摘要：针对目前海洋石油钢结构飞溅区防腐涂装系统的设计、施工以及实际海上平台的调研结果，结合国际标准NACESP0108、NORSOKM501、以及ISO20340等对海洋环境涂装系统的技术要求和海洋石油防腐涂装保护设计的成果和经验，对海洋石油工程大型海上钢结构及立管飞溅区防腐涂装的设计和施工提出具体的要求和质量保证，以达到安全生产和最佳的防腐效果。 关键词：涂装系统；牺牲阳极阴极保护；海底管线；立管；导管架；飞溅区；氯丁橡胶；海生物
0 引言 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。本文详细论述了目前海洋石油海上大型钢结构及立管飞溅区防腐的设计及施工技术要求，给出了在海上设施和相关设备的建造安装过程中，有关飞溅区涂装材料的选择、表面预处理、应用程序以及保护层检验的要求。 本文涵盖了碳钢及不锈钢材质飞溅区的涂装保护方法、涂层系统以及飞溅区涂层系统的质量检验要求，包括涂层材料、涂层质量预先确认测试方法及其相关标准、表面处理、涂层涂覆、质量保证和控制以及修补措施，分享了最近5a内对于不锈钢飞溅区防腐的策略及施工特点，列举了一些实际案例来进行分析，为海洋石油大型海上钢结构及立管防腐设计提出一些建设性的意见和见解。 1 海洋环境分类 海上构筑物的腐蚀分为4个区域[1]：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。 2 设计寿命 一般海洋工程防腐涂装设计及施工是基于大于或等于15a防腐寿命的涂装系统，涂层设计寿命是基于锈蚀在到Ri3时进行的第一次维护可以达到最好效果而进行确定。正常情况涂层设计寿命应包括建造期及投产前安装和调试的时间[2]，通常是在油田设计寿命的基础上增加1～2a。 对于飞溅区防腐涂层系统，其设计寿命必须与整个平台的设计寿命保持一致，值得一提的是，除非特殊原因，如浮冰或者海上漂浮物(如船舶)的不正常操作造成的损伤外，飞溅区防腐涂层在设计寿命期内必须是免维护的。而对于机械损伤的飞溅区表面，其允许的最大维护间隔不能超过1a。在整个防腐设计中，这一时间间隔以及在运行期间的破损频率是进行飞溅区腐蚀裕量设计的一个重要依据。在此针对如何进行飞溅区涂层系统的选取和涂层质量的检验进行详细介绍。 3 涂层系统 3.1 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于飞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。 3.1.1 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。 3.1.2 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。对于飞溅区，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。
3.1.3 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。在涂覆底漆前应根据ISO8502-6和8502-9进行可溶性盐检验，飞溅区为最高25mg/m2。 3.2 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。 3.3 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。 3.4 氯丁橡胶涂层系统 典型的海洋石油立管飞溅区涂层系统，是基于500μm的FBE(熔结环氧)涂层防腐涂装系统，涂覆13mm氯丁橡胶用于抵抗由于船舶及海上漂浮物的机械损伤。当设计寿命超过30a则需要25mm氯丁橡胶防腐涂层系统。 4 典型钢结构飞溅区涂层系统 4.1 系统要求 海上钢结构暴露于几种不同的环境和条件下，需要不同的涂层系统进行腐蚀防护。对于飞溅区涂层系统除了能满足设计需要外，涂料厂家还应提供满足NORSOKM501[4]以及NACESP0108的技术要求。图1为海洋石油采油平台导管架飞溅区及组块涂装系统。 图1 海洋石油采油平台导管架飞溅区及组块涂装系统
4.2 导管架飞溅区典型的保护涂层 海洋石油导管架飞溅区一般比大气区和全浸区更具腐蚀性。目前普遍采用环氧玻璃鳞片加强的液体涂层以提高涂层的阻隔性能和机械强度。导管架飞溅区防腐涂层系统海上照片如图2。 图2 导管架飞溅区防腐涂层系统 表1 典型的飞溅区碳钢保护涂层系统 飞溅区的涂层需要好的耐水性，故宜使用阻隔性能优良的环氧体系。这些涂层中通常含有玻璃鳞片以提高阻隔性能和机械强度。聚氨酯涂层耐水性差，不宜用于飞溅区。 4.3 立管涂层系统 典型的海洋石油立管飞溅区涂层系统，是基于500μm的FBE涂层防腐涂装系统并涂覆13mm厚氯丁橡胶，用于抵抗由于船舶及海上漂浮物的机械损伤。当设计寿命超过30a则需要25mm氯丁橡胶防腐涂层系统。另外，对于超过90℃的立管，常规的氯丁橡胶已经无法满足大于25a的免维护防腐寿命，在这种情况下，涂覆高温型FBE后应涂覆EPDM(三元乙丙橡胶)来满足高温带来的橡胶老化问题，而这一涂层系统目前已经被各国际设计公司所采纳。 中国南海地区由于没有浮冰磨蚀的风险，也可以采取提高飞溅区涂层厚度的方法来达到免维护的目的。早期的3LPE(三层聚乙烯)也证明是可行的，图3就是东方气田使用10a后的照片。 图3 3LPE立管飞溅区防腐涂层 图4 失效案例 图片显示3LPE涂层在该海域也是可行的。由于地理位置的原因，南海海域海生物附着问题是平台设计初期必须考虑的。目前对于立管飞溅区部位防止海生物附着的最好方法就是在氯丁橡胶表面加入铜镍合金骨料，由于铜镍合金对于海生物附着具有抑制作用，南海大部分油气田均采用该方式进行预防海生物附着问题。近几年随着海洋石油对防腐涂层重视程度不断加深，对于南海油气田的开发已经全部采用FBE+氯丁橡胶的涂层系统。
5 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[5]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。对于飞溅区，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。 6 近年来飞溅区涂层的失效案例 6.1 机械损伤 机械损伤对于飞溅区防腐涂层系统在设计初期就应考虑内，但由于机械损伤的不可预见性，虽然玻璃鳞片类涂料能提供非常良好的抗机械冲击性能，但在后期的运行过程中还是存在一定的破损风险，而破损后的修复对于维修者来说又是一个非常大的挑战。图4是来自不同机械损伤及涂层质量等原因共同作用下的失效案例。 图5是FPSO船体涂层系统遭受腐蚀破坏的场景。可以看出，主要的涂层系统破坏均集中在飞溅区部位，其问题主要是早期的涂层设计缺陷以及机械损伤等问题，而近期海洋石油FPSO的飞溅区涂层系统均设计为至少0.5mm的玻璃鳞片防腐涂层系统，有效减少损伤。 图5 FPSO 船体涂层系统遭受腐蚀破坏的场景 图6-导管架的维修
6.2 海生物附着 无论在南海还是渤海，海生物附着对于飞溅区防腐涂层系统的损伤是防腐涂层系统及防护系统在平台设计之初就必须考虑在内的。图7为防海生物装置失效后海生物附着状况。 图7 防海生物装置失效后海生物附着状况 可以看出，海生物的附着会给平台增加非常大的载荷进而影响整个平台的稳定性，同时海生物的附着也会对涂层的防腐性能有一定的损害，因此如何选择一个长寿命防污涂层系统是今后海洋平台防腐设计的一个挑战。 6.3 涂料厂家质量问题 涂料供应商的质量问题近几年在海洋石油也有出现，造成海上防腐涂层系统的过早失效，图8为某涂料厂家提供的飞溅区防腐涂层系统在运行1a后的现场图片。 图8 某涂料厂家提供的飞溅区防腐涂层系统在运行 1 a 后失效 图9-一个典型的结构设计缺陷造成飞溅区防腐涂层早期破坏 6.5 老化 老化问题对于飞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。
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发表于 2012-12-21 13:43
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