0 引　言

目前随着海洋资源的不断开发，海上钢结构被广泛使用，然而海洋环境对钢结构物的腐蚀非常严重，大约是大气腐蚀速度的10倍，例如胜利埕岛油田部分平台潮溅区的腐蚀率达到0.45～0.51 mm/a。腐蚀造成结构强度下降，降低海上钢结构的使用寿命。尤其用于海上油气开发的自升式平台的桩腿，长期处于水下，腐蚀严重，其处于飞溅区的部分，腐蚀情况可达到水下部分的3～5倍。

自升式平台桩腿在平台升降时，桩腿与固桩室之间都会产生不同程度的摩擦，导致桩腿表面一定面积的涂层被刮落，被剥落涂层的金属裸露在潮湿的空气中或淹没在海水中，加快了桩腿的腐蚀速度。如果桩腿的腐蚀得不到有效控制，钢结构腐蚀不断加重，那么桩腿钢板有效厚度不断降低，结构应力激增，最终导致整个桩腿结构失效，致使平台倾覆，对平台的安全性造成极大的影响。同时桩腿结构的不断腐蚀给平台结构安全评估造成了极大困难，大大增加了监测评估成本。因此采取有效的防腐方法防止自升式平台桩腿腐蚀至关重要。

目前，海上自升式移动平台基本采用涂层与阴极保护联合防腐蚀措施。阴极保护系统分牺牲阳极和外加电流2种保护形式，都能达到保护的效果，但由于自升式平台移位时需升降平台，桩腿从围阱区和固桩架中穿过，其配合间隙极小，不能采取导管架平台使用的牺牲阳极防腐的方法，因此多采用外加电流系统进行桩腿防腐^[1]。

1 外加电流保护防腐原理及发展概况

钢结构物阴极保护起源于19世纪20年代，于20世纪得到广泛的应用。外加电流保护的原理^[2]在于外加电流阴极保护是通过外部电源来改变周围环境的电位，使得需要保护的钢结构的电位一直处在低于周围环境的状态下，从而成为整个环境中的阴极，这样需要保护的钢结构就不会因为失去电子而发生腐蚀，外加电流保护原理见图3。

外加电流保护方法相对于牺牲阳极具有诸多优势：1）保护范围广；2）使用寿命长；3）不会对海洋生态环境产生任何影响；4）不使用大量阳极块，减轻了平台重量；5）能长期连续监测阴极保护系统的工作。

基于外加电流保护防腐技术具有的独特优势，其在工业上的应用非常广泛。例如，地下油气管线防腐^[3]、港口码头钢质靠船排防腐、船舶外板、舵桨防腐^[4]、海上平台防腐^{[1, 5 − 6]}等，其防腐技术均采用外加电流保护防腐技术，但应用方式多样。总体来说，外加电流保护防腐技术由于其保护范围广、使用寿命长、不受型式限制等优势，得到了广泛应用。

2 存在问题

现阶段，自升式平台上所设的外加电流保护系统（见图5），控制电源（恒电位仪）正极输出终端接辅助阳极和参比电极；电缆通过桩腿内部下放至桩靴内部，辅助阳极与参比电极均安装于桩靴外表面；以海水为介质，通过控制电源（恒电位仪）提供直流电流，通电对桩腿进行保护。

但该种使用方式存在诸多问题：

1）电位测量不准确，控制电源（恒电位仪）保护电位设置困难。平台桩腿结构复杂，由多个桩腿、桩靴、齿条等组成，不同平台桩腿分布位置不同，参比阳极和辅助阳极布置于桩靴上，保护电位监测不够精确，造成保护电位设置困难，易发生保护不足造成腐蚀或过保护造成防腐涂层剥离；同时恒电位仪控制方式简单，在海流、泥沙等影响下，保护电位波动较大。

2）辅助阳极材料及阳极屏材料钝化。辅助阳极材料长时间运行后可能出现表面钝化，影响保护效果；阳极屏用于实现辅助阳极与钢结构绝缘，其材料选取影响整个系统保护效果。

3）电缆的布放、固定困难。电缆从桩室顶部通过桩腿内下放至桩靴，施工难度大，且每次升降平台存在电缆破断的风险。

4）在桩靴上开孔、焊接，改变了桩靴的结构应力。

5）所需电缆较长，造成成本的增加。

6）不便于维护与保养。

3 新型可调式外加电流保护系统

基于现有的自升式平台外加电流保护系统存在的上述问题，进行深入的研究探讨，开发了一种新型的可调式自升式平台桩腿外加电流保护系统。该系统包括恒电位仪、参比电极、辅助阳极、电缆、承重绳、接线盒、阳极下放装置、电缆护管、配重块等，其中恒电位仪加入了数字补偿技术，能够在参比电极准确测定保护电位后，通过数字补偿技术去除溶阻及环境影响，使恒电位仪向辅助阳极发出准确保护电流，从而整个被保护结构物处于稳定的负电位，实现结构防腐。

该系统的具体布置形式和运行原理如下。恒电位仪放置在自升式平台集控室内，通过不同的电缆分别连接到舷侧不同的接线盒，接线盒通过水下电缆穿过阳极下放装置与对应的辅助阳极组块和参比电极组块连接。辅助阳极组块和参比电极组块通过承重绳连接到舷侧的阳极下放装置，悬挂于平台舷侧的海水中。阳极下放装置可通过调整水下电缆、承重绳的长度调整辅助阳极组块和参比电极组块的水下深度。参比电极可实时监测环境电位差，并将监测信号发送给恒电位仪，恒电位仪根据监测信号处理结果控制辅助阳极实时电位，使辅助阳极的电位低于被保护的桩腿结构的电位，从而实现自升式平台桩腿外加电流防腐保护。该系统通过调整保护电位和辅助阳极位置可有效实现自升式平台桩腿外加电流防腐保护，提高外加电流保护系统电位监测及调节能力，使自升式平台桩腿的保护电流在全部湿面积下稳定，提高自升式平台桩腿防腐的可靠性，有效防止桩腿钢结构腐蚀，从而提高整个平台的安全性。

图6和图7为该可调式自升式平台桩腿外加电流保护系统具体布置图。该基础平台为三桩腿自升式平台，长52 m，宽46 m，型深5.2 m，平台平面呈上三角形形式。平台桩腿采用圆柱形桩腿，长73 m，直径3 m，桩腿入泥18 m。平台桩靴16平面呈正八边形，对边距离7.6 m，高1.5 m。

可调式外加电流保护系统能够长期连续监测阴极保护系统的工作，减小操作人员的劳动强度，提高自动化管理水平，同时不会对海洋生态环境产生任何影响，为海上钢结构物安全有效运行提供保障。

4 现场应用及推广应用前景

该技术目前已在2座自升式平台上应用，数据监测准确，保护范围及效果满足使用要求，有效实现了桩腿桩靴外加电流防腐。该技术的应用极大的提高了桩腿桩靴的抗腐蚀能力，节约了钢结构腐蚀后改造加强等费用，能够有效提高平台结构安全性，实现平台高效安全运行。

该技术具有驱动电压高，能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流输出量，适用于保护范围较大的场合；不使用大量牺牲阳极减轻了平台的重量；一次投入，长期运行成本低廉，具有较长的使用寿命；没有金属离子到海水中，不会对海洋生态环境产生任何影响；能长期连续监测阴极保护系统的工作。

因此，该技术对固定钢结构物的安全运行和保护海洋环境具有积极意义，会产生较大的经济效益。

5 结　语

传统的阴极保护电位监测方式采用人工方式测量，不能及时反映区域阴极保护的正常质量和效果。国外方面，随着信息高速公路的建设和发展，大型结构物防腐技术及腐蚀状态监测与安全评定网络已成为现实。

未来海上钢结构物防腐技术及腐蚀状态监测的发展，可归纳为以下几点：

1）计算机与传感技术的应用，加大了采集的信息量，加快了监测速度；

2）监测系统由单一功能发展到多功能系统；

3）防腐技术从单一的经济性向环保方向发展。

随着网络技术的不断发展，具有长期监测、自动调节的新型智能化外加电流保护系统将是未来的发展方向。