海洋平台的腐蚀及防腐技术

海洋平台的腐蚀及防腐技术化学化工学院装控131杨哲1304310125摘要:概括了海洋平台不同区域的腐蚀环境和腐蚀规律，对海洋平台重防腐涂料的选择要求及配套体系进行简要叙述。针对海洋平台的长效防腐防护要求，介绍了几种具有长效的防腐材料和防腐技术特点，包括海洋平台热喷涂长效防腐蚀技术、锌加保护技术、海洋平台桩腿防腐套包缚技术等，为我国对海洋平台长效防腐防护技术的研究提供参考。关键词:海洋平台;防腐;热喷涂;锌加技术;防腐套Abstract:Thispapersummarizesthecorrosionenvironmentandrulesofthedifferentzonesinoffshoreplatforms,alsobrieflyintroducestherequirementsandsystemsoftheanticorrosioncoating.Accordingtothelong-termanticorrosionrequirementsinoffshoreplatforms,thepaperintroducesseverallong-termanticorrosiontechnology,includingthermalspraying,addingzincprotectionandanticorrosiontechnologywithplatformlegswrappedetc,whichwillprovidesomereferencestotheresearchofthelong-termanticorrosiontechnologyinoffshoreplatforms.Keywords:Offshoreplatform;anticorrosion;Thermalspraying;Addingzinctechnology;Anticorrosionwrap海洋平台是一种海上大型工程结构物。其钢结构长期处于盐雾、潮气和海水等环境中，受到海水及海生物的侵蚀，而产生剧烈的电化学腐蚀。腐蚀严重影响海洋平台结构材料的力学性能，从而影响到海洋平台的使用安全[4]。而且由于海洋平台远离海岸，不能像船舶那样定期进坞维修保养，因此海洋平台的建造者及使用者都非常重视海洋平台的防腐问题。如何对海洋平台结构进行长效防腐，以及开发研究海洋平台结构长效防腐的新材料、新技术及新工艺都具有十分重要的意义。1海洋平台的腐蚀规律1.1海洋环境的腐蚀区域界定海洋平台的使用环境极其恶劣，阳光暴晒、盐雾、波浪的冲击、复杂的海水体系、环境温度和湿度变化及海洋生物侵蚀等使得海洋平台腐蚀速率较快。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。因此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。根据海洋环境、腐蚀特点和平均腐蚀率不同，海洋平台在海洋环境中可分为海洋大气区、飞溅区和全浸区3大区域。为了更好地分析海洋平台钢结构的腐蚀情况，许多研究者又将飞溅区分为飞溅区和潮差区，全浸区分为海水全浸区和海底泥土区，即分成5大腐蚀区域[5-7]，见图11.2海洋钢结构腐蚀情况海洋大气区: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。飞溅区:在海洋环境中腐蚀最严重的部位是在平均海潮以上的飞溅区。由于经常成潮湿表面，表面供氧充足，无海生物污损。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。潮差区:钢结构在潮差区的腐蚀为最低，甚至小于海水全浸和海底泥土的腐蚀率。在平均低潮位以下附近区域的腐蚀出现一个峰值，这是因为钢桩在海洋环境中，随着潮位的涨落，在水线上方湿润的钢铁表面供氧总量比水线下方的浸在海水中的钢结构表面要充分得多，且彼此构成一个回路，由此成为一个氧浓度差宏观腐蚀电池。腐蚀电池中富氧区为阴极，即潮差区;相对缺氧区为阳极，即平均低潮位水线下方的区域。总的效果是整个潮差区中每一点分别受到了不同程度的阴极保护。而在平均低潮位以下则经常作为阳极而出现的腐蚀峰值。海水全浸区: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0°,腐蚀较轻。海底泥土区: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。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海洋平台钢结构的涂料防腐技术海洋平台长期处于恶劣的腐蚀环境中，使用期间维修困难，因此在防腐蚀技术上规定只能使用高性能重防腐涂料[8,9]。海洋平台使用的几种重防腐涂料各具下列特点:(1)富锌底漆:要求含高比例锌粉的涂料，匡时要求与基材附着力强。富锌底漆作用之一是走阴极保护，另外当涂层中有破坏或不连续时，锌耀可以起牺牲阳极作用而保护基材。富锌底漆一彤采用无机富锌底漆、环氧富锌底漆等。(2)中间漆:中间漆要求综合防腐能力强，牛间漆的特点是含高效的防锈材料或防渗透材料，女l颗粒状或鳞片状锌粉、玻璃鳞片、不锈钢鳞片、纳沐级的钦粉等为主的屏蔽型和阴极保护型涂料及名种新型缓蚀型涂料等等。(3)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。面漆一般采用氯化橡胶、乙烯树脂、聚氨醋或丙烯树脂涂料等。另外，重防腐涂料要获得良好的防腐效果，还需要注意多方面的因素，包括基材的表面处理、高品质涂料、合理的涂层体系、外界施工条件、涂层施工的质量控制等。目前重防腐涂料主要还是使用在海洋平台的大气区。参考的涂层配套见表1[9-11]。2.1腐蚀的防护措施由于应力腐蚀涉及到材料、应力和环境3个方面,因此,控制压力容器的应力腐蚀应从这3个方面入手,采取相应对策。2.1.1注意工作环境(1)外部环境。针对外壁腐蚀的特点,我们在工作中要注意压力容器的储存和工作环境,避免潮湿,在允许的范围内经常通风,保持干燥。(2)内部环境。对于容器内部介质腐蚀性特别强的压力容器,要么没有合适的耐腐金属材料,要么就是材料太昂贵,针对这种情况可以采用衬里防护的方法解决腐蚀问题。通常情况,压力容器采用的衬里有橡胶、玻璃钢、不锈钢、钛、聚四氟乙烯等,具体要根据容器内的介质特性、工作压力以及工作温度等情况决定。不锈钢、钛适用于压力和温度都比较高的场合,但是施工相对困难,而且成本比较高。衬非金属材料要求使用温度和压力都不能太高,所以受到一些限制。2.1.2合理选材根据压力容器不同的用途和所处的介质、温度和压力情况，在压力容器的制作过程中，选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢压力容器可以增强防腐蚀能力。除了介质的腐蚀性与选材有直接关系外，介质的易燃程度和毒性程度也直接决定着选材。在很多工程和工作中,工作的环境是无法改变的,在这样的情况下,我们可以根据环境中不同腐蚀因子的情况选择合适的材料,尽量选择屈服强度低于220MPa的低碳钢或者铁素体钢。如果根据需要,必须选择高碳钢,就要在焊接工艺上采取相应措施。2.1.3合理的结构设计和加工制造在设计和制造过程中,尽量使应力分布均匀,避免局部应力集中。例如,不等壁厚的连接应采用缓慢过渡连接,对于卧式设备的开孔和焊缝应避开可能产生拉应力处,对于立式设备尽量不采用悬挂式支座或塔接式裙座。结构设计中应尽量避免缝隙和可能造成腐蚀液残留的死角。因为缝隙和死角的存在,为有害物质(如Cl-、OH-)的浓缩提供了条件,使缝隙中有害物质浓度高于临界浓度,从而在电化学方面满足了应力腐蚀条件，因此焊缝结构应设计成全焊透结构。此外，换热器管与管板的连接应尽量采用胀焊并用结构。在结构设计中一定要尽量避免缝隙和可能会让腐蚀液存留的死角。因为缝隙和死角会为有害物质的浓缩提供便利的空间和条件。所以焊接应该采用全焊透结构。另外,在换热器管与管板的连接过程中尽量采用胀焊并用的结构。要减少近缝区过热的现象,避免在焊接的过程中产生“中温敏化”的情况。例如,针对腐蚀介质的焊缝要留到最后焊接,尽最大可能避免交叉焊缝,减少焊缝的接头等等。在双面焊缝中,接触腐蚀介质的一边焊缝不能安排在最后焊接时,应该调整焊缝尺寸形状以及焊接规范,使第二面的焊缝产生的敏化温度区不落在前一面焊缝的表面的过热区上,不然就会产生刀状腐蚀。2.2.1使用防腐涂料对腐蚀较严重的设备，涂料防腐是应用最广泛的一种防腐手段，它通常由合成树脂，植物油，橡胶，浆液溶剂等配制而成，覆盖在金属面上，干后形成薄层多孔的膜。虽然不能使金属与腐蚀介质完全隔绝，但使介质通过微孔的扩散阻力和溶液电阻大大增加，腐蚀电流下降，具有较好防腐效果。2.2.2衬里防护有些压力容器内介质的腐蚀性特别强，没有合适的耐蚀金属材料或材料特别昂贵，对于这种情况可采用衬里的方法来解决腐蚀问题。一般压力容器采用的衬里有不锈钢、钛、橡胶、玻璃钢、聚四氟乙烯、搪玻璃等，要根据容器内的介质特性、工作压力、工作温度等具体情况而定。衬不锈钢、衬钛适用于压力和温度较高的场合，但施工困难，成本较高。衬非金属材料则使用温度和压力都不能太高，因而受到一些限制。2.2.3除去环境中腐蚀性物质的方法a.除去水分为防止室内大气的腐蚀，有效的方法是依靠大气的除湿使金属表面经常保持在露点以上，对装置内部的腐蚀、将水分控制在一定指标以下。比如在输进二氧化碳、硫化氢、氯化物等介质时，前置脱水装置。b.脱除溶解在水中的氧为防止中性水所引起的碳钢腐蚀，最有效的办法可采用机械脱气法或添加脱氧剂(如联氢、亚硫酸钠等)。c.脱除其他有害成分在某些工艺炼制过程中，为避免产生腐蚀性的酸性气体，可前置脱盐装置等。2.4.9在环境中添加具有防腐蚀作用的成分方法a.添加防腐蚀剂在腐蚀环境中少量添加缓蚀剂，在金属表面形成保护膜，能显著抑制金属腐蚀的速度取得一定防腐蚀效果。如加入铬酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐可在金属表面形成氧化膜，加^聚台磷酸盐、磷酸盐、锌盐、硫基苯并噻唑、苯并三唑可使金属表面形成沉淀保护膜。加入胺类表面活性剂可使金属表面形成吸附保护膜等。但是在使用这类缓蚀剂时，添加的浓度要求十分严格b.添加钝化剂如不锈钢、钛合金等，对于盐酸、硫酸之类的非氧化性酸，耐腐蚀性差，可通过添加氧和铬酸、硝酸、J等少量氧化剂，可明显减少腐蚀。c.添加中和剂通过添加中和剂的方法调整PH值、氢氧化钠、碳酸钠、氨等可有效地避免酸性腐蚀，但使用方法要妥当，以避免产生碱f生脆化及其他材料劣化。3海洋平台结构的几种长效防腐技术对于海洋平台各个区域的防腐，目前除了以防腐涂层与阴极保护或外加电流阴极保护系统配套外，还在海洋平台上使用其他具有长效防腐的技术，包括平台热喷涂长效防腐蚀技术，锌加保护技术、平台桩腿防腐套包缚技术等。3.1海洋平台热喷涂防腐技术热喷涂技术在海洋平台钢铁构件的应用已有很久的历史了。热喷涂锌、铝及其合金涂层在国外海洋平台钢铁构件上都有成功应用实例[12-14]，实例表明:热喷涂锌铝及其合金涂层已成为一种成熟的防腐技术，经过适当封闭的热喷锌铝涂层在常温和高温下对处于飞溅区的钢结构均表现出优良的防腐蚀性能。热喷涂铝涂层在海洋平台中最大应用工程是1984年建造的Hotton张力腿平台。该平台设计寿命50年。其使用8年后，在飞溅区没有发现腐蚀现象和褐色渗漏效应。厚度测量表明，平台安装后涂层厚度没有减少，说明了海洋平台喷涂锌铝金属覆盖层的防瘸蚀效果十分明显，即使表面有机涂层脱落也会保扩基体免遭腐蚀。同时经试验表明，2001}m厚的热啧锌铝涂层对钢结构在飞溅区的防护寿命可以确保超过30年。对于海洋平台使用的高强度钢制件来说，喷涂铝及铝合金涂层不仅可提供一种铝屏蔽层，而且一旦涂层受到破坏，还可以作为牺牲阳极保护所出现的漏涂区。在涂层上可涂覆封闭涂料，以封闭铝及铝合金涂层的孔隙，从而改进涂层性能，延长其总的使用寿命。我国的热喷涂防腐技术起步较晚，目前用在海洋平台防腐还处于试验阶段，有待进一步发展和推广应用。3.2海洋平台锌加保护技术锌加保护是一种优质便捷