Τεχνολογία Καθοδικής Προστασίας (CP) σε έργα υπεράκτιων πεδίων πετρελαίου και φυσικού αερίου

Η τεχνολογία καθοδικής προστασίας (CP, Cathodic Protection) είναι ζωτικής σημασίας σε έργα υπεράκτιων κοιτασμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για την πρόληψη ηλεκτροχημικής διάβρωσης μεταλλικών εγκαταστάσεων (π.χ. πλατφόρμες, αγωγοί, υποθαλάσσιος εξοπλισμός) που εκτίθενται σε θαλασσινό νερό, λάσπη βυθού και παλιρροϊκές ζώνες.

Διορθώθηκαν πλατφόρμες ανοικτής θαλάσσης (μπουφάν και επάνω μέρος)

• Πόδια μπουφάν: Κατασκευές στήριξης βυθισμένες σε θαλασσινό νερό και λάσπη βυθού.
• Σωληνωτοί σύνδεσμοι χιτώνων: Συγκολλημένες περιοχές επιρρεπείς στη διάβρωση.
• Κατασκευές στήριξης από την κορυφή: Βυθισμένα τμήματα.

Υποθαλάσσιοι αγωγοί

• Αγωγοί ανθρακούχου χάλυβα: Εξωτερικοί τοίχοι εκτεθειμένοι στο θαλασσινό νερό. εσωτερικά τοιχώματα μπορεί να μεταφέρουν διαβρωτικά μέσα (π.χ. CO2, H2S).
• Μονωμένοι αγωγοί (π.χ. Σωλήνας-στον-σωλήνα): Απαιτείται εξειδικευμένος σχεδιασμός για την αποφυγή καθοδικής θωράκισης.

Υποθαλάσσια Συστήματα Παραγωγής

• Χριστουγεννιάτικα δέντρα, συλλέκτες: Εξοπλισμός υψηλής αξίας-βυθισμένος για μακροχρόνια-στο θαλασσινό νερό.
• Jumpers, rirs: Δυναμικές περιοχές φόρτωσης ευαίσθητες στη διάβρωση λόγω κόπωσης.

FPSO (πλωτές μονάδες αποθήκευσης και εκφόρτωσης παραγωγής)

• Γάστρα: Χαλύβδινες πλάκες σε επαφή με θαλασσινό νερό.
• Δεξαμενές έρματος: κλειστοί υγροί χώροι επιρρεπείς στη διάβρωση.

Υποθαλάσσια καλώδια και συστήματα γείωσης

• Στρώματα θωράκισης καλωδίων: Τα μεταλλικά στρώματα θωράκισης απαιτούν αντιδιαβρωτική προστασία.
• Ηλεκτρόδια γείωσης ανόδου: Αποτρέψτε τη διάβρωση του αδέσποτου ρεύματος.

1. Θυσιαστική άνοδος CP (SACP)

Ισχύοντα σενάρια:

• Περιβάλλοντα θαλασσινού νερού.
• Μικρές κατασκευές ή τοπική προστασία.
• Υποθαλάσσιες εγκαταστάσεις χωρίς παροχή ρεύματος.

Κοινά υλικά ανόδου:

• Άνοδοι από κράμα αλουμινίου: Πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες, τάση οδήγησης -1,1 V (έναντι Ag/AgCl), διάρκεια ζωής 25-50 χρόνια.
• Άνοδοι από κράμα ψευδαργύρου: Τάση κίνησης -1,05 V, κατάλληλη για νερά χαμηλής- θερμοκρασίας ή χαμηλής αλατότητας.

Μέθοδοι εγκατάστασης:

• Συγκόλληση ή βίδα (π.χ. πόδια πλατφόρμας, σωληνώσεις).
• Αναρτημένη εγκατάσταση (π.χ. δεξαμενές έρματος FPSO).

2. Impτροποποιημένο Τρέχον CP (ICCP)

Ισχύοντα σενάρια:

• Μεγάλες κατασκευές (π.χ. γάστρα FPSO, υπεράκτιες πλατφόρμες).
• Περιοχές υψηλής-τρέχουσας- ζήτησης (π.χ. σκληρά διαβρωτικά περιβάλλοντα ή σοβαρά υποβαθμισμένες επιστρώσεις).
• Έργα βαθέων υδάτων (η θυσιαστική αντικατάσταση ανόδου είναι δύσκολη).

Βασικά συστατικά:

Βοηθητικές άνοδοι:

• MMO anodes (Mixed Metal Oxide): Suitable for seawater, lifespan >20 χρόνια.
• Πλατίνα-άνοδοι νιοβίου: Υψηλό ρεύμα εξόδου, ανθεκτικό σε όξινα περιβάλλοντα.
• Ανορθωτές μετασχηματιστή: Αυτόματη προσαρμογή του ρεύματος με βάση την ανάδραση του ηλεκτροδίου αναφοράς.

Ηλεκτρόδια αναφοράς:

• Ag/AgCl (θαλασσινό νερό): Το πιο κοινό, σταθερό και αξιόπιστο.
• Zn (μόνιμα ηλεκτρόδια αναφοράς): Χρησιμοποιείται σε περιβάλλοντα βαθέων υδάτων ή ιζημάτων.

Μέθοδοι εγκατάστασης:

• Κατανεμημένες άνοδοι (π.χ. πολλαπλά σημεία ανόδου σε γάστρα FPSO).
• Απομακρυσμένα κρεβάτια ανόδου (π.χ. συστοιχίες ανόδου για υποθαλάσσιους αγωγούς).
• Τεντωμένες άνοδοι.

1. Προστασία υπεράκτιας πλατφόρμας

Θυσιαστικές άνοδοι:

• Μπλοκ ανόδου από κράμα αλουμινίου συγκολλημένα σε πόδια μανδύα και σωληνοειδείς ενώσεις.

Εντυπωσιασμένο ρεύμα:

• Ανόδια MMO εγκατεστημένα σε χαμηλότερα τμήματα πλατφόρμας για μεγάλες πλατφόρμες.
• Ηλεκτρόδια αναφοράς που αναπτύσσονται σε κρίσιμα σημεία παρακολούθησης.

2. Προστασία Υποθαλάσσιου Αγωγού

Θυσιαστικές άνοδοι:

• Ανόδες βραχιολιού από κράμα αλουμινίου στερεωμένες σε σωληνώσεις.
• Οι μονωμένοι αγωγοί απαιτούν σχέδια αντι{0}}θωράκισης (π.χ. εξειδικευμένες επικαλύψεις ή διατάξεις ανόδου).

Εντυπωσιασμένο ρεύμα:

• Οι αγωγοί βαθέων υδάτων χρησιμοποιούν απομακρυσμένες συστοιχίες ανόδου (π.χ. υποθαλάσσιες κοίτες ανόδου).
• Οι υπεράκτιες πλατφόρμες χρησιμοποιούν απομακρυσμένες ή τεντωμένες ανόδους.

3. Προστασία Συστήματος Υποθαλάσσιας Παραγωγής

Χριστουγεννιάτικα δέντρα/πολλαπλοί:

• Άνοδοι από κράμα αλουμινίου που τοποθετούνται απευθείας σε επιφάνειες εξοπλισμού.
• Τυποποιημένες διεπαφές ανόδου (π.χ. ISO 15589-2).

Jumpers:

• Θυσιαστικές άνοδοι.

4. Προστασία FPSO

Σκάφος:

• Συστήματα ICCP με άνοδοι MMO + ηλεκτρόδια αναφοράς ψευδαργύρου υψηλής καθαρότητας{{1}.
• Οι δεξαμενές έρματος χρησιμοποιούν αιωρούμενες ανόδους από κράμα αλουμινίου.

Συστήματα πρόσδεσης:

• Αλυσίδες και καλώδια που προστατεύονται από θυσιαστικές ανόδους.

1. Deepwater Environments (>1000m)

Θέματα:

• Οι χαμηλές θερμοκρασίες και η υψηλή πίεση υποβαθμίζουν την απόδοση της ανόδου.
• Δύσκολη συντήρηση που απαιτεί-σχεδιασμούς μεγάλης διάρκειας ζωής.

Λύσεις:

• Ανόδια από κράμα αλουμινίου υψηλής-απόδοσης (π.χ. Al-Zn-In-Sn).
• Συστήματα ICCP με εξαιρετικά αξιόπιστες ανόδους πλατίνας-νιοβίου.

2. Καθοδική Θωράκιση

Ζήτημα:

• Τα μονωτικά στρώματα ή οι παχιές επιστρώσεις εμποδίζουν το ρεύμα να φτάσει στις μεταλλικές επιφάνειες.

Λύσεις:

• Χρησιμοποιήστε αγώγιμα επιχρίσματα ή τοπικά σχέδια γυμνού μετάλλου.
• Αποφύγετε τις ζώνες θωράκισης στην τοποθέτηση ανόδου.

3. Δυναμικά φορτία (π.χ. Risers, Jumpers)

Ζήτημα:

• Οι τάσεις κόπωσης επιταχύνουν τη διάβρωση.

Λύσεις:

• Εύκαμπτες λωρίδες ανόδου (π.χ. πολυμερείς άνοδοι καλωδίων).
• Βελτιστοποιήστε την κατανομή ανόδου για να μειώσετε τη συγκέντρωση τάσεων.

4. Μικροβιολογικά Επηρεασμένη Διάβρωση (MIC)

Ζήτημα:

• Τα βακτήρια που μειώνουν τα θειικά- (SRB) ευδοκιμούν στα ιζήματα του βυθού.

Λύσεις:

• Αυξήστε το δυναμικό προστασίας (-0,95V έναντι Ag/AgCl).
• Συνδυάστε με θεραπείες βιοκτόνων.

1. Πιθανή παρακολούθηση:

• Τακτικές επιθεωρήσεις δύτη ή ROV δυναμικών πλατφόρμας/αγωγού.
• Εγκαταστήστε μόνιμα ηλεκτρόδια αναφοράς + καταγραφείς δεδομένων (π.χ. έργα βαθέων υδάτων).

2. Αντικατάσταση ανόδου:

• Αντικαταστήστε τις θυσιαζόμενες ανόδους όταν απομένει η μάζα<20% (via ROV or divers).
• Ετήσιοι έλεγχοι ανορθωτών ICCP και κατανάλωση ανόδου.

1. Διεθνή πρότυπα:

• ISO 15589-2: Βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου - Καθοδική προστασία συστημάτων μεταφοράς αγωγών - Μέρος 2: Υπεράκτιες αγωγοί.
• DNV-RP-B401: Σχεδιασμός καθοδικής προστασίας.
• NACE SP0176-2022: Έλεγχος διάβρωσης βυθισμένων περιοχών μόνιμα εγκατεστημένων μεταλλικών υπεράκτιων κατασκευών που σχετίζονται με την παραγωγή πετρελαίου.

2. Κινεζικά πρότυπα:

• SY/T 10008-2016: Έλεγχος Διάβρωσης για Πλήρως Βυθισμένες Ζώνες Σταθερών Κατασκευών Πετρελαιοπαραγωγής Μεταλλικών Υπεράκτιων Κατασκευών.
• SY/T 7699-2023: Impressed Current Cathodic Protection for Offshore Steel Constructures.

• Petrobras Budzios-11 & Mero 4-11 Oil and Gas Field Subsea Production System
• TPAO Sakarya Gas Field Development Project Phase I Subsea Production System.
• Υποθαλάσσιοι αγωγοί Ανάπτυξης Πεδίου Αερίου CNOOC Lingshui 17-2 & 25-1.
• Έργο Καθοδικής Προστασίας Υποθαλάσσιου Αγωγού Εξαγωγών Νίγηρα-Μπενίν.
• Έργο αγκυροβόλησης ενιαίου σημείου και διπλού υποθαλάσσιου αγωγού Μπαγκλαντές.
• Dongying Port 250.000-ton Crude Oil Import Terminal and Subsea Pipeline Project.
• CNOOC Lingshui 17-2 Πλατφόρμα αποθήκευσης ημι-υποβρύχιας παραγωγής (FPSO).
• Κατάρ NOC Ruya Oil Field Πλατφόρμες γεώτρησης και υποθαλάσσιοι αγωγοί ανάπτυξης.

Σε υπεράκτια έργα πετρελαίου και φυσικού αερίου, η καθοδική προστασία είναι η βασική τεχνολογία για την πρόληψη της διάβρωσης. Η επιλογή μεταξύ των μεθόδων θυσιαστικής ανόδου και εντυπωμένου ρεύματος εξαρτάται από το βάθος του νερού, το περιβάλλον και τον τύπο της δομής, που συμπληρώνεται από παρακολούθηση ROV, υλικά μεγάλης διάρκειας-ζωής (π.χ. άνοδοι τιτανίου MMO) και έξυπνα συστήματα ελέγχου (π.χ. ανορθωτές μετασχηματιστών). Ο σωστός σχεδιασμός παρατείνει τη διάρκεια ζωής της εγκατάστασης πέραν των 30 ετών, μειώνοντας σημαντικά το λειτουργικό κόστος και τους κινδύνους διαρροής.