仿真技术在导管架ICCP延寿方案中的应用案例介绍（格麟倍）

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摘要：海洋石油导管架群一般采用SACP阴极保护系统，当牺牲阳极寿命将尽之时，可以采用ICCP方式对阴极保护系统延寿，但 是导管架群群体庞大，结构复杂，如何使ICCP系统的电流更加均匀地分布在钢结构上，是工程中面临的难题。通过数值仿真的 方法，可以快速展示新增ICCP设计方案的阴极保护效果，及时发现电流分布不均的问题，并指导工程师通过对阳极撬的位置调 整来得到更好的ICCP设计方案，使得导管架群上的电流分布更加均匀，避免大面积的欠保护和过保护区域产生。
背景：
位置：北海油田（欧洲）
对象：海洋石油平台及其附属（5平台，8海底管道，1阀站等）
现状：平台自带SACP使用 15年以上。
目的：平台CP的使用寿命再延长20年。
难点：SACP分散，更换费用高、风险高，决定采用ICCP系统，导管架结构复杂，易产生过保护情况。
要求：通过CAE技术手段对新增的ICCP进行论证评估。为了使新增ICCP系统的可行性得到确认和优 化，需要对结构体上的阴极保护效果提供图像表示的方法。

验证评估工作



数据调查



上表中给出裸钢在不同海水深度达到- 800 mV （ vs Ag/AgCl ）的电流密 度需求量，在2米/层的海水深度中 都采用了合适的非线性极化数据， 如果把深度20米或大于20米不同深 度的电流密度值求平均值的话，其电流需求与客户的SACP设计标准相 吻合，稍低于DNV–RP–B401标准的 描述值。




建模



3D模型的建立基于客户 提供的技术图纸，建模 尽量包括足够的细节， 例如：能够影响阴保电 流需求的J型管、沉箱、 隔水套管，登船平台以 及防沉板等。


计算域的设立

计算域设置为 900X900X500m3，避免使电流密度受边缘效应影 响，没有考虑海底管道 的完整模型，在管道末 端引进代表剩余管道部 分的特性电阻。


阶段一平台当前情况的评估

• 由于牺牲阳极的局部效应，各平台的SACP系 统没有相互影响，在阶段一的仿真中，各个 平台导管架的仿真结果如右所示。
• IR-Free的仿真结果输出显示在右图中，IR- Free电位是没有任何电压降的阴极保护电位。
• 图签尺度设置范围从-750 mV到-1050 mVAg/AgCl。图中的灰色部分表示图签尺度外的保护电位值，也就是那些比-750mV更正或者比-1050mV更负的IR-Free值。
• 导管架3缺少相关数据，无仿真结果。但调 查结果表明导管架3实际上已经被保护到了。
  

阶段二新增ICCP的效果评估及优化






数据分析



结论：

• 通过数值计算，延长平台群20年服役寿命的ICCP改造方案能 够得到确认，仿真技术使得复杂结构体保护水平形象化，能预 测改造方案，在改造方案安装之前实现一个低成本且较优化的 解决方案。
• 基于仿真结果，在局部地方可能需要长期改进，然而对于边 界条件的假设还是有一定的保守性，模型上显示的电势热点区 域，让我们在阴极保护监检测的过程中保持对此区域的关注和 验证。
  

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