拉伸式外加电流阴极保护装置及其使用方法与流程

[0001]
本申请的实施例涉及海洋金属结构防腐技术领域，尤其涉及一种拉伸式外加电流阴极保护装置及其使用方法。


背景技术：

[0002]
在海上石油开发工程中，需要在海上建造采油平台、生活平台、中心处理平台等各种平台。平台一般主要包括：海洋工程组块、水下支撑结构(导管架)及立管等海洋工程结构物，这些海洋工程结构物一般为钢结构。
[0003]
由于海水是一种很强的腐蚀性介质，如果不采取有效的防腐蚀措施，钢质的海洋导管架就会发生严重的腐蚀，导管架腐蚀会缩短平台的服役寿命，增加平台维护和维修的费用。为了防止海水对导管架的腐蚀，一般采用拉伸式或远地式外加电流系统进行阴极保护修复。
[0004]
但无论是拉伸式还是远地式外加电流阴极保护系统，设备费和安装费都很高，而且设备一旦安装后水下部分就无法再进行维修维护，如果水下系统故障只能报废再次安装，从而极大地增加了导管架的阴极保护成本。


技术实现要素：

[0005]
为了实现电流阴极保护装置的回收再利用，降低导管架的阴极保护成本，本申请提供一种拉伸式外加电流阴极保护装置及其使用方法。
[0006]
在本申请的第一方面，提供了一种拉伸式外加电流阴极保护装置，包括拉伸电缆以及设置在所述拉伸电缆末端的声释放器和第一配重块，所述声释放器上连接有第二配重块，在回收所述拉伸电缆时，所述第二配重块被所述声释放器释放，其中，所述第一配重块的重量小于所述第二配重块的重量。
[0007]
优选的，所述第二配重块与所述声释放器连接的侧面上开设有放置槽，所述第一配重块设置于所述放置槽内。
[0008]
优选的，所述拉伸电缆包括中心钢缆和多根防水电缆，在所述拉伸电缆上设置有多个参比电极和多个阳极单体，每个所述参比电极和每个所述阳极单体均连接一根所述防水电缆。
[0009]
优选的，所述拉伸电缆上靠近其首端处设置有对开型分节护管。
[0010]
优选的，所述的外加电流阴极保护装置还包括释放回收组件，所述拉伸电缆设置在所述释放回收组件上，所述释放回收组件用于控制所述拉伸电缆的释放和回收。
[0011]
优选的，所述释放回收组件包括卷缆盘、固定架、动力制动单元以及接线盒；所述动力制动单元和所述卷缆盘固定在所述固定架上，所述接线盒固定在所述卷缆盘的侧壁上，所述动力制动单元用于控制所述卷缆盘的转动和制动；所述拉伸电缆卷在所述卷缆盘上。
[0012]
优选的，所述的外加电流阴极保护装置还包括电源，所述电源的阳极及参比输出
端连接有阳极电缆及参比电缆，所述阳极电缆及参比电缆和所述拉伸电缆的首端在所述接线盒内连接。
[0013]
优选的，还包括导管架，所述电源和所述固定架设置在所述导管架的平台甲板上，所述电源的阴极及参比输出端连接至所述平台甲板。
[0014]
优选的，还包括夹具和固定索，所述固定索的一端连接于所述平台甲板，另一端与所述夹具连接，所述夹具设置在所述拉伸电缆上靠近所述拉伸电缆的首端处。
[0015]
在本申请的第二方面，提供了一种如第一方面中任一项所述的外加电流阴极保护装置的使用方法，包括：在外加电流阴极保护装置安装时：将电源和释放回收组件安装在导管架上，并将电源的阴极及参比输出端通过电缆连接至导管架的平台甲板上；将拉伸电缆收卷到释放回收组件的卷缆盘上，并通过导管架平台吊机吊起第二配重块放入水中，同时控制卷缆盘缓慢释放拉伸电缆，直至第二配重块到达海底指定位置；在第二配重块到达海底指定位置后，控制卷缆盘缓慢回收拉伸电缆，使得拉伸电缆张紧后进行制动；在外加电流阴极保护装置回收时：拆除夹具和固定索，控制声释放器释放第二配重块，控制卷缆盘缓慢回收所述拉伸电缆。
[0016]
在本申请的实施例提供的拉伸式外加电流阴极保护装置及其使用方法中，在拉伸电缆的末端设置声释放器和第一配重块，并在声释放器上连接有第二配重块，第二配重块能够在拉伸电缆释放完成后为拉伸电缆提供拉力，避免拉伸电缆随海浪运动，在拉伸电缆回收时，由声释放器释放第二配重块，在回收过程中第一配重块为拉伸电缆提供拉力，能够避免在回收过程中拉伸电缆随海浪飘动，使得拉伸电缆具有可回收性，从而能够实现拉伸电缆的回收再利用，进而能够降低导管架的阴极保护成本。
[0017]
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
[0018]
结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
[0019]
图1示出了根据本申请的实施例的拉伸式外加电流阴极保护装置在导管架上的安装示意图；
[0020]
图2示出了根据本申请的实施例的释放回收组件的结构示意图；
[0021]
图3示出了根据本申请的实施例的拉伸电缆的结构示意图。
[0022]
其中：
[0023]
100、电源；101、平台甲板；102、锚固点；
[0024]
200、电源；
[0025]
300、释放回收组件；301、卷缆盘；302、固定架；303、动力制动单元；304、接线盒；
[0026]
400、拉伸电缆；401、防水电缆；402、中心钢缆；403、参比电极；404、阳极单体；405、夹具；406、固定索；407、护管；
[0027]
500、声释放组件；501、声释放器；502、第一配重块；503、第二配重块；504、备用绳。
具体实施方式
[0028]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]
在采用牺牲阳极法阴极保护装置对导管架进行防腐时，在其整个寿命周期的初期会发生较大的保护电流，使导管架表面形成致密的钙镁沉积层以对导管架表面形成保护，因此牺牲阳极法阴极保护装置的寿命周期的中后期产生的电流会大大减小，以维持整个设计寿命需要。
[0030]
但是，由于海流、水温等种种原因，有时导管架形成钙镁沉积层所需保护电流超过牺牲阳极法阴极保护装置所能提供的最大保护电流，从而造成导管架表面始终无法形成致密沉积层保护，导致牺牲阳极法阴极保护装置消耗过快而达不到其设计寿命，造成导管架局部欠保护甚至整个牺牲阳极法阴极保护装置失效。
[0031]
如果用于导管架的牺牲阳极法阴极保护装置能够回收利用再利用，那么则可以大大降低导管架的阴极保护成本，但是牺牲阳极法阴极保护装置的水下部分一旦安装后就无法再进行维修维护，出现故障只能报废，再次重新安装。
[0032]
为解决上述问题，本申请的实施例提供了一种外加电流阴极保护装置及其使用方法。
[0033]
下面首先对本申请实施例提供的拉伸式外加电流阴极保护装置在导管架上的安装方式进行介绍。
[0034]
参见图1，拉伸式外加电流阴极保护装置包括电源200、释放回收组件300、拉伸电缆400以及声释放组件500。
[0035]
设置在海洋里的导管架100具有平台甲板101，电源200和释放回收组件300设置在导管架100的平台甲板101上，声释放组件500连接至拉伸电缆400的末端。
[0036]
在一些实施例中，电源可以选用大功率的柜式电源，该柜式电源放置在导管架100的平台甲板101上，例如为了增加柜式电源的稳定性，可以通过螺栓将其固定在平台甲板101上，也可以将其焊接在平台甲板101上。
[0037]
需要说明的是，大功率的柜式电源例如可以选用最大输出电流可达1000a的柜式电源，其可以采用可控硅整流元件、油冷冷却方式。柜式电源的外壳可以采用316不锈钢防爆外壳，从而能够使得其耐海洋大气腐蚀。柜式电源可以具备电位检测和断电电位检测功能，能够防止海水中辅助阳极电场对检测电位的影响。柜式电源还可以具备数据存储和远传远控功能。
[0038]
在一些实施例中，参见图2，释放回收组件300包括卷缆盘301、固定架302、动力制动单元303以及接线盒304。固定架302固定在导管架100的平台甲板101上，动力制动单元303和卷缆盘301固定在固定架302上，动力制动单元303用于驱动卷缆盘301转动以及对卷缆盘301进行制动，接线盒304固定在卷缆盘301的侧壁上。
[0039]
在一些实施例中，拉伸电缆400设置在释放回收组件500上，释放回收组件500能够控制拉伸电缆400释放和回收，以使得拉伸电缆400的末端能够进入到海底指定位置和拉伸电缆400的回收。
[0040]
具体地，参见图3，拉伸电缆400为复合电缆，其包括中心钢缆402和多根防水电缆401，在拉伸电缆400上设置有多个参比电极403和多个阳极单体404，其中，每个参比电极403和每个阳极单体404均连接一根防水电缆401，多个参比电极403和多个阳极单体404例如可以在拉伸电缆400上沿其延伸方向交错分布，例如也可以按一定的顺序进行分布，其具体的分布方式本申请实施例不作限定。
[0041]
并且，参比电极403和阳极单体404的数量可以根据导管架100的欠保护情况进行设置。需要说明的是，参比电极403可以为双参比电极，其包含高纯锌参比电极和银/卤化银参比电极，其使用寿命大于15年。还需要说明的是，参比电极403可以采用水密插件和拉伸电缆400固定连接，方便进行更换。
[0042]
在一些实施例中，多根防水电缆401围绕在中心钢缆402的外部，每根防水电缆401的导体和一个参比电极403或一个阳极单体404连接，阳极单体404可以通过密封件和固定件固定在拉伸电缆400上。阳极单体404可以由mmo、铂铌复合材料或镀铂钛材料制成。
[0043]
在一些实施例中，拉伸电缆400在卷绕在卷缆盘301上时，其包含的防水电缆401和中心钢缆402分离设置，并且多根防水电缆401的首端接在接线盒304处，电源200的阳极及参比输出端通过阳极电缆及参比电缆也连接至接线盒304处，从而通过接线盒304使得防水电缆401连接至电源200的阳极及参比输出端，电源200的阴极及参比输出端可以通过普通电缆连接至导管架100的平台甲板101上。
[0044]
下面将对本申请实施例提供的外加电流阴极保护装置安装在导管架上后的释放回收过程进行介绍。
[0045]
在一些实施例中，拉伸电缆400的末端连接有声释放组件500，声释放组件500包括声释放器501、第一配重块502和第二配重块503。在一个例子中，拉伸电缆400的末端处的中心钢缆402可以连接有索节，声释放器501的上端通过卸扣和索节连接，声释放器501的下端通过卸扣连接第二配重块503。在另一个例子中，第一配重块502可以通过备用绳504连接至中心钢缆402的末端，例如备用绳的一端通过卸扣和中心钢缆402上的索节连接，另一端连接第一配重块502。
[0046]
在对拉伸电缆400进行释放时，可以采用在甲板平台101上的吊机吊起第二配重块503放入海水中，同时释放回收组件300缓慢释放拉伸电缆400，直至将第二配重块503放置海底指定位置处，为保证第二配重块503释放位置的准确性，可以在释放过程中采用rov跟踪观察，待第二配重块503被放置在指定位置后将吊机接口回收吊索具，此时拉伸电缆400处于松弛状态，可以缓慢回收卷缆盘，直至拉伸电缆400张紧后对卷缆盘进行制动。
[0047]
为保证拉伸电缆400与导管架100安装的稳固性，可以在靠近拉伸电缆400的首端处设置有夹具405，并且在平台甲板101上设置有固定索406，固定索406同时也与夹具405连接，以加强对拉伸电缆400的固定。
[0048]
在本申请实施例中，夹具405可以由耐海水不锈钢材料制成；固定索406和中心钢缆402可以由镀锌碳钢材料制成，外部包覆聚乙烯；索节和卸扣均可以由镀锌钢材料制成，外部加装牺牲阳极；第二配重块503可以为钢筋混凝土结构或碳钢加装牺牲阳极，钢筋焊接牺牲阳极防止腐蚀，混凝土外部涂刷耐海水涂层。
[0049]
在一些实施例中，在对拉伸电缆400进行释放时，为防止第一配重块502在释放过程中的晃动，可以在第二配重块503与声释放器501连接的侧面上开设有放置槽，将第一配
重块502设置于放置槽内，能够避免第一配重块502在拉伸电缆释放过程中的晃动。当然，第一配重块502和放置槽可以间隙配合，以避免回收拉伸电缆400时第一配重块502不容易从第二配重块503上脱落。
[0050]
在一些实施例中，拉伸电缆400穿越海面时，可以在拉伸电缆400上设置有护管407，以防止海浪和浮冰损坏拉伸电缆400，例如，护管407可以选用对开型分节护管。
[0051]
在对拉伸电缆400回收时，通过设置在平台甲板101上的声释放器控制系统向声释放器501发送控制信号，使得声释放器501下端的锁环打开，第二配重块503从声释放器501的下端脱离，通过卷缆盘301缓慢回收拉伸电缆400，在回收过程中，第一配重块502从第二配重块503的放置槽中脱离，并且在整个回收过程中为拉伸电缆400提供拉力，使得拉伸电缆400的末端始终受力，从而能够防止拉伸电缆400随海流飘动、晃动。
[0052]
需要说明的是，导管架100表面形成致密钙镁沉积层后可对拉伸电缆400进行回收，在回收前需要拆除掉设置在平台甲板100上的固定索406和设置在拉伸电缆400上的夹具405。
[0053]
在本申请的实施例中，第一配重块502的重量小于第二配重块503的重量，从而第二配重块503能够在拉伸电缆400的末端到达海底指定位置时对拉伸电缆400的末端进行定位，同时在拉伸电缆400张紧时第二配重块503也不会被拉起，第一配重块402能够在回收拉伸电缆400时始终使得拉伸电缆400受力，不会随随海流飘动、晃动，也减小了拉伸电缆400回收的难度。本领域技术人员可以根据实际需求来具体配置第一配重块的重量和第二配重块的重量。
[0054]
在另一种可选的实施方式中，声释放器501也可以固定在导管架100下部的锚固点102上。
[0055]
在另一方面，本申请的实施例还提供了一种使用外加电流阴极保护装置的方法，其具体包括以下步骤：
[0056]
在外加电流阴极保护装置安装时：
[0057]
步骤1，将电源和释放回收组件安装在导管架上，并将电源的阴极及参比输出端通过电缆连接至导管架的平台甲板上。
[0058]
步骤2，将拉伸电缆收卷到释放回收组件的卷缆盘上，并通过导管架平台吊机吊起第二配重块放入水中，同时控制卷缆盘缓慢释放拉伸电缆，直至第二配重块到达海底指定位置。
[0059]
步骤3，在第二配重块到达海底指定位置后，控制卷缆盘缓慢回收拉伸电缆，使得拉伸电缆张紧后进行制动。
[0060]
在外加电流阴极保护装置回收时：
[0061]
步骤4，拆除夹具和固定索，控制声释放器释放第二配重块，控制卷缆盘缓慢回收所述拉伸电缆。
[0062]
在一些实施例中，可以在导管架表面形成致密钙镁沉积层后，对外加电流阴极保护装置进行回收。
[0063]
在另一些实施例中，也可以在外加电流阴极保护装置水下部分需要维护时，对外加电流阴极保护装置进行回收。
[0064]
综上，根据本申请的实施例，在拉伸电缆的末端设置声释放器和第一配重块，并在
声释放器上连接有第二配重块，第二配重块能够在拉伸电缆释放完成后为拉伸电缆提供拉力，避免拉伸电缆随海浪运动，在拉伸电缆回收时，由声释放器释放第二配重块，在回收过程中第一配重块为拉伸电缆提供拉力，能够避免在回收过程中拉伸电缆随海浪飘动，使得拉伸电缆具有可回收性，从而能够实现拉伸电缆的回收再利用，进而能够降低导管架的阴极保护成本。
[0065]
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。