摘要：腐蚀是海上石油工程中一个极其严重和重要的问题。因此，在进行海洋石油工程前，防止或控制环境因素引起的腐蚀具有重要意义。因此，涂料的防腐设计与施工在海上石油工程的应用中起着重要的作用。本文综述了防腐设计与施工在海上石油工程中的应用。
关键词：海洋石油工程；防腐；涂装系统；设计；施工
引言
随着石油资源和人力资源的迫切需要石油,近海石油勘探的力量越来越大,离岸开发石油资源的工作越来越被人们关注,但由于海上平台的建设,人们意识到导管架和其他钢结构长期浸泡在海水中,海洋石油工程中的腐蚀问题极易出现。腐蚀问题一旦发生,将直接影响海上石油工程的使用寿命和效率。为此，需进行海上石油工程的涂装防腐设计，对海上石油平台的涂装防腐系统持续进行改进。通过更专业、更有效的防腐设计方案，科学、严格地完成海洋石油工程的防腐涂装施工，保障设施安全，使海洋石油工程健康、有序、经济、可持续地进行。
一、海洋石油工程面临的腐蚀风险分析
为了保证采油的高效稳定运行，必须保证海上石油工程的安全可靠。因此，不仅需要工程师的专业技能，还需要设施的安全性和耐久性。由于海洋环境复杂,水中富含多种电解质,和水温度变化、pH值,氧气,二氧化碳,以及各种各样的海洋生物,这些因素的影响，随着海上石油工程设施,钢铁材料逐渐与周围的环境做出反应。如当前海洋石油工程平台设施的一部分区域在大气区内,有一些飞溅区,而内外全浸区长期浸泡在海水中，在不同部位的材料面临不同的环境因素，受到不同程度的腐蚀，进而可能影响海上油气作业的施工安全。加强海洋石油设施的防腐施工，持续改进涂层体系，可以有效地延缓甚至避免腐蚀带来的一系列不利影响，对海洋石油工程的正常运行具有重要意义。因此，本文针对海洋石油工程的涂装防腐设计与施工进行了相应的分析，以促进涂装防腐设计的实际和有效应用。
二、涂装防腐设计在海洋石油工程中的应用
海洋石油工程中材料防腐设计复杂，材料涂层防腐设计可有效延长海洋石油工程的使用寿命。此处从表面处理、涂层体系和典型涂层体系三个方面分析了涂层的防腐设计及其在海上石油工程中的应用。
2.1基材表面处理
钢材表面处理的质量直接影响涂层的附着力和防腐效果。各国和组织对底物处理等级有相似的规定，其中常用的有ASTM、NACE、SSPC、ISO、NORSOK等标准。海洋石油设施在海水和高盐雾环境下工作，一般情况下，设施的外表面，特别是飞溅区表面，会附着上大量的盐分，凝结水和盐分会通过电化学腐蚀影响涂层的防腐性能。在防腐施工前，表面的盐必须彻底清洗干净。要去除表面的盐、油和其他污染物，通常用高压淡水进行冲洗。随后采用人工喷砂的方式，将表面原有涂层锈蚀损坏的区域处理到Sa 2.5级，表面粗糙度一般达到50 ~ 80表面μm。原有涂层状况良好的区域可以保留，建议在覆盖面漆前进行拉毛处理。
人员活动区域、生产设施等不适宜喷砂的部位，建议采用手工、电动工具除锈，参照SP11或SP3的标准进行施工，但要注意钢材表面不能抛光。所有的表面杂质，如油脂、点蚀锈块、焊渣飞溅等，在表面处理前都要清除干净。经过表面喷射或电动工具处理后，需使用压缩空气必要时结合真空吸尘器彻底清洁钢材的表面。
2.2 涂层系统
下面就海洋石油不同环境条件下海洋石油设施的涂层系统进行简要的介绍，其中涉及大气区、飞溅区、全浸区以及一些特种部位(如热浸锌部件)的涂层系统等。
（1）涂层设计原则
涂层的设计应该综合考虑设施环境、施工和涂料性能，涂层的选用原则一般如下：
1）底漆需能在很长的施工期间和设施使用周期内保护底材，大气区非绝缘部位推荐使用环氧富锌底漆。底漆要能耐受施工期间的磨损。
2）中漆宜采用厚浆型涂料，能尽可能的隔绝氧气和水气对涂层的渗透。
3）优先选用施工便捷，可使用常规涂装设备进行施工的涂层体系。
4）甲板区域和采油作业区域，适宜使用耐磨耐冲击、耐油、耐化学品的涂层体系；
5）海上设施裸露于阳光照射中的部位，适宜采用耐受紫外线、抗粉化性能好、耐老化的涂层系统。
6）浸泡区、储罐内壁等浸泡部位，不适合使用含锌涂层。
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7）充分考虑涂层的易于修复性能，以及高纬度地区低温寒冷天气对涂料的使用限制。
8）适当考虑涂层的兼容性，不同牌号油漆的可换性，方便后期的维保。
（2）底漆
所有的涂层系统，尤其对于飞溅区和水下防腐涂层系统，底漆是涂层系统中非常重要的组成部分。底漆至少包括三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 NACE SP 0108 标准中有明确的规定，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及全浸区使用。
此外,深水涂层系统原则上,禁止使用临时底漆为基材的表面处理保护，这是由于水涂层系统的重要性远高于飞溅区以上的涂层系统，涂覆临时保护用底漆会降低主涂层系统的防腐性能，这与常规钢结构防腐涂层系统有所不同。
富锌底漆，是一种比较典型的底漆，是含有高比例锌粉的涂料，与基材有很强的附着力。富锌底漆可起阴极保护作用，当涂层中有破坏或不连续时，涂层中的锌粉因电位高可起牺牲阳极的作用而保护底材。富锌底漆一般分为环氧富锌底漆以及无机硅酸富锌底漆等。
（3）中间漆和面漆
海洋设施的底漆上均须涂覆中间漆和面漆。对于设施钢结构飞溅区和水下生产设施的防腐涂层体系，中间漆和面漆一般设计为涂覆 2 道或 2 道以上的厚膜型耐磨环氧或者环氧玻璃鳞片涂料，以提高涂料在强腐蚀环境下的防腐性能。对于飞溅区，通常各个石油公司并未明确具体的颜色编号，所以不须涂覆面漆来提高视觉效果。对于此区域的油漆系统，各涂料制造商不需为了符合石油公司的颜色而调整多样的飞溅区防腐涂料颜色，可以将重点放在改进油漆的防腐性能上。而对于水下生产设施，为了便于水下作业和检测设备的可视性，通常会要求刷涂成黄色。对于深水设施，所有涂层系统应要求为无溶剂涂层系统。这是由于溶剂的挥发会在涂层结构中留下微观空隙，在较深的水压下(如1500 m水深环境下)会破坏涂层结构而造成涂层局部失效。
（4）典型涂层系统
典型涂层系统一般包括典型大气区、飞溅区以及全浸区外部涂层系统，对于典型大气区而言，又分为碳钢大气区和不锈钢大气区。碳钢大气区涂层系统通常结构部分配套为环氧富锌底漆—环氧云铁中漆—聚氨酯面漆，甲板部分为环氧富锌底漆—厚浆型环氧低表面处理漆，如结构表面需要舾装可不做面漆。不锈钢大气区则是根据不锈钢材料的特点选择恰当的涂料和涂层，主要是防止不锈钢被氯化物腐蚀。通常不保温的不锈钢表面油漆配套为环氧底漆—厚浆型中漆—聚氨酯面漆；需做保温的不锈钢表面一般表面先做两道酚醛环氧涂层。
碳钢飞溅区比大气区和全浸区更易腐蚀，通常在钢材表面采用环氧玻璃鳞片漆，总干膜厚度一般需达到1000μm。因为抗水性不强，一般不采用聚氨酯面漆。
全浸区的结构需要采用涂层结合牺牲阳极联合进行保护。全浸区的表面涂层系统，常采用高固体环氧漆，或者使用玻璃鳞片漆，干膜厚度一般要求达到350μm以上。
2.3其它防腐设计
除了使用油漆涂层，海上石油平台通常使用的防腐方式还包括以下几种。热浸锌或者渗锌，通常使用部位为栏杆扶手、钢格栅、海水等管线内外表面、电仪支架等位置，现在很多时候，热浸锌或渗锌表面还要求轻触扫砂后再做油漆；热喷铝及铝合金等，一般用在井架等部件，通常也会结合油漆涂层；在海洋平台的全浸区，可以采用阴极保护或者阴极保护和涂料的联合保护；在海上油气设施的飞溅区，比如海洋平台的桩腿，目前比较行之有效且成熟的技术是防腐套包缚技术，国外有例子表明这是一种长效防腐技术，防腐年限可达30年以上；对于紧固件，有镀锌、镀铬以及达克罗处理等；另外，海洋石油平台某些部件会使用防腐蚀性能强的材料，如不锈钢、双向不锈钢、铜镍合金、玻璃钢等。
结束语
综上所述，海上石油设施在长期使用过程中发生腐蚀。腐蚀发生在很多方面，影响了工程设施的应用效果和安全，严重降低了工程设施的使用寿命。因此，有必要加强海上石油工程的防腐设计与施工。在海上石油工程施工中，要根据海上不同区域的腐蚀情、腐蚀速率选用相应的防腐措施。采用涂装进行防腐，是目前最普遍的海洋设施防腐方式，此外，其它的防腐工艺也在不断发展。为了尽可能地延长海洋油气设施的使用寿命，减小腐蚀的损失，海洋平台防腐技术需要不断地发展改进。
参考文献
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[3] ISO 20340 - 2016，油漆和清漆性能海上防护涂料系统的要求和相关的结构2016.9.
论文作者:陈海东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/25
标签：涂层论文; 石油论文; 底漆论文; 海洋论文; 设施论文; 海上论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第27期论文;