海洋平臺(tái)是一種海上大型工程結(jié)構(gòu)物。其鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于鹽霧、潮氣和海水等環(huán)境中, 受到海水及海生物的侵蝕, 而產(chǎn)生劇烈的電化學(xué)腐蝕。腐蝕嚴(yán)重影響海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能, 從而影響到海洋平臺(tái)的使用安全。而且由于海洋平臺(tái)遠(yuǎn)離海岸, 不能像船舶那樣定期進(jìn)塢維修保養(yǎng), 因此海洋平臺(tái)的建造者及使用者都非常重視海洋平臺(tái)的防腐問題。如何對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)效防腐, 以及開發(fā)研究海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效防腐的新材料、新技術(shù)及新工藝都具有十分重要的意義。

一、海洋平臺(tái)的腐蝕規(guī)律

1、海洋環(huán)境的腐蝕區(qū)域界定

海洋平臺(tái)的使用環(huán)境極其惡劣, 陽(yáng)光暴曬、鹽霧、波浪的沖擊、復(fù)雜的海水體系、環(huán)境溫度和濕度變化及海洋生物侵蝕等使得海洋平臺(tái)腐蝕速率較快。海洋平臺(tái)在不同的海洋環(huán)境下, 腐蝕行為和腐蝕特點(diǎn)會(huì)有比較大的差異。因此要對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中腐蝕區(qū)域的腐蝕情況進(jìn)行分析和界定, 才能針對(duì)性地提出有效的保護(hù)措施。根據(jù)海洋環(huán)境、腐蝕特點(diǎn)和平均腐蝕率不同, 海洋平臺(tái)在海洋環(huán)境中可分為海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)和全浸區(qū) 3 大區(qū)域。為了更好地分析海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕情況, 許多研究者又將飛濺區(qū)分為飛濺區(qū)和潮差區(qū), 全浸區(qū)分為海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū), 即分成5大腐蝕區(qū)域。

2、海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕情況

海洋大氣區(qū):海洋大氣區(qū)海鹽粒子使腐蝕加快, 干燥表面與含鹽的濕膜交替變換形成物理、化學(xué)和電化學(xué)作用影響金屬腐蝕。

飛濺區(qū):在海洋環(huán)境中腐蝕最嚴(yán)重的部位是在平均海潮以上的飛濺區(qū)。由于經(jīng)常成潮濕表面, 表面供氧充足, 無(wú)海生物污損。長(zhǎng)時(shí)間潤(rùn)濕表面與短時(shí)間干燥表面的交替作用和浪花沖刷, 造成物理與電化學(xué)為主的腐蝕破壞, 且破壞最大。

潮差區(qū):鋼結(jié)構(gòu)在潮差區(qū)的腐蝕為最低, 甚至小于海水全浸和海底泥土的腐蝕率。在平均低潮位以下附近區(qū)域的腐蝕出現(xiàn)一個(gè)峰值, 這是因?yàn)殇摌对诤Ｑ蟓h(huán)境中, 隨著潮位的漲落, 在水線上方濕潤(rùn)的鋼鐵表面供氧總量比水線下方的浸在海水中的鋼結(jié)構(gòu)表面要充分得多, 且彼此構(gòu)成一個(gè)回路, 由此成為一個(gè)氧濃度差宏觀腐蝕電池。腐蝕電池中富氧區(qū)為陰極, 即潮差區(qū);相對(duì)缺氧區(qū)為陽(yáng)極, 即平均低潮位水線下方的區(qū)域?？偟男Ч钦麄€(gè)潮差區(qū)中每一點(diǎn)分別受到了不同程度的陰極保護(hù)。而在平均低潮位以下則經(jīng)常作為陽(yáng)極而出現(xiàn)的腐蝕峰值。

海水全浸區(qū):在海水全浸區(qū)的腐蝕中, 淺海腐蝕可能比海洋大氣中更迅速, 深海區(qū)的氧含量往往比表層低得多, 水溫近于0°C, 腐蝕較輕。海底泥土區(qū):存在硫酸鹽和還原菌等細(xì)菌, 海底沉積物的來源及特征不一。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。

二、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的幾種長(zhǎng)效防腐技術(shù)

對(duì)于海洋平臺(tái)各個(gè)區(qū)域的防腐, 目前除了以防腐涂層與陰極保護(hù)或外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)配套外, 還在海洋平臺(tái)上使用其他具有長(zhǎng)效防腐的技術(shù), 包括平臺(tái)熱噴涂長(zhǎng)效防腐蝕技術(shù), 鋅加保護(hù)技術(shù)、平臺(tái)樁腿防腐套包縛技術(shù)等。

1、 海洋平臺(tái)熱噴涂防腐技術(shù)熱噴涂技術(shù)

在海洋平臺(tái)鋼鐵構(gòu)件的應(yīng)用已有很久的歷史了。熱噴涂鋅、鋁及其合金涂層在國(guó)外海洋平臺(tái)鋼鐵構(gòu)件上都有成功應(yīng)用實(shí)例, 實(shí)例表明:熱噴涂鋅鋁及其合金涂層已成為一種成熟的防腐技術(shù), 經(jīng)過適當(dāng)封閉的熱噴鋅鋁涂層在常溫和高溫下對(duì)處于飛濺區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出優(yōu)良的防腐蝕性能。熱噴涂鋁涂層在海洋平臺(tái)中最大應(yīng)用工程是 1984 年建造的 Hotton 張力腿平臺(tái)。該平臺(tái)設(shè)計(jì)壽命50年。其使用8 年后, 在飛濺區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象和褐色滲漏效應(yīng)。厚度測(cè)量表明, 平臺(tái)安裝后涂層厚度沒有減少, 說明了海洋平臺(tái)噴涂鋅鋁金屬覆蓋層的防腐蝕效果十分明顯, 即使表面有機(jī)涂層脫落也會(huì)保護(hù)基體免遭腐蝕。同時(shí)經(jīng)試驗(yàn)表明, 200μm 厚的熱噴鋅鋁涂層對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在飛濺區(qū)的防護(hù)壽命可以確保超過30 年。對(duì)于海洋平臺(tái)使用的高強(qiáng)度鋼制件來說, 噴涂鋁及鋁合金涂層不僅可提供一種鋁屏蔽層, 而且一旦涂層受到破壞, 還可以作為犧牲陽(yáng)極保護(hù)所出現(xiàn)的漏涂區(qū)。在涂層上可涂覆封閉涂料, 以封閉鋁及鋁合金涂層的孔隙, 從而改進(jìn)涂層性能, 延長(zhǎng)其總的使用壽命。我國(guó)的熱噴涂防腐技術(shù)起步較晚, 目前用在海洋平臺(tái)防腐還處于試驗(yàn)階段, 有待進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用。

2、海洋平臺(tái)鋅加保護(hù)技術(shù)

鋅加保護(hù)是一種優(yōu)質(zhì)便捷的鋼結(jié)構(gòu)防腐保護(hù)方法, 鋅加保護(hù)對(duì)基體材料擁有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重作用。鋅加保護(hù)技術(shù)具有優(yōu)異的防腐性能在于鋅加鍍鋅涂層干膜中含鋅量達(dá)96%, 產(chǎn)品中鋅粉純度高達(dá)99.995%以上。鋅加保護(hù)還具備獨(dú)特的重融性, 新的鋅加涂層與原有的鋅加鍍層可完全融合, 便于維修補(bǔ)涂。

鋅加保護(hù)與傳統(tǒng)有機(jī)涂料相比, 具有很強(qiáng)的陰極保護(hù)作用并且可以作為良好的底層, 其耐腐蝕能力高于常規(guī)的富鋅底漆5～6 倍, 防腐保護(hù)年限可達(dá)到25～30 年。

在海洋平臺(tái)全浸區(qū)的腐蝕程度比大氣區(qū)嚴(yán)重, 但比飛濺區(qū)要輕。全浸區(qū)一般采用陰極保護(hù)或涂料與陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù), 而很少單獨(dú)采用涂料保護(hù), 原因是目前防銹、防污涂料使用期限很難達(dá)到海洋平臺(tái)永久性的保護(hù)。鋅加保護(hù)技術(shù)在涂層保護(hù)和陰極長(zhǎng)效保護(hù)的雙重作用下, 具有較長(zhǎng)的防腐保護(hù)年限從而彌補(bǔ)了一般涂料在防腐作用使用年限的不足。

經(jīng)國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)的工程證明, 鋅加保護(hù)涂層技術(shù)的防腐性能十分優(yōu)異。2000 年鋅加保護(hù)技術(shù)被應(yīng)用 在國(guó)內(nèi)深圳蛇口海上鉆井平臺(tái)和東海平湖油田海上鉆井平臺(tái)的局部維修上, 修復(fù)的鋅加涂層用到至今未發(fā)現(xiàn)銹蝕, 防腐性能良好。

3、海洋平臺(tái)樁腿防腐套包縛技術(shù)

目前, 海洋飛濺區(qū)這一腐蝕最嚴(yán)重部位的防腐問題得到了空前廣泛的關(guān)注, 并正在進(jìn)行深入的研討之中?，F(xiàn)在公認(rèn)為最成熟的技術(shù)是防腐套包縛方法。在美國(guó)、英國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家, 越來越多的海洋平臺(tái)對(duì)飛濺區(qū)樁腿的防腐采用了防腐套包縛技術(shù)。

防腐套是一種長(zhǎng)效防腐技術(shù), 用在海洋環(huán)境條件下的飛濺區(qū), 可以使防腐壽命達(dá) 30 年以上。防腐套由高強(qiáng)度多層織物外覆以特殊聚酯層, 內(nèi)覆防腐觸變膠3 部分構(gòu)成。這 3 層結(jié)構(gòu)緊密地聚合在一起形成了單片式整體結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可以通過增加或減少套體的厚度和改變織物的構(gòu)造來調(diào)整防腐套的物理特性, 以適應(yīng)不同的防腐要求。其多層織物本身的彈性可使防腐套以設(shè)計(jì)的張力緊密地包縛海洋平臺(tái)樁腿, 并且達(dá)到水密甚至氣密的密封要求, 從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效防腐。

海洋平臺(tái)樁腿防腐套可有效解決海生物附著的不良影響。防腐套產(chǎn)品的外層涂覆抗污成分和內(nèi)層防腐觸變膠等獨(dú)特設(shè)計(jì), 可有效地防止海生物的附著和生長(zhǎng), 從而使防腐套防腐壽命大大延長(zhǎng), 最終有效地達(dá)到長(zhǎng)效防腐保護(hù)的目的。其本身高強(qiáng)度織物的彈性作用, 會(huì)在防腐套和柱樁表面形成一個(gè)緊繃的環(huán)套張力, 這不僅會(huì)使防腐套緊緊包縛在樁腿上, 而且不會(huì)受到由于溫度變化引起鋼管樁腿熱脹冷縮的物理變化所帶來的任何影響。目前, 樁腿防腐套技術(shù)已在世界各地多個(gè)海洋工程上得到應(yīng)用。

三、結(jié)語(yǔ)

海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的防腐, 要根據(jù)海上不同區(qū)域的腐蝕特點(diǎn), 腐蝕速率選用相應(yīng)的防腐防護(hù)措施。防腐涂料不斷涌現(xiàn)新的品種, 要充分注意到涂料自身的性能及涂層間的配套性, 嚴(yán)格涂裝過程。熱噴涂涂層和鋅加保護(hù)技術(shù)是涂層與陰極保護(hù)的相互配套, 從而達(dá)到對(duì)海洋平臺(tái)的長(zhǎng)效防腐。海洋平臺(tái)的樁腿在飛濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)頻繁地經(jīng)受海浪的拍打和生產(chǎn)作業(yè)中外物的碰撞, 是樁腿腐蝕最嚴(yán)重的部位, 需要特別的防腐保護(hù)。防腐套包縛技術(shù)具有獨(dú)特的高強(qiáng)度外套設(shè)計(jì), 可以使海洋平臺(tái)樁腿在飛濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)得到很好的防腐保護(hù)效果。為了盡可能地避免腐蝕損失, 延長(zhǎng)海洋平臺(tái)的使用壽命, 發(fā)展海洋平臺(tái)防腐技術(shù)具有重大意義。