四海洋工程防腐施工工艺

石油工程学院海洋工程系第二章海洋平台建造工艺第四节海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系§2-4海洋平台防腐施工工艺海洋是一个严酷的腐蚀环境，在油气田的开发生产中，以钢铁为主要结构的海上钻井平台、采油平台等各种工艺设备随时都面临着腐蚀的危害。在对钢结构进行腐蚀保护时，应该了解材料所处的腐蚀环境及造成腐蚀的主要因素，以便采取相应的保护措施。本章主要介绍平台的导管架、上部组块的钢表面处理、防腐涂层的施工、检验，阴极保护施工及安全环保等。一、概述石油工程学院海洋工程系大气区飞溅区潮差区全侵区海底泥层区海洋平台在不同的海洋环境下，腐蚀行为和腐蚀特点会有比较大的差异。其中飞溅区腐蚀最为严重，其腐蚀速度是海底是全浸区的3~5倍。要对海洋平台结构在海洋环境中腐蚀区域的腐蚀情况进行分析和界定，才能针对性地提出有效的保护措施。§2-4海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系——海洋大气区：平台结构完全在大气中的部分。海洋大气区海盐粒子使腐蚀加快，干燥表面与含盐的湿膜交替变换形成物理、化学和电化学作用影响金属腐蚀，受到的腐蚀是陆地的数倍。尤其是甲板下部，长期处于潮湿地带，是该区腐蚀最为严重的地方。——飞溅区和潮差区：平台在潮汐和波浪作用下干湿交替的区间。是在海洋环境中腐蚀最严重的部位。由于经常成潮湿表面，又与空气接触，表面供氧充足。长时间润湿表面与短时间干燥表面的交替作用和浪花冲刷，造成物理与电化学为主的腐蚀破坏，且破坏最大。1、海洋钢结构腐蚀规律§2-4海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系1、海洋钢结构腐蚀规律——海水全浸区：平台在飞溅区以下泥土中以上部分。在海水全浸区的腐蚀中，浅海腐蚀可能比海洋大气中更迅速，深海区的氧含量往往比表层低得多，水温近于OºC，腐蚀较轻。——海底泥土区：平台完全插入海底泥土中部分。存在硫酸盐和还原菌等细菌，海底沉积物的来源及特征不一。这个区域平台受海水影响少，且温度低，腐蚀程度小，只是在海流作用交界处有一定腐蚀。§2-4海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系1、海洋钢结构防腐系统防腐系统应根据平台的环境条件、结构部位、使用年限、施工和维护的可能以及技术经济效果等因素确定。——大气区的平台结构及有关设备外表面，应采用涂层保护；结构形状复杂，难于采用涂层保护时，可采用镀层保护。——飞溅区的平台结构，应采用经CCS同意的特种防腐系统（涂层、包覆层，增加腐蚀裕量等）加以保护。——全浸区的平台结构，应采用阴极保护，也可同时采用阴极保护和涂层保护。§2-4海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系2、防腐施工设计的主要内容——导管架涂装程序——上部组块涂装程序——涂装工艺方案——导管架阳极制造程序——阳极施工工艺——导管架阳极分布图§2-4海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系3、防腐工艺设计依据1、项目基础设计文件如平台所在海域的自然气候条件，基体材料性质，涂装范围，涂装面和非涂装面的划分等2、平台设计使用寿命涂层设计耐久年限，维修维护的要求等；3、结构所处的服务环境设备管线的工艺介质、温度、流速等工艺操作条件和使用环境；4、适用的国际或国家标准主要有：ISO-12944，NACESP0108-2008，NACERP0176-2003，NORSOKM501-2004等；5、国家或地区安全环保法令法规文件；6、业主涂装规格书和涂料厂家提供的涂料产品技术数据手册§2-4海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系1、涂料与涂层的技术要求（1）、涂料与涂层——具有流动性、扩散性、能成膜的具有一定附着力的有机或无机液体状物质称为涂料，将涂料涂敷在物体表面，干燥后形成涂膜，叫涂层，一般干膜厚度在1000m以下。（2）、涂料特性：——一定程度的防水、防湿气、耐冲击、耐摩擦、附着性能、一定的耐化学性、一定的保护作用、装饰作用。平台防腐涂装施工一般需要较附着的工艺和特涂设备。（3）、重防腐涂料：——是指能够应用于苛刻腐蚀环境下长效防护的一类高性能防腐蚀涂料。按照国际标准，防腐寿命大于15年的涂层系统使用于海洋石油平台。§2-4海洋平台防腐施工工艺二、涂装工艺石油工程学院海洋工程系（4）、涂料种类：底漆：平台结构用的底漆可为富锌底漆、磷化底漆或高性能防锈底漆。富锌底漆要求是含高比例锌粉的涂料，同时要求与基材附着力强。富锌底漆作用之一是起阴极保护，另外当涂层中有破坏或不连续时，锌粉可以起牺牲阳极作用而保护基材。富锌底漆一般采用无机富锌底漆、环氧富锌底漆等。§2-4海洋平台防腐施工工艺1、涂料与涂层的技术要求石油工程学院海洋工程系（4）、涂料种类：中间漆：中间漆要求综合防腐能力强，中间漆的特点是含高效的防锈材料或防渗透材料，如颗粒状或鳞片状锌粉、玻璃鳞片、不锈钢鳞片、纳米级的钛粉等为主的屏蔽型和阴极保护型涂料及各种新型缓蚀型涂料等等。§2-4海洋平台防腐施工工艺1、涂料与涂层的技术要求石油工程学院海洋工程系（4）、涂料种类：面漆：面漆的作用是为底漆和中间漆提供一个保护层，减缓和限制水气、氧及化学活性离子的渗入。还要求有抗冲击性、抗老化性和抗溶性等。大气区平台结构或设备用的面漆可为环氧树脂、氯化橡胶、乙烯树脂、聚氯酯或丙烯酸树脂涂料；飞溅区或全浸区结构用的面漆可为氯化橡胶、环氧树脂或环氧沥青涂料。§2-4海洋平台防腐施工工艺1、涂料与涂层的技术要求二、涂装工艺石油工程学院海洋工程系2、涂装系统（1）、重防腐涂装系统：——是指能应用于苛刻环境下长效防腐的一类高性能防腐蚀涂装系统。（2）、海洋石油平台重防腐涂装系统的选择：1）经济性：经济适用且总体经济效果优越2）施工性：施工性能好，配套性能好，工艺不复杂且能满足要求。3）耐腐蚀性和耐化学性：满足防腐寿命15年的要求。4）物理性能：耐气候性好、耐水性好、耐老化，在水中能防污，火灾危险区防火，在罐内耐油、耐温、耐压、耐酸碱盐等5）抗冰性：在北方海区能抗冰的冲击和磨损，6）抗剥离性:飞溅区和海水区涂装系统满足国际标准7）美观性：具有光滑明亮的海上安全色8）环保性：涂料不含铅。§2-4海洋平台防腐施工工艺二、涂装工艺石油工程学院海洋工程系§4-2涂装工艺2、涂装系统（3）、涂装体系设计：——是根据不同材质所处的腐蚀环境确定腐蚀类型和腐蚀等级；——根据要求的防腐寿命确定防腐蚀的级别；——按照相应的技术要求和产品资料确定所选用的涂装体系及其产品；涂装体系的基本要素：——金属结构名称、材质——所在的服务区域——操作服务温度——保温与否——表面处理的要求——涂料体系（涂料类型、涂装道数、涂层厚度等）§2-4海洋平台防腐施工工艺二、涂装工艺石油工程学院海洋工程系§4-2涂装工艺3、涂装表面处理（1）、概述黑色金属、有色金属，在其表面进行防腐涂装之前，都必须对其表面进行预处理，清除表面的水分、油污、尘垢、外来杂质、铁锈和氧化皮，以确保界面黏结，这个过程至关重要。因素分类影响质量的程度%因素分类影响质量的程度%表面处理质量差涂层厚度不够涂装工艺质量差48.816.415.0环境条件的影响涂装材料选择不当其它因素7.94.57.4各种因素对涂层质量的影响结论：表面清理的质量是影响涂层质量的主要因素。§2-4海洋平台防腐施工工艺二、涂装工艺石油工程学院海洋工程系3、涂装表面处理（2）、金属表面特性——清洁度钢铁表面经常有一层铁锈或氧化皮，且常被油污、焊接附着物、可溶性盐、水等污染，影响涂衬粘结。——孔隙度基体表面存在通底或不通底的细孔。粘结剂可以通过毛细孔作用深入到孔内，起到镶嵌作用。——粗糙度粗糙度反映了固体表面的粗糙程度，适当地将表面粗化，可提高粘结强度，但过分粗化反而会降低粘结强度。§2-4海洋平台防腐施工工艺二、涂装工艺石油工程学院海洋工程系3、涂装表面处理（3）、铁锈的生成与危害钢铁在大气中的腐蚀，一般是一个电化学过程，最终腐蚀产物是铁锈，主要成分是氧化铁，分子式为Fe2O3-H2O,此外，铁锈还含有大气污染物与钢铁反应的多种生成物，如FeSO4.在高温轧制或热加工过程中，钢铁表面会生成一层氧化膜，称为黑锈或轧制氧化皮，相对于一般铁锈而言，它灰黑发亮而结实完整的表面对钢铁表面有一定的保护作用。但是，轧制氧化皮有许多肉眼无法察觉的的缝隙，这些缝隙将成为腐蚀源。因此，轧制氧化皮看起来灰黑完整，但在涂装前应彻底清除。二、涂装工艺§2-4海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系3、涂装表面处理（4）、表面除锈的方法按除锈顺序：一次除锈，二次除锈按工艺阶段：车间除锈，整体除锈按除锈方式：喷射除锈，动力工具除锈，酸洗除锈等喷射除锈是一种除锈最彻底、效率最高且能实现自动流水线作业的先进除锈方法。喷射除锈常用的有抛丸、喷丸、喷砂和真空喷射等方法。§2-4海洋平台防腐施工工艺二、涂装工艺石油工程学院海洋工程系3、涂装表面处理（5）、钢材表面除锈验收准则为了判别锈蚀程度与质量等级，一般将钢材的各种表面状态和除锈质量等级用彩色照片清楚地对照说明。表面处理标准《钢材表面锈蚀等级和除锈等级》，ISO8501在国际上应用较多，还有瑞典标准SIS055900，国家标准GB8923-88等。1）钢材的锈蚀等级分为A,B,C,D四级。规范用照片表示锈蚀等级，按锈蚀程度不同依次排列。A较轻，D锈蚀最为严重。§2-4海洋平台防腐施工工艺钢材的锈蚀等级A：钢表面完全被氧化皮所覆盖，而即使有锈也极少B：钢表面开始生锈，由此氧化皮进而开始片落C：钢表面上氧化皮已锈落掉，然而可以用肉眼看到极少的点蚀。D：钢表面上氧化皮已锈落掉，肉眼可见到相当量的点蚀。石油工程学院海洋工程系§4-2涂装工艺（5）、钢材表面除锈验收准则2）钢材表面的除锈等级也即清洁度，根据瑞典76年制订的标准“SIS055900)为国际惯常通用标准。“Sa-”（即喷射除锈法），它分为四个等级，3、涂装表面处理金属表面清理等级-D类锈蚀清理后等级Sa1级——工件表面应不可见油污、油脂、残留氧化皮、锈斑、和残留油漆等污物。也叫清扫级。Sa2级——和Sa1级要求一样，表面疵点限定为不超过每平方米表面的33%，可包括轻微阴影；也叫商品清理级。Sa2.5级——是工业上普遍使用的并可以作为验收技术要求及标准的级别。与Sa2要求前半部一样，但疵点限定为不超过每平方米表面的5%，也叫近白清理级。Sa3级——是工业上的最高处理级别，也叫做白色清理级。Sa3级处理的技术标准：与Sa2.5级一样但5%的阴影、疵点、锈蚀等都不存在了。石油工程学院海洋工程系§4-2涂装工艺(6)、海洋钢结构涂装碳钢表面处理一般要求：——清洁度不低于ISO8501-1Sa2.5级（对于设备内涂层、飞溅区和全浸区的表面其清洁度的要求Sa3级），——粗糙度为ISO8503G（50μm-85μm，Ry5），不锈钢表面用非金属磨料扫砂获得清洁粗糙的表面，粗糙度大约在25μm-45μm；——表面盐份的含量不超过20-50mg/m2NaCl；——表面尘埃清洁级别在ISO8502-3的2级以上。3、涂装表面处理石油工程学院海洋工程系§4-2涂装工艺四、海洋石油平台涂装体系1、A组涂装系统1）普通碳钢结构：区域：在海平面以上，除防滑工作甲板、热浸锌、电镀部分之外的所有钢结构表面（环境温度93ºC）——该区域典型的涂装体系为：环氧富锌底漆（50-75）环氧云铁中间漆（125-175）聚氨酯面漆（50-75），涂层总厚度200-300μm；（-50℃—120℃）石油工程学院海洋工程系§4-2涂装工艺2)防滑工作甲板：甲板行走区域、逃生通道区域和装卸甲板区域须满足耐磨防滑抗冲击的要求甲板漆的涂装：一般通过添加防滑骨料获得防滑效果其典型的涂装体系为：——富锌底漆（50-75）+高固体份环氧漆（200-300）+环氧甲板防滑漆（200-300），涂层总厚度450-675μm；富锌底漆具有更好的阴极保护功能，环氧富锌具有更加良好的施工性能四、海洋石油平台涂装体系1、A组涂装系统石油工程学院海洋工程系§4-2涂装工艺四、海洋石油平台涂装体系1、A组涂装系统3）海洋飞溅区：由于该区域常年处于干湿交替的状态，又经受海浪的冲刷和海生物