一、概述

 

 

    1、腐蝕的定義：

    定義：金屬材料和周圍環境發生化學或電化學的作用而破壞。

    腐蝕過程的本質：金屬——金屬化合物海洋腐蝕環境是一種非常復雜的腐蝕環境，鋼在海岸的腐蝕比在沙漠中大400—500倍，離海岸24m的鋼試樣比離海岸240 m的同質鋼試樣腐蝕快12倍。

    在海洋平臺的設計和建造中，腐蝕是必須考慮的重要因素之一，了解海洋環境腐蝕的特點和采用有效的防護措施，并且通過日常的檢驗檢查、維護，確保防腐系統的有效性對海洋平臺的使用安全性和可靠性是十分重要的。

    目前，海洋平臺所處海域越來越深，海洋平臺越來越大，結構越來越復雜，投資也越來越高。為經濟地開發油氣，給生產安全提供保障，對平臺進行腐蝕控制勢在必行。

    本文主要介紹平臺的導管架、上部組塊的鋼表面處理、防腐涂層的施工、檢驗，陰極保護施工及安全環保等。

 

    2、海洋鋼結構腐蝕規律

 

    海洋平臺在不同的海洋環境下，腐蝕行為和腐蝕特點會有比較大的差異。其中飛濺區腐蝕最為嚴重，其腐蝕速度是海底全浸區的3~5倍。

 

    要對海洋平臺結構在海洋環境中腐蝕區域的腐蝕情況進行分析和界定，才能針對性地提出有效的保護措施。

    ——海洋大氣區：

    平臺結構完全在大氣中的部分。在大氣區域，腐蝕是由于空氣中的水分和氧氣引起的。大氣濕度大，長時間日照，而且大氣中含鹽粒和鹽霧，這些物質積存在結構表面形成良好的液膜，構成了電化學腐蝕的好條件，受到的腐蝕是陸地的數倍。尤其是甲板下部，長期處于潮濕地帶，是該區腐蝕最為嚴重的地方。

    處于大氣區中的鋼結構，一般采用涂層防腐蝕。平臺甲板、棧橋、管線支架及非保溫管線等都可采用底漆加中間漆、面漆的防腐蝕結構。

    ——飛濺區和潮差區：

    平臺在潮汐和波浪作用下干濕交替的區間。是在海洋環境中腐蝕最嚴重的部位。由于經常成潮濕表面，又與空氣接觸，表面供氧充足。長時間潤濕表面與短時間干燥表面的交替作用和浪花沖刷、漂浮物的撞擊，海洋微生物的侵蝕等，造成物理與電化學為主的腐蝕破壞，且破壞最大。

    浪花飛濺區及潮汐區鋼結構采用涂層防腐蝕。另外，因該區域是實施防腐保護最困難的區域，需增加腐蝕裕量——海水全浸區：

    平臺在飛濺區以下泥土中以上部分。 鋼質平臺在全浸區的腐蝕主要是受溶解氧的影響，形成電化學腐蝕。淺海腐蝕可能比海洋大氣中更迅速，深海區的氧含量往往比表層低得多，水溫近于O?C，腐蝕較輕。

    ——海底泥土區：

    平臺完全插入海底泥土中部分。存在硫酸鹽和還原菌等細菌，海底沉積物的來源及特征不一。這個區域平臺受海水影響少，且溫度低，腐蝕程度小，只是在海流作用交界處有一定腐蝕。

    全浸區和泥漿區的鋼結構一般采用陰極保護措施防止腐蝕。

    3、防腐施工設計的主要內容

 

    涂裝工藝

 

    ——導管架涂裝程序——上部組塊涂裝程序——涂裝工藝方案陰

 

    極保護工藝

 

    ——導管架陽極制造程序——陽極施工工藝——導管架陽極分布圖

 

    4、防腐工藝設計依據

 

    （1）項目基礎設計文件

    如平臺所在海域的自然氣候條件，基體材料性質，涂裝范圍，涂裝面和非涂裝面的劃分等

 

    （2）平臺設計使用壽命

     涂層設計耐久年限，維修維護的要求等；

 

    （3）結構所處的服務環境

    設備管線的工藝介質、溫度、流速等工藝操作條件和使用環境；

 

    （4）適用的國際或國家標準

     主要有：ISO-12944，NACE SP0108-2008，NACE RP0176-2003，NORSOK M501-2004等；

 

    （5）、國家或地區安全環保法令法規文件；

 

    （6）業主涂裝規格書和涂料廠家提供的涂料產品技術數據手冊

 

    二、涂裝工藝

 

    1、涂裝設計的基本要求

 

    （1）、確定和選擇性價比最佳的涂料產品和配套體系。

    （2）、編寫并評審詳細的涂裝作業指導書

 

    （3）、明確涂裝人員、技術指導、施工監督人員的職責和工作范圍

 

    （4）、提出與涂裝相關人員的資格要求。

 

    2、涂料與涂層的技術要求

 

     （1）、涂料與涂層——具有流動性、擴散性、能成膜的具有一定附著力的有機或無機液體狀物質稱為涂料，將涂料涂敷在物體表面，干燥后形成涂膜，叫涂層，一般干膜厚度在1000μm以下。

    （2）、涂料特性：

    ——一定程度的防水、防濕氣、耐沖擊、耐摩擦、附著性能、一定的耐化學性、一定的保護作用、裝飾作用。平臺防腐涂裝施工一般需要較附著的工藝和特涂設備。

    （3）、重防腐涂料：

    ——是指能夠應用于苛刻腐蝕環境下長效防護的一類高性能防腐蝕涂料。按照國際標準，防腐壽命大于15年的涂層系統使用于海洋石油平臺。

    （4）、涂料種類：

    ——底漆：

    平臺結構用的底漆可為富鋅底漆、磷化底漆或高性能防銹底漆。

    富鋅底漆要求是含高比例鋅粉的涂料，同時要求與基材附著力強。

    富鋅底漆作用之一是防護，另外當涂層中有破壞或不連續時，鋅粉可以起犧牲陽極作用而保護基材。

    富鋅底漆一般采用無機富鋅底漆、環氧富鋅底漆等。

 

    ——中間漆：

    中間漆要求綜合防腐能力強。

    中間漆的特點是含高效的防銹材料或防滲透材料，如顆粒狀或鱗片狀鋅粉、玻璃鱗片、不銹鋼鱗片、納米級的鈦粉等為主的屏蔽型和陰極保護型涂料及各種新型緩蝕型涂料等等。

    ——面漆：

    面漆的作用是為底漆和中間漆提供一個保護層，減緩和限制水氣、氧及化學活性離子的滲入。還要求有抗沖擊性、抗老化性和抗溶性等。

    大氣區平臺結構或設備用的面漆可為環氧樹脂、氯化橡膠、乙烯樹脂、聚氯酯或丙烯酸樹脂涂料；飛濺區或全浸區結構用的面漆可為氯化橡膠、環氧樹脂或環氧瀝青涂料。

    3、涂裝系統

 

    （1）、重防腐涂裝系統：

    ——是指能應用于苛刻環境下長效防腐的一類高性能防腐蝕涂裝系統。

    （2）、海洋石油平臺重防腐涂裝系統的選擇原則：

    ——經濟性：經濟適用且總體經濟效果優越——施工性：施工性能好，配套性能好，工藝不復雜且能滿足要求。

    ——耐腐蝕性和耐化學性：滿足防腐壽命15年的要求。

    ——物理性能：耐氣候性好、耐水性好、耐老化，在水中能防污，     火災危險區防火，在罐內耐油、耐溫、耐壓、耐酸堿鹽等——抗冰性：在北方海區能抗冰的沖擊和磨損，——抗剝離性：飛濺區和海水區涂裝系統滿足國際標準——美觀性：具有光滑明亮的海上安全色——環保性：涂料不含鉛。

    （3）、涂層與犧牲陽極聯合防腐系統

 

    在導管架的防腐方面，最低潮汐以下和泥土中的鋼結構、樁用犧牲陽極防腐，最低潮汐以下的飛濺區用涂層防腐，涂層必須具備抗剝離性，與犧牲陽極配套。在渤海海區，飛濺區用玻璃鱗片環氧型的耐磨涂料（抗冰涂料）750~1000可防腐15年。

    （4）、涂裝體系設計：

    ——是根據不同材質所處的腐蝕環境確定腐蝕類型和腐蝕等級；——根據要求的防腐壽命確定防腐蝕的級別；——按照相應的技術要求和產品資料確定所選用的涂裝體系及其產品；涂裝體系的基本要素：

    ——金屬結構名稱、材質——所在的服務區域——操作服務溫度——保溫與否——表面處理的要求——涂料體系（涂料類型、涂裝道數、涂層厚度等）

 

    4、涂裝表面處理

 

    （1）、概述黑色金屬、有色金屬，在其表面進行防腐涂裝之前，都必須對其表面進行預處理，清除表面的水分、油污、塵垢、外來雜質、鐵銹和氧化皮，以確保界面黏結，這個過程至關重要。

    結論：表面清理的質量是影響涂層質量的主要因素。

    （2）、金屬表面特性——清潔度鋼鐵表面經常有一層鐵銹或氧化皮，且常被油污、焊接附著物、可溶性鹽、水等污染，影響涂襯粘結。

    ——孔隙度基體表面存在通底或不通底的細孔。粘結劑可以通過毛細孔作用深入到孔內，起到鑲嵌作用。

    ——粗糙度粗糙度反映了固體表面的粗糙程度，適當地將表面粗化，可提高粘結強度，但過分粗化反而會降低粘結強度。

    （3）、鐵銹的生成與危害鋼鐵在大氣中的腐蝕，一般是一個電化學過程，最終腐蝕產物是鐵銹，主要成分是氧化鐵，分子式為Fe2O3-H2O, 此外，鐵銹還含有大氣污染物與鋼鐵反應的多種生成物，如FeSO4.

    在高溫軋制或熱加工過程中，鋼鐵表面會生成一層氧化膜，稱為黑銹或軋制氧化皮，相對于一般鐵銹而言，它灰黑發亮而結實完整的表面對鋼鐵表面有一定的保護作用。

    但是，軋制氧化皮有許多肉眼無法察覺的的縫隙，這些縫隙將成為腐蝕源。因此，軋制氧化皮看起來灰黑完整，但在涂裝前應徹底清除。

    （4）、表面除銹的方法——按除銹順序：一次除銹，二次除銹——按工藝階段：車間除銹，整體除銹——按除銹方式：噴射除銹，動力工具除銹，酸洗除銹等?噴射除銹是一種除銹最徹底、效率最高且能實現自動流水線作業的先進除銹方法。噴射除銹常用的有拋丸、噴丸、噴砂和真空噴射等方法。

    （5）、鋼材表面除銹驗收準則為了判別銹蝕程度與質量等級，一般將鋼材的各種表面狀態和除銹質量等級用彩色照片清楚地對照說明。

    表面處理標準《鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》ISO 8501在國際上應用較多，還有瑞典標準SIS055900，國家標準GB8923-88等。

    1）鋼材的銹蝕等級分為A,B,C,D四級。規范用照片表示銹蝕等級，按銹蝕程度不同依次排列。A較輕，D銹蝕最為嚴重。

    2）鋼材表面的除銹等級也即清潔度，根據ISO 8501 《鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》，“Sa-”（即噴射除銹法），它分為四個等級

 

    （6）、海洋鋼結構涂裝碳鋼表面處理一般要求：

    ——清潔度不低于ISO8501-1 Sa2.5級（對于設備內涂層、飛濺區和全浸區的表面其清潔度的要求Sa3級），——粗糙度為ISO8503 G（50μm-85μm），不銹鋼表面用非金屬磨料掃砂獲得清潔粗糙的表面，粗糙度大約在25μm -45μm；——表面鹽份的含量不超過20-50mg/m2NaCl；——表面塵埃清潔級別在ISO8502-3的2級以上。

    5、海洋石油平臺涂裝體系

 

    （1）、 A組涂裝系統

 

    1）普通碳鋼結構：

    區域：在海平面以上，除防滑工作甲板、熱浸鋅、電鍍部分之外的所有鋼結構表面（環境溫度≤93?C）——該區域典型的涂裝體系為：

    環氧富鋅底漆（50-75μm）環氧云鐵中間漆（125-175μm）聚氨酯面漆（50-75μm），涂層總厚度200-300μm；（-50℃—120℃）2）防滑工作甲板：

    甲板行走區域、逃生通道區域和裝卸甲板區域須滿足耐磨防滑抗沖擊的要求甲板漆的涂裝：一般通過添加防滑骨料獲得防滑效果富鋅底漆具有更好的陰極保護功能，環氧富鋅底漆具有更加良好的施工性能其典型的涂裝體系為：

    富鋅底漆（50-75μm）高固體份環氧中間漆（200-300μm）環氧甲板防滑面漆（200-300μm）涂層總厚度450-675μm；3）海洋飛濺區：

    由于該區域常年處于干濕交替的狀態，又經受海浪的沖刷和海生物的腐蝕，所以該區域為腐蝕最嚴重的區域。

    由于富鋅底漆的電化學導電性，在飛濺區涂層體系中不應用它作底漆其典型的涂裝體系為：

    環氧玻璃鱗片底漆（450-550）環氧玻璃鱗片面漆（450-550）涂層總厚度900-1100μm；（2）、 B組涂裝系統?區域：所有的工藝管線、容器、管匯、泵和其他設備的鋼、不銹鋼、鋁的外表面。

    1）不銹鋼結構：

 

    ——海洋平臺上所有不銹鋼儲罐、管線、閥門、儀表控制盤、儀表空氣管線等不銹鋼的表面涂裝不允許帶有其它雜質金屬元素的涂料和含氯涂料，所以不能使用富鋅涂料作為防護底漆，也不能使用氯化橡膠和氯化聚乙烯之類的涂料，而采用環氧涂料進行防腐處理。

    其典型的涂裝體系為：

    環氧底漆（150-200μm）聚氨酯面漆（50-75μm），涂層總厚度300-400μm；（-50℃—120℃）2）高溫區域——保溫或不保溫碳鋼結構，操作溫度（150℃—450℃）的工藝管線、容器、管匯等：

    在高溫環境中涂料受熱應力的影響很大，如果是驟冷驟熱則更有可能導致涂層的脫落。對于200℃以上的高溫環境，應盡可能采用無機富鋅涂料作底漆，它比一般的耐高溫鋁粉涂料具有更佳的底材附著力，在配合合適的高溫面漆的情況下，無機富鋅體系最高耐受溫度可達540℃。

    其典型的涂裝體系為：

    無機富鋅底漆（50-75）硅樹酯中間漆（25-50）硅樹酯面漆（25-50）涂層總厚度100-175μm；A,B兩組涂裝系統均應符合以下三點要求：

    ——一種涂層與上一層涂層顏色上要有差異——所有面漆均應為國際橙色和黃色。

    ——所有干燥、固化、敷涂時間應遵守規格書要求。

    （3）、C組涂裝系統區域：圖紙中注明的所有完全沉沒水下的鋼結構和設備（全浸區）這個區域一般采用陰極保護外加防腐涂層的方法，如：

    高固體份環氧底漆（150-200）高固體份環氧面漆（150-200），涂層總厚度300-400μm；該區域涂料必須通過耐陰極剝離試驗合格。

    C組涂裝系統均應符合以下要求：

    ——一種涂層與上一層涂層顏色上要有差異——所有面漆均應為淺灰色。

    ——所有干燥、固化、敷涂時間應遵守規格書要求。

    ——所有沉沒水下的關系和設備需按以上說明涂裝。

    6、 涂裝施工

 

    （1）、涂裝準備：

    1） 涂裝前應檢查所用涂料品種、型號、規格、貯存期限是否符合施工技術條件的規定；

 

    2） 使用多組分涂料時，各組分的配比應符合產品使用說明書的規定；混合后的涂料規定有一定的熟化時間；配制好的涂料應在規定時間內用完。

    3）準備程序開桶——攪拌——配比——熟化——稀釋——過濾

 

    （2）、涂裝方法

 

    1）人工刷涂：

    ——簡單實用，可涂刷各種形狀的構件，但勞動強度大，效率低。

    2）空氣噴涂法：

    ——優點：漆膜均勻、光滑平整、施工效率高。

    ——缺點：漆料和稀釋劑損耗大，漆霧飛散多，涂料的利用率一般只有75％；漆膜較薄，需噴涂多次才能達到一定厚度；噴涂時產生的漆霧，飛散在空氣中對人體有害。

    ——空氣噴涂法適用性也較強，大部份涂料都可以采用噴涂；對小件物品，考慮到漆料的浪費，所以不宜采用此方法。

    （3）、涂裝施工要點：

    1）、基本要求：

    ——噴漆作業時，構件表面必須清潔，油漆混合均勻。對于干燥而其灰塵的地面，必須澆水保持濕度均勻。

    2）、 噴漆時的環境要求

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責任編輯：王元

 

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