海洋石油钢结构飞溅区的防腐处理

摘要：海洋环境对钢结构是一种非常严重的腐蚀环境，其中海平面以上的海水飞溅区由于存在恶劣的应力腐蚀条件，常常是腐蚀最严重的部分，而蒙乃尔合金（Monel）具有优良的抗还原酸、抗强碱介质和抗海水腐蚀性能，可以显著减缓海水对钢结构的腐蚀。

关键词：海洋；石油；钢结构

海洋石油大型海上钢结构及海底管线所处的施工环境以及地理位置特殊，其腐蚀环境非常恶劣，而飞溅区又是海上钢结构腐蚀最严重的部位，必须对其进行高度的关注，要通过针对飞溅区进行有效的防腐蚀涂装设计以及合理的腐蚀裕量设计，来保证其寿命期内的有效防腐效果和免维护的预期，涂层系统必须最大限度地减少安全风险和维修费用。

一、海洋环境分类

海上构筑物的腐蚀分为4个区域：大气区、飞溅区、外部全浸区和压载水舱（内部全浸区），外部全浸区也包括海底设施，例如阀门、管汇和水下生产系统。针对使用环境的不同应选择不同的涂层保护系统和防腐方案设计。在此主要针对海洋环境中腐蚀最严重的飞溅区探讨如何进行防护涂层的选择以及如何规避该区域腐蚀的风险。

二、海洋结构飞溅区及其防腐保护

根据海洋环境对钢结构的腐蚀机理，可将海洋环境分为大气区、飞溅区、潮差区、全浸区及海泥区。由于各区存在着腐蚀因子的差异，导致钢结构在其沿纵向腐蚀速度方面存在差异。有关研究表明，海洋飞溅区由于多种腐蚀因素的共同作用导致其腐蚀速度最高]。对溅区钢结构的防腐问题，国际上目前比较成熟的做法有：金属热喷涂层体系、有机涂层体系、无机防护层体系三种方式。三种方式在成本、寿命及防护能力方面各有优劣。金属热喷涂层的缺点是施工时对表面光洁度要求较高，从而导致施工成本上升；有机涂层适用广泛，但易受温度、外力作用的影响，难以保证20年以上的使用寿命；无机防护层使用寿命较长，但初期投入较高。中东KCROP项目工作区域位于波斯湾，石油平台设计寿命超过20年，防腐层需要长时间承受高温（夏季表面温度可达60℃以上），且需要一定的抗冲击能力。综合考虑成本和效益因素，选择无机防护层的外加防护套技术作为较好的腐蚀防护措施。

三、液体涂层

用在海上构筑物飞溅区的液体涂层通常是多道涂层系统，基于不同涂料厂家对溅区涂层系统的理解不同以及施工工艺的要求，为了便于施工和检测，每一道涂层与接下来的涂层都应具备显著的颜色差异。而飞溅区防腐涂层系统无一例外都应采用高固体分以及添加耐磨骨料的厚膜或超厚膜型防腐涂料，以抵抗飞溅区的冲刷及抗机械损伤。

1、底漆。底漆是飞溅区涂层系统中最重要的一道，通常在喷砂除锈后需要做一道防腐底漆用于临时防腐以及为后一道重防腐涂层系统提供有效的过度涂层以减少后续涂层系统的内聚力，为了避免漏点和薄点，通常至少需要2道以上的涂层系统。底漆至少包括以下3种腐蚀保护机制中的一种：屏蔽、电化学保护和缓蚀效应。虽然在NACESP0108[3]标准中明确规定环氧富锌可以用在飞溅区防腐涂层系统中，但考虑到飞溅区涂层系统的特殊性，电化学保护的涂层系统，如富锌底漆及缓蚀类涂料不应在飞溅区使用。

2、中间涂层和面漆。海上构筑物在底漆表面应施加中间涂层和面漆。而对于钢结构飞溅区防腐涂层系统，中间漆和面漆主要是在底漆的基础上刷涂两道或两道以上的厚膜型耐磨环氧或者环氧玻璃鳞片涂料，以提高涂料在飞溅区特殊环境下的耐腐蚀性能。对溅区，通常各石油公司并不提出具体的颜色编号，并不要求涂刷装饰性的面漆来提高视觉效果，对于该区域的涂层系统，各涂料企业是将重点放在提高涂料的防腐性能上，而不是装饰效果。

3、表面处理。考虑到飞溅区环境的强腐蚀性及难于维修的特点，采用环氧玻璃鳞片涂层系统，表面处理等级要求达到SSPC-SP5，表面粗糙度应满足涂料厂家的要求，如果没有规定，应为75～125μm。进行表面处理或涂覆底漆时，钢结构表面温度应至少高于露点3℃以上。不能喷砂的部位，宜按照SSPC-SP11使用动力工具处理至裸钢。室外进行的表面处理，宜在白天完成，在处理过的表面出现潮湿和任何锈蚀前，尽早涂覆合适的底漆。

四、热喷涂铝主动防腐

采用有机封闭剂封闭的热喷涂铝（TSA）涂层（火焰喷涂或电弧喷涂）已用于大气区，特别是高温环境例如火炬臂上。TSA只做封闭处理而不能施加面漆以增加其防腐性能，推荐热喷铝膜厚为250～375μm。TSA表面处理的要求很高，应达SSPC―SP5的要求。封闭层与热喷涂铝应有颜色的区别，以便于外观检查，在施工后的热喷铝涂层的密封层宜小于38μm。所有的热喷铝涂层应该按照NACENo.12标准施工。对于深水1500m环境如果采用TSA涂层则推荐采用300μm热喷铝+封闭涂料作为最终的涂装系统。

五、蒙乃尔耐蚀合金

蒙乃尔合金（Monel）由于其非常好的抗海水腐蚀及抗海生物附着而被壳牌及BP等国外石油公司列为飞溅区防腐系统，其厚度为3mm，不进行任何防腐处理。目前该防腐系统在中国海洋石油公司还未采用，而主要采用1mm的玻璃鳞片作为飞溅区的防腐涂层系统。在渤海海上采油平台，该涂层系统已被证明具有优异的抗浮冰磨损性能而被各采油平台所采纳，并成为中海油的标准涂层系统，用于抵抗飞溅区的腐蚀。

六、飞溅区涂层系统质量检验

飞溅区及全浸区涂层还要根据ISO20340的要求进行阴极剥离测试和海水浸泡测试，ISO20340对于涂料的性能测试方法和要求有着非常详细的规定，涂料厂商需要提供各方面都认同的第三方实验室的测试报告，才能应用到海洋工程项目中。对于立管涂层系统，还应满足DNVRPF106的技术要求。对于气田开发，飞溅区防腐涂层除了提供防腐性能外，根据FEA报告的要求，还应满足喷射火焰30min，以延长逃生时间的需求。漏点检测应按照NACESP0188进行。对溅区，涂层部分应进行100%漏点检测。任何部位的漏点都不可接受，并且应按照现场修补程序标注和修补。在按照ASTMD6677进行附着力检测的同时还应按照ISO4624进行拉拔试验以确定涂层的附着力，飞溅区以上涂层附着力要求不能低于4MPa，飞溅区涂层不能低于7MPa。

七、老化

老化问题对溅区防腐涂层系统的破坏主要表现在涂层失效以及涂层的脱落，由于海洋石油飞溅区都是采用重防腐涂层，老化问题并不突出。但随着各油田分别进入中后期，老化问题会逐渐体现出来。

由于海洋钢结构物飞溅区所处的特殊物理化学环境，决定了其防腐过程需采取有别于一般钢结构的防腐措施，蒙乃尔合金保护套作为一种抗冲击、抗腐蚀的综合腐蚀防护措施，不但具有施工较简便、防腐性能可靠、耐候性高的优点，还可与其它防腐措施（有机涂层）相配合，达到抗冲击、隔绝腐蚀因子的作用，抑制或减轻腐蚀。从长远看，蒙乃尔合金保护套对降低海洋钢结构后期的防腐维护费用、延长海洋钢结构的使用寿命是很有益的。

参考文献：

[1] 邵怀启，韩文礼等. 海洋飞溅区钢结构的腐蚀规律与防护措施[J].腐蚀与防护，2008，（11）：646-649.

[2] D K-K Tiong. Experience on "thermal spray aluminum （TSA）" coating on offshore structures [C]//Corrosion/2004， Houston： NACE， 2004.