“十三五”期間，我國(guó)深水油氣裝備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，相關(guān)技術(shù)躍居世界先進(jìn)水平。中心管匯是深水生產(chǎn)系統(tǒng)中最復(fù)雜、最典型的核心設(shè)備之一，用于分配、控制、管理石油和天然氣的流動(dòng)。雙相不銹鋼材料具有出色的耐蝕性和力學(xué)性能，在中心管匯上有廣泛的應(yīng)用。良好的防腐蝕是確保該設(shè)備在壽命期內(nèi)正常服役的關(guān)鍵，管道外涂層在這方面發(fā)揮著重要作用，但目前相關(guān)研究和關(guān)注較少。工程中也存在因雙相不銹鋼具有優(yōu)異耐蝕性而忽視其防腐蝕涂裝的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。為此，海洋石油工程股份有限公司的技術(shù)人員結(jié)合工程應(yīng)用，通過介紹雙相不銹鋼表面涂層的重要性，從表面處理、涂裝系統(tǒng)、涂層修復(fù)等方面提供了實(shí)現(xiàn)良好防腐蝕涂裝的技術(shù)參考。

一、生產(chǎn)設(shè)施及材料介紹

1、水下中心管匯

深水生產(chǎn)系統(tǒng)已成為深水及邊際油氣田開發(fā)的重要模式。中心管匯（Central Manifold）被喻為水下“油氣樞紐站”，是設(shè)計(jì)和制造難度極高的設(shè)備，如圖1所示。

圖1 中心管匯

中心管匯主要分布在海底的井口群之間，承擔(dān)著將深海油氣匯集并輸送的重要作用，在南海500級(jí)流花、1500級(jí)陵水等深水及超深水油氣田的開發(fā)中，隨著關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新和核心設(shè)備自主研制，中心管匯已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化并成功應(yīng)用，是目前國(guó)產(chǎn)化水平最高的水下關(guān)鍵設(shè)備。

2、雙相不銹鋼

雙相不銹鋼中鐵素體與奧氏體各約占50%，較少相含量最少達(dá)到30%。雙相不銹鋼兼具奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)：與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼塑性、韌性更高，室溫脆性、耐晶間腐蝕性能和焊接性能明顯提高；與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕、耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能提高。水下生產(chǎn)設(shè)施需具有較長(zhǎng)的服役壽命和極高的可靠性，因?yàn)樗坏┦Э赡茉斐蓢?yán)重的后果且維護(hù)費(fèi)用高昂。雙相不銹鋼在耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕、耐應(yīng)力腐蝕方面性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于中心管匯主工藝管線、小口徑儀表管、閥門等。流花某氣田中心管匯的主工藝管線、管件使用材料為S31803雙相不銹鋼，管線三維圖如圖2所示，該中心管匯經(jīng)過了防腐蝕涂裝。

圖2 中心管匯的管線三維圖

二、雙相不銹鋼管線涂層的作用

處于深水的雙相不銹鋼管線，長(zhǎng)期面臨海水浸泡、高壓、低溫、沖擊等，腐蝕環(huán)境復(fù)雜而嚴(yán)苛。雙相不銹鋼管線處于陰極保護(hù)之下，外防腐蝕涂層起到減小陽極消耗，降低氫致應(yīng)力開裂風(fēng)險(xiǎn)，提高抗腐蝕性的重要作用。

1、減小陽極消耗

隨著水深的增加，海水溫度變低、壓力增大、pH降低，海水中的碳酸鈣低于飽和度，不易形成保護(hù)性石灰質(zhì)沉積垢層。壓力增大會(huì)增加涂層的吸水率，加速涂層的失效，涂層電阻在較短時(shí)間內(nèi)明顯降低。相比于常壓海水環(huán)境，涂層在深海高壓環(huán)境中更容易失效。研究表明，在高壓（6 MPa）海水中浸泡30天后，常規(guī)涂層的阻抗降低1000倍。因此，在深水環(huán)境中服役的水下設(shè)施需要更大的陰極保護(hù)電流，這導(dǎo)致陽極消耗量增加。我國(guó)南海某深水氣田在開發(fā)之初就遇到了管線陽極消耗過快的問題。由于空間和質(zhì)量的限制，在水下設(shè)施中不可能無限增加陽極的數(shù)量和質(zhì)量。對(duì)于雙相不銹鋼管線來說，采用防腐蝕涂層和陰極保護(hù)相互補(bǔ)充方式是較為經(jīng)濟(jì)、安全可靠的防腐蝕手段。涂層的致密性和低電導(dǎo)率將大大減小管線對(duì)于陰極保護(hù)電流的需求，水下設(shè)施可被快速極化到最佳保護(hù)電位從而得到有效保護(hù)，陽極的使用壽命也得到延長(zhǎng)。同時(shí)涂層有助于實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)電流的均勻分布，這對(duì)于深水中心管匯實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)壽命有著非常重要的意義。

2、降低氫致應(yīng)力開裂風(fēng)險(xiǎn)

應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）是材料在應(yīng)力和特定介質(zhì)協(xié)同作用下產(chǎn)生的脆性斷裂現(xiàn)象。在拉應(yīng)力作用下，原子氫滲入并擴(kuò)散到合金晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部導(dǎo)致合金脆性斷裂的失效形式稱為氫致應(yīng)力開裂（HISC）。HISC是一種非延性失效模式，由應(yīng)力、氫含量和易受影響的鋼的微觀結(jié)構(gòu)共同作用引起。雙相不銹鋼對(duì)HISC敏感，從環(huán)境中吸收一定量的氫和高應(yīng)力部件微觀結(jié)構(gòu)的共同作用可以誘導(dǎo)雙相不銹鋼發(fā)生氫致應(yīng)力開裂。氫致應(yīng)力開裂主要可從三個(gè)方面控制：材料微觀結(jié)構(gòu)、介質(zhì)中氫的來源、負(fù)載評(píng)估。

圖3為荔灣某深水氣田水下雙相不銹鋼管線服役后發(fā)生氫致應(yīng)力開裂的情況。檢測(cè)結(jié)果表明，回收管道的母材含有較多的氫（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.0172%），焊縫含氫量相對(duì)較少（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約0.0084%）。這是因?yàn)槌霈F(xiàn)裂紋后氫迅速擴(kuò)散出金屬。

圖3 氫致應(yīng)力開裂

分析發(fā)現(xiàn)，雖然焊口組織中鐵素體的平均含量符合工程規(guī)范要求，但裂紋區(qū)域局部鐵素體含量非常高。由于氫原子的直徑比金屬原子小很多，在鐵素體中具有很好的滲透擴(kuò)散性，大量氫原子擴(kuò)散進(jìn)入鐵素體后產(chǎn)生氫氣發(fā)生體積膨脹，導(dǎo)致該區(qū)域產(chǎn)生開裂。在海洋環(huán)境中，陰極保護(hù)電位須嚴(yán)格控制在適當(dāng)范圍。雙相不銹鋼在海水中暴露于高應(yīng)力以及保護(hù)電位負(fù)于-800 mV（相對(duì)于Ag/AgCl參比電極）時(shí)，容易受到氫致應(yīng)力開裂的影響。當(dāng)管線材料中存在結(jié)構(gòu)缺陷、兩相組織存在不均勻，服役環(huán)境中有豐富的氫源時(shí)，雙相不銹鋼有較高的開裂風(fēng)險(xiǎn)。表面的涂層可以顯著降低雙相不銹鋼對(duì)于保護(hù)電流的需求從而降低鋼材表面氫原子的富集，同時(shí)起到屏蔽氫的作用，達(dá)到抑制氫致應(yīng)力開裂的目的。但涂層不是100%的屏障，細(xì)小的裂紋或缺陷都可能導(dǎo)致局部產(chǎn)生和吸收氫，因此涂層的質(zhì)量至關(guān)重要。

3、提高耐腐蝕性能

自然條件下雙相不銹鋼優(yōu)良的耐腐蝕性能主要依靠其表面的鈍化膜，在海水環(huán)境中，雙相不銹鋼的耐腐蝕性能會(huì)減弱。這主要是因?yàn)槁入x子半徑比較小，易于擴(kuò)散和穿透，吸附在金屬表面，與鈍化膜發(fā)生反應(yīng)，使鈍化膜破壞直到出現(xiàn)微觀缺口；缺口處的雙相不銹鋼失去鈍化膜的保護(hù)變成陽極區(qū)，而鈍化膜未被破壞部分雙相不銹鋼則是陰極區(qū)，如此形成了大陰極小陽極模型，使陽極區(qū)快速腐蝕形成點(diǎn)蝕坑。水下設(shè)施接觸的海泥中往往含有細(xì)菌等微生物，微生物沉積在雙相不銹鋼表面形成膜，使不銹鋼點(diǎn)蝕敏感性增大。管線外部的保護(hù)涂層可以起到隔離氯離子、微生物、污染物等的作用，從而提高管線的耐腐蝕性能。

三、雙相不銹鋼管線的防腐蝕涂裝

由于材料和服役環(huán)境的特殊性與碳鋼管線相比，雙相不銹鋼管線的涂裝在涂層選用、檢驗(yàn)儀器、施工設(shè)備、涂裝工藝等方面有更高要求。

1、表面處理

表面處理是涂層優(yōu)良附著的基礎(chǔ)，表面一致有助于涂層的均勻分散。雙相不銹鋼管線宜采用噴砂處理（除銹等級(jí)為Sa2.5級(jí)），噴砂處理時(shí)必須采用不含氯化物的尖銳的石榴石、氧化鋁等非金屬磨料以形成鋸齒狀的輪廓。經(jīng)表面處理后，雙相不銹鋼表面粗糙度的推薦值為50~85 μm。表面粗糙度過大會(huì)使波峰處涂料不能完全覆蓋金屬基材，涂層厚度偏薄，防護(hù)性能下降。表面粗糙度過小會(huì)使涂層附著力下降，導(dǎo)致涂層提早損壞。金屬基材上的可溶性鹽會(huì)增加水分子的滲透壓導(dǎo)致涂層起泡，表面可溶性鹽分控制在20 mg/m2以下（可溶性鹽電導(dǎo)率宜控制在170 μS/cm以下）。噴砂處理后雙相不銹鋼表面附著的灰塵雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生涂層起泡問題，可接受最低除銹等級(jí)為Sa2級(jí)。

2、涂層系統(tǒng)

涂料性能是長(zhǎng)效防腐蝕的關(guān)鍵，陰極保護(hù)對(duì)涂層有剝離作用，因此在選擇防腐蝕涂層時(shí)，應(yīng)考慮涂層的電性能、力學(xué)性能、化學(xué)性能等。受制造、空間等限制，熱固性交聯(lián)融結(jié)環(huán)氧等屏蔽性能較佳的涂層在管線上不便實(shí)施，因此水下中心匯管常采用液態(tài)環(huán)氧涂料。雙相不銹鋼是一種特殊的合金材料，液態(tài)涂料在其表面的浸潤(rùn)性相對(duì)較差，必須選擇附著力優(yōu)良的涂層體系。NORSOK M-501標(biāo)準(zhǔn)推薦的涂裝系統(tǒng)中，油漆類型為雙組分環(huán)氧/環(huán)氧酚醛，最小干膜厚度為350 μm，最小涂裝遍數(shù)為2遍，顏色為黃（RAL1004）。深水防腐蝕涂層系統(tǒng)與深水陰極保護(hù)系統(tǒng)必須很好地兼容，這就要求涂層具有良好的耐陰極剝離及耐海水浸泡性能。通過最少4200小時(shí)的常溫海水浸泡和陰極剝離兩項(xiàng)測(cè)試，評(píng)估涂層的附著力、耐滲透性、致密性、腐蝕蔓延性以及耐電流的剝離性等。如果管線操作溫度超過50 ℃，還應(yīng)在不低于最高服役溫度下對(duì)涂層再進(jìn)行陰極剝離測(cè)試。常溫管線涂層可采用雙組分厚漿型環(huán)氧，溫度較高時(shí)采用環(huán)氧酚醛。環(huán)氧酚醛有很高的交聯(lián)密度，自由體積小，溫度較高時(shí)其高交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)使水分子、離子等難以通過，因此耐溫性通常優(yōu)于環(huán)氧。為確保涂層的防腐蝕性能，推薦對(duì)深水涂層進(jìn)行額外的高壓浸泡測(cè)試，利用電化學(xué)、光譜、表面分析等方法檢驗(yàn)涂層在高壓、低溫下的性能及其變化。涂層厚度不應(yīng)低于350 μm，適當(dāng)增加厚度可增強(qiáng)涂層對(duì)腐蝕介質(zhì)的屏蔽能力，阻止?jié)B透。圖4為水下機(jī)器人（ROV）在水下對(duì)管線進(jìn)行操作，深水能見度極低，為便于觀察，管線面漆顏色宜采用辨識(shí)度較高的黃色RAL1004。

圖4 ROV水下操作

3、涂層厚度測(cè)量

雙相不銹鋼中的鐵素體會(huì)產(chǎn)生不均勻的鐵磁性，其電磁特性對(duì)膜厚測(cè)量?jī)x傳感器的磁場(chǎng)分布產(chǎn)生影響，從而影響常用磁性或者電渦流探頭的靈敏度。在工程中用鐵基、非鐵基或自動(dòng)識(shí)別底材類型的探頭測(cè)量膜厚均可能產(chǎn)生偏離。厚度是涂層質(zhì)量控制的重點(diǎn)，涂層過厚會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，涂層過薄會(huì)使其屏蔽性能不足。雙相不銹鋼涂層厚度宜采用超聲波厚測(cè)量?jī)x器進(jìn)行檢測(cè)。超聲波脈沖可以準(zhǔn)確測(cè)量各涂層的厚度，使用前應(yīng)按涂層厚度范圍設(shè)置量程以獲得準(zhǔn)確值。

4、游離鐵污染控制

陰極保護(hù)電流對(duì)不銹鋼鈍化膜的影響較為復(fù)雜，極化電位不同可能會(huì)導(dǎo)致表面鈍化膜變化。鈍化膜在雙相不銹鋼管線整體防腐蝕體系中仍然發(fā)揮著重要的防護(hù)作用，特別是對(duì)于欠保護(hù)或電流屏蔽處管線。游離鐵會(huì)導(dǎo)致雙相不銹鋼表面污染從而影響鈍化膜的形成，如圖5所示。雙相不銹鋼管線的表面處理和噴涂應(yīng)在獨(dú)立的車間或?qū)Ｓ脠?chǎng)地進(jìn)行，噴砂和作業(yè)環(huán)境均需與碳鋼作隔離處理。

圖5 雙相不銹鋼表面的鐵污染

藍(lán)點(diǎn)檢測(cè)法可用于檢驗(yàn)鐵污染。檢測(cè)溶液為1 g K3[Fe(CN)6]加3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~85%的硝酸和100 mL去離子水。濾紙浸漬溶液后貼附于待測(cè)雙相不銹鋼表面或直接將溶液滴涂于雙相不銹鋼表面，15秒內(nèi)出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)表明存在游離鐵。

5、焊縫節(jié)點(diǎn)涂層的修復(fù)

水下中心管匯雙相不銹鋼管線常規(guī)建造工藝是預(yù)涂管線、管件，焊接后再對(duì)焊縫進(jìn)行修補(bǔ)涂裝，受空間限制此時(shí)往往不再具備噴砂作業(yè)條件。用常規(guī)鋼絲刷或針槍等工具對(duì)修復(fù)位置打磨只能產(chǎn)生光滑表面，不能形成明顯波峰、波谷的鋸齒狀外形。低表面粗糙度和波浪外形會(huì)造成涂層附著力差，影響其抗陰極剝離性能，形成薄弱點(diǎn)。在2012版NORSOK M-501標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于浸沒區(qū)不銹鋼表面粗糙度的要求為50~85 μm，而對(duì)于非海洋大氣區(qū)和2004版浸沒區(qū)表面粗糙度的要求為25~45 μm。管線的焊縫是氫致應(yīng)力開裂最為敏感的部位，焊縫處涂層質(zhì)量較為重要，提高涂層的附著力可以提高其抗陰極剝離性能。推薦使用立式鋼絲刷等工具持續(xù)沖刷打磨該區(qū)域鋼材表面，使該區(qū)域鋼材表面產(chǎn)生與噴砂類似的清潔度和表面粗糙度，以提高涂層的附著力從而提高其防腐蝕性能和屏蔽作用。在打磨處理前，焊縫表面應(yīng)處理平整，控制余高3 mm以下，防止應(yīng)力集中。涂層完全固化后，用濕海綿漏涂點(diǎn)檢測(cè)儀進(jìn)行100%針孔檢測(cè)。

四、結(jié)語

水下油氣生產(chǎn)系統(tǒng)是深水油氣田開發(fā)的重要模式，我國(guó)相關(guān)裝備的研制起步較晚，目前仍存在技術(shù)不足等問題，因此向海洋工程制造業(yè)深水高端裝備進(jìn)軍，開展相關(guān)探索和實(shí)踐具有重要意義。水下中心管匯是深海油氣田開發(fā)的核心裝備之一，管線是該設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。陰極保護(hù)下雙相不銹鋼管線涂層能起到減小陽極消耗，降低氫致應(yīng)力開裂風(fēng)險(xiǎn)，提高耐腐蝕性的重要作用。工程設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)結(jié)合雙相不銹鋼管線的服役特點(diǎn)制定針對(duì)性的防腐蝕涂裝方案，采用專業(yè)儀器設(shè)備檢測(cè)，確保防腐蝕涂層的質(zhì)量和可靠性。

五、夢(mèng)能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門。

2、免費(fèi)打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀、性能測(cè)試，請(qǐng)與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢(mèng)能科技營(yíng)銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購買通道

零售：購買50kg以內(nèi)，線上購買，抖店直接下單購買。

工廠業(yè)務(wù)：長(zhǎng)期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調(diào)試、質(zhì)量檢測(cè)、開具13%專用發(fā)票

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項(xiàng)目保護(hù)。

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涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。