摘要
海底管道作为油气的运输的主要途径，在海上油气开发系统中起到重要作用。然而，海底环境十分复杂，海底管道多为碳钢材料，在海水中极易发生腐蚀破坏。综合考虑经济性和可操作性，目前主要采用的腐蚀防护措施为管道表面铺贴防腐涂层和安装牺牲阳极阴极保护系统。但随着管道使用年份的增加，防腐涂层逐渐遭到破坏且牺牲阳极逐年消耗，导致管道表面电位正移，且为了达到较大的经济效益，海底管道需服役的年限超过设计使用年限。为了保证管道继续安全的服役，必须采取阴极保护延寿措施。牺牲阳极阳极的水下更换施工困难，成本较高，且牺牲阳极生产使用过程中存在一定的污染。而外加电流保护系统施工简单、保护电流可调节，且为环境友好型装置，可用应用于海底管道的延寿中。 辅助阳极作为外加电流保护系统的重要组成部分，其工作的稳定性和可靠性直接影响到了阴极保护的稳定性。经调研，适用于海底管道外加电流阴极保护的辅助阳极形式为远地式，但目前国内外投入工程使用的远地式辅助阳极存在一定的缺陷。 本文主要针对现有的远地式辅助阳极的缺陷，对远地式辅助阳极进行设计和优化。完成的设计内容主要包括辅助阳极的选材设计和辅助阳极基座的选材设计。其中，辅助阳极基座的设计包括防沉板形式的选择、辅助阳极保护罩结构设计、基座整体结构的设计、关键部位的水密设计。辅助阳极选用MMO阳极，保护罩采用钛钢材料，基座主要选用FRP混凝土组合柱的形式。而后对结构关键部位的水密性能进行试验，对选择的材料进行性能测试，同时使用ANSYS对结构整体的强度进行数值模拟。实验结果表明选择的材料符合设计的要求，结构关键部位的水密性能良好，结构的强度符合设计的要求。 最后对设计的远地式辅助阳极装置进行组装，并使用该装置进行实海试验。试验结果表明设备在实海环境下能够稳定工作并保护海底管道。本文的研究成果可为在役海底管道用远地式辅助阳极的设计提供参考，具有一定的工程实用价值。
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