阳极将经历阳极溶解。同时,还将减少氧气在钢结构的表面。

描述电极和电解质中氧化和氧的还原
简化的阳极和阴极极化的例证。

氧气还原的电流密度通常受氧气供应的限制。这导致在结构表面的一系列电势差,跨越几百毫伏的电势差。

描绘钢表和牺牲阳极极化的图形
极化:牺牲阳极(蓝色)和钢表面(红色)。

如果您查看上面的图表,请查看它在哪里说“减少氧气”?该标签两侧的虚线表明,当电流流动时,牺牲阳极溶解(蓝线)和阴极氧还原(红线)电流的大小相等。请注意,蓝色极化曲线的确切形状取决于阳极的可及性和数量。

设计注意事项

为了充分保护结构,设计工程师需要确保石油平台的各个部位安全地在受腐蚀保护的范围内。换句话说,阳极传递的电压必须足以使钢减少氧气以平衡电流。您还必须注意避免氢的进化,因为这可能会导致氢化。在此过程中,增加的pH值可能导致在阴极表面形成钙质膜,从而改变表面的电导率。这些沉积物的增长也可以在高保真模型中考虑。

在设计阴极保护系统时,您首先需要在减少氧气中弄清钢结构和海水之间的潜在差异。这样做,您可以确定哪些部分将更容易受到腐蚀 -太晚了。这是腐蚀模块派上用场。

建模腐蚀保护的结果

假设我们将油平台偏振,并将圆柱形牺牲阳极放在结构的接近度中。

阴极偏光油平台的特写景观的示意图,周围是圆柱形牺牲阳极

与其详细介绍如何设置和解决模型,不如说明结果。

您可以通过从模型画廊或从腐蚀模块中的模型库中打开模型(在“阴极保护”部分下)。

首先,让我们检查油平台表面以及阳极上的电解质电势。从表面图中,我们可以看到,远距离受保护的结构与牺牲阳极相距越远,电解质(海水)的电势越低。界面处的电解质电势越低,电位差的越积极在油平台和海水之间。结构越容易发生,氧化就越受保护。自然,我们需要确保我们总是很好地分配牺牲阳极,以保护整个结构。

表面图显示了油平台表面和阳极上的电解质电势

接下来,我们可以看一下一条油平台腿中的电解质电位。腿的内部底部具有最低的电解质电势(最阳极的界面电势差),因此将更容易腐蚀。

表面图显示了一条油平台的电解质电势

最后,我们可以在阳极上绘制当前密度。这很重要,因为当前密度的大小与阳极金属的消耗率成正比。换句话说,这可以帮助我们确定牺牲阳极会持续多长时间。

图描绘了阳极上当前密度的图

现在,我们已经完成了对石油和天然气行业腐蚀建模的简介,您为什么不自己尝试模型?建造它后,您可以尝试围绕阳极移动,甚至可以添加更多以“改造”结构。

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