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海上風電浪花飛濺區長效防腐技術——復層礦脂包覆防腐技術（PTC）

2017-08-14 11:32:57 作者：麻福斌付相可王靜侯保榮中國科學院海洋研究所來源：《腐蝕防護之友》分享至：

海洋環境中的風力發電的樁基，暴露于強電解質溶液的海水中，與周圍介質發生電化學反應而受到腐蝕。特別在浪花飛濺區，腐蝕速度比海水全浸區高出 3 ～ 10 倍。我國目前的防腐措施，水上部分以防腐涂層為主，水下部分采取防腐涂層和陰極保護技術相結合，對于海洋鋼結構腐蝕最嚴重的浪花飛濺區的防腐蝕是整個防腐系統的短板，必須采用耐久長效的防腐蝕措施。

為尋求有效針對浪花飛濺區的防腐技術，中國科學院海洋研究所國家海洋腐蝕防護工程技術研究中心研發了復層礦脂包覆防腐（Petrolatum Tape and Covering system ，簡稱 PTC）技術，其防腐效果優異、防護壽命長、施工方便、對基材表面處理要求低、可帶水作業等優點。

海洋鋼樁式結構的腐蝕規律

海洋腐蝕環境可以分成 5 個區帶，海洋大氣區、浪花飛濺區、海洋潮差區、海水全浸區和海底泥土區。在海洋環境的五個不同腐蝕區帶，浪花飛濺區部位的腐蝕最為嚴重。主要的原因是，鋼表面受到海水的周期性潤濕，處于干濕交替狀態，氧供應充分，鹽分不斷濃縮；加之陽光、風吹和海水環境等協同作用以及銹層的氧化還原過程導致發生最嚴重的腐蝕。

海洋鋼鐵設施不同區帶的腐蝕速度圖

某碼頭鋼樁浪濺區腐蝕狀況

一般情況下，鋼在海洋大氣中的平均腐蝕速度約為0.03～0.08毫米 / 年；而浪花飛濺區為 0.3 ～ 0.5 毫米 / 年。同一種鋼，在浪花飛濺區的腐蝕速度可比海水全浸區中高出 3 ～ 10 倍。對于海洋鋼結構來說，大氣區使用涂料防腐蝕是一種可行的防護方法，而且價格也比較便宜。但對于浪花飛濺區使用涂料防護，由于其表面處理要求高，不耐沖擊，防護時間較短，盡管前期費用較低，但長期成本還是較高的。陰極保護技術和涂層聯合使用，可以使水下金屬結構物獲得最經濟和有效地保護。但是，陰極保護技術在海洋潮差區應用時，只有當潮漲上來后才可對浸入海水中的鋼樁發揮作用，當潮退以后，則不會發生作用，有效防護時間短；對于浪花飛濺區部位的鋼樁，陰極保護基本不會發生作用，不能起到防腐效果。所以對于浪花飛濺區部位來說，必須采取切實有效且長久的防腐蝕措施，充分保障海洋鋼結構的安全。

浪濺區包覆防腐技術

1.浪濺區的腐蝕與防護

在浪花飛濺區，涂料因海水沖擊易剝落，電化學保護因不能形成穩定電流回路不能充分發揮作用，國內外防腐蝕工作者研究了各種防腐蝕方法，開發了長期耐久的重防腐涂料，包括采用包覆蒙乃爾合金、銅 - 鎳合金、不銹鋼、犧牲鋼、混凝土、橡膠及玻璃鋼等。2012 年日本羽田機場新建了飛機跑道全部為鋼樁式結構，他們對浪花飛濺區采用了性能優良的不銹鋼包覆，在大氣區采用包覆鈦合金，水下采用陰極保護技術，總防腐面積 360 萬平方米，其設計使用壽命為 100年，這種方法價格昂貴，也由于技術難度大，我國還未采用。

我們多年連續研究與國外長期合作，開發了 PTC 復層礦脂包覆防腐技術，這種技術價格便宜，施工方便，表面處理要求低，在國外，已經有應用 35 年以上的應用案例，在國內已經有 10 年以上的應用實踐。申請的專利早已被授權，受國家專利法的保護，復層礦脂包覆防腐技術已經成為國家標準，并于 2016 年 5 月 1 日正式實施，也已經申請注冊了商標和防偽標志。隨著我國海上油田、風電等海洋開發的不斷深入，海洋鋼構設施的不斷建立，發展適應我國不同海域、不同結構的長期有效的浪花飛濺區腐蝕防護與修復技術具有極其重要的經濟價值和社會意義。

2. PTC復層礦脂包覆防腐系統

PTC 復層礦脂包覆防腐系統由四層緊密相連的保護層組成，包括礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和增強玻璃鋼保護罩。PTC 技術中礦脂防蝕膏和礦脂防蝕帶是該技術的核心部分，添加有抗腐蝕材料，具有優良的保護性、粘附性、與水和空氣隔絕性，長期不會變質，強有力地粘附在鋼鐵設施表面達到長效的防腐蝕效果。堅固的玻璃鋼保護罩能夠有效的緩解外界機械撞擊的破壞，并對內部防蝕膏、防蝕帶起到更好的保護效果。礦脂防蝕膏是一種人造的淡褐色油性膏狀緩蝕化合物，直接涂抹于鋼結構表面，在潮濕環境中具有很好的防腐蝕性能，能夠長期高效穩定地使鋼結構物在嚴酷的腐蝕環境免遭腐蝕。

鋼管樁包覆防腐技術結構示意圖

復層礦脂包覆防腐技術示意圖

礦脂防蝕膏中的復合防銹劑中含銹轉化劑，可將金屬表面的銹層轉化為堅硬的螯合化合物，起到除銹、防銹雙重作用，降低表面處理的要求，節約人工成本。復合防銹劑還含有不對稱結構的表面活性物質，可以將金屬表面的水膜置換掉，因此礦脂防蝕膏可以在水下進行施工。

礦脂防蝕帶是一種淡黃色，浸漬有特制化合物的帶狀防蝕材料。礦脂防蝕帶具有良好的柔韌性能，能夠增強整體的密封性能，有效阻擋水以及腐蝕性介質入侵，起到強化的腐蝕防護性能。礦脂防蝕帶也具有良好的疏水性能，可以在水下施工。

密封緩沖層具有較好的致密性、彈性、隔熱性和防水性，除了起到很好的密封效果，還能有效緩沖外界機械撞擊對鋼結構的損壞。

防蝕保護罩由增強玻璃鋼外套、密封緩沖層、擋板、不銹鋼螺栓和底部卡箍等部分組成。

增強玻璃鋼外套具有高的機械強度、優異的耐腐蝕性、耐熱性、耐磨性和耐久性。對于規則部位，可以在工廠預制成型；對于不規則部位，可以在現場制作玻璃鋼保護套。采用卡箍加螺栓固定的方式可以保證防蝕保護罩固定牢靠，不易脫落。

該技術獲得 3 項國家發明專利，1 項實用新型專利，具有防腐效果好、對結構物附加載荷小、密封性強、機械強度高、抗沖擊性能強、防腐年限長（30 年以上）的優點；該技術工藝簡單，無需固化、加熱、噴砂、動火，施工時間短；基材表面處理低于 St2 級；可帶水作業；受熱脹冷縮影響小；適于任何形狀結構物。綠色環保。

該技術設計和施工時參照國家標準《海洋鋼鐵構筑物復層礦脂包覆防腐蝕技術》GB/T 32119-2015。

復層礦脂包覆防腐蝕技術（PTC）施工工藝

1.現場準備

根據施工現場條件與施工位置，設計搭建不同的輔助設施或使用工具，創造施工條件。可以搭腳手架、吊籃；也可使用小船、浮筏；

2.鋼樁表面處理

為保證礦脂防蝕膏能與鋼材表面充分結合，達到最佳的保護效果，需要進行鋼材表面處理，用鏟刀和高壓水槍除去附著的海生物，表面的殘留物不應高于 10mm。除銹分為手工除銹和電動除銹。一般不需要噴砂處理。

3.涂抹礦脂防蝕膏

擠出少許礦脂防蝕膏于手掌中間，進行涂抹，使礦脂防蝕膏在鋼結構表面均勻分布。對于光滑表面約 300g/m 2 ，銹蝕特別嚴重處約 400 ～ 500g/m 2 。