海上石油工业利润丰厚，但也存在一些不可预测的因素，有时甚至会存在危险。例如，腐蚀就会引起钢制石油平台的结构损坏和失效，从而导致商业损失，甚至是发生事故。幸运的是，我们有各种方法可以调查和防止这些结构发生腐蚀，确保安全和高效的钻井作业。
石油钻机为什么会发生腐蚀？
对海上石油公司来说，腐蚀是一个严重问题，有可能导致非常不安全的工作条件。由于腐蚀而造成的危害，程度较轻的情况是损坏机器和平台，维修机器或重新建造结构会造成时间和金钱损失。严重的情况是，腐蚀可能导致设备故障和钻井平台事故。
一个有腐蚀风险的海上石油钻井平台。
石油钻井平台的腐蚀是一个电化学过程。海水是一种电解质，钢结构不同部位存在的不同电位会导致金属表面产生离子，进而扩散到电解质溶液中，这些金属离子与电解质溶液中的氧化物和氢氧根离子反应，最终形成腐蚀产物（见下图）。在这个过程中，溶解氧也是一个重要因素。与水面下更深处的金属相比，由于溶解氧在水面附近的浓度比较高，水面附近区域金属的腐蚀过电位更大。
这个过程会导致钻井平台的金属表面形成凹坑，这种凹坑内以及结构的连接处或焊接处的缺陷产生的缝隙内的腐蚀，会在平台的钢表面出现不规则的 腐蚀前沿 。随着时间的推移，由坑、缝隙和其他电化学反应造成的结构异常将会引起应力增加，最终导致结构内部断裂和破裂。腐蚀的速度取决于金属本身的微观结构，对于石油钻井平台来说，就是钢的微观结构。
海水中钢结构的腐蚀过程简图。图片来源：海军研究实验室 (NRL)。
涂层是一种简单的防腐蚀方法。这种方法相当于在钢铁和海水之间放置了一个屏障，并且表面是绝缘的，一个能成功防止腐蚀的涂层涉及正确的材料选择（例如环氧混合物是常见的涂层材料），以及正确的涂层应用。虽然这种方法很有效，但事实上所有的有机涂层材料对水和氧气都是半透性的。因此，即使涂层可以提供保护作用，在一段时间后，结构中仍会发生腐蚀。
石油平台的阴极保护方法
除了涂层以外，我们还可以通过阴极保护的方法避免石油钻井平台遭受腐蚀。阴极保护有几种不同的形式，其中的一种类型是外加电流阴极保护（ICCP)，通过向钢平台施加外部电流来防止表面变成阳极。通过这种方式，整个钢结构作为一个阴极，可以阻止发生腐蚀电化学过程，从而保护了钻井平台结构。
牺牲阳极 是阴极保护的另一种形式，目的是保护结构免受腐蚀。这种方法是将钢结构与作为阳极的非贵金属（如铝）实现电连接，使得后者通过缓慢的腐蚀被“牺牲”，前者作为阴极被保护，从而使钢结构免受腐蚀。
牺牲阳极（白色的、手柄状的物体）保护石油平台免受腐蚀。图片来源：Chetan，通过 Wikimedia Commons 共享。
对于设计海上石油钻井平台腐蚀保护系统的工程师来说，需要对这些不同的阴极保护方法进行一些比较，例如，牺牲阳极不需要外部电源，而外加电流阴极保护则需要。由于牺牲阳极会慢慢腐蚀，它们需要定期更换，而外加电流阴极保护中使用的阳极在很长一段时间内是稳定的。值得注意的是，除非使用产生氧气或氯气的尺寸稳定阳极（DSA），否则在外加电流阴极保护中也可能发生阳极溶解。如果不使用尺寸稳定阳极，外加电流阴极保护中阳极材料的消耗可能更大。然而，这种阴极保护方法被认为是牺牲阳极的”更安全”的替代品，因为可以通过输入电能来控制电位。
选用哪种阴极保护方法应该取决于石油钻井作业的需要。例如，牺牲阳极可能更有利于短期使用，因为它们具有经济效益，可以快速实施。ICCP 的投资较高，适用于长期需求和较大的结构。
石油平台既庞大又复杂，因此，在设计过程中了解结构的参数和保护方法很有帮助，密切分析海水和钢表面边界之间的腐蚀过程也很重要。优化石油平台的设计会使结构更加安全、实用，并能得到较好的保护。
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