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海上油气田钢结构物腐蚀及其防护技术_肖治国

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海上 油气田 钢结构 腐蚀 及其 防护 技术 治国
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第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集 848 海上油气田钢结构物腐蚀及其防护技术 肖治国,张敬安,郑 辉,张洪胜 (中海油田服务股份有限公司,天津 300451) 摘要 :概括了海洋油田平台钢结构物不同区域的腐蚀环境和腐蚀特点。针对海洋油田固定式生产平台钢结构的防腐保护要求,介绍了几种海洋平台钢结构的防腐及修复技术,为海洋油田平台钢结构的腐蚀与保护提供参考。 关键词 :海洋平台;腐蚀;防腐 我国从 20 世纪 60 年代开始在渤海海域勘探和开采海上石油,日前己建成海洋平台 100 余座。海洋平台结构复杂、造价昂贵,所处海洋环境十分恶劣。其钢结构不仅受到海上大气和海水的腐蚀,还遭受海水飞溅、潮汐、海泥的作用,而产生剧烈的电化学腐蚀,尤其海水飞溅区的腐蚀及保护成为十分突出的问题。为保证海洋工程结构的使用安全和经济性,必须对各种腐蚀情况采取有效措施加以防护[1]。 1 海洋平台的腐蚀规律 影响海洋腐蚀的有化学因素、物理因素和生物因素等三类,而且其影响常常是相互关联的,不但对不同的金属影响不一样,就是在同一海域对同一金属的影响也因金属在海水环境中的部位不同而异,海洋腐蚀规律的研究主要是从环境角度来考察海洋环境对材料的腐蚀能力问题[2]。表 1 为海洋开发中除碳钢以外的不同金属材料在海洋环境中的腐蚀特征[3]。 表1 金属材料在海洋环境中的腐蚀特征表 腐蚀深度与特征 /(mm· a-1) 环境 低合金钢 海水不锈钢 铜合金 铝合金 镍合金 钛海洋大气区 0.005-0.02(点蚀0.1-0.2) 1000 米 ) 0.02-0.05 (点蚀严重 ) 点蚀缝隙腐蚀 严 重 0.02-0.05 0.01-0.12 (点蚀 0.5) 5Mpa) 。其具有优异的抗海水和抗化学腐蚀性能,抗冲刷性能优异,易于用传统工具在水下涂覆,与阴极保护有相容性,与处理较差的表面有优异的附着力,可在任何水温中涂覆,适用期达 3 小时。其广泛用于海洋结构物飞溅区和全浸区的腐蚀防护。其飞溅区防腐方案见下表 5 所示。 表5 ES323涂料飞溅区防腐方案 飞溅区防腐方案 类别 表面处理 涂层 产品代号 固体含量 /%干膜厚度 /μ m 湿膜厚度 /μ m 理论覆盖率 /(m2/kg) 第一层 ES323 100 200 200 3.84 第二层 ES323 100 200 200 3.84 潮差带维修 喷砂 SA2;机械处理 St3;高压喷水/砂水 WJ2-M;水下部分用水下气动砂轮等清理 总厚度 400 400 可在 100%潮湿表面带闪锈和瞬锈喷涂、刷涂、辊涂或在水下刷涂、辊涂。 专利 CN1477232 提出一种海洋中浪花飞溅区钢铁设施腐蚀防护方法[22]。它在浪花飞溅区的钢结构表面引人一层电解质膜,形成导电通路,使牺牲阳极为钢结构表面提供阴极保护电流,以保护钢结构。具体方式为:在内层先将毛细吸水层缠绕于被保护体上,在钢结构表面引入一层电解质膜,在中层设牺牲阳极,为钢结构表面提供阴极保护电流,然后在外层设纤维增强的塑料外壳,用螺栓固定在钢结构上,构成牺牲阳极护套结构。 针对目前浪花飞溅区腐蚀严重这一现状,中科院海洋研究所与有关科研单位合作,联合研究开发了适合海洋石油平台飞溅区的新型包覆防蚀 (PTC)技术[23]。 PTC 技术采用了优良的缓蚀剂成分并采用了能隔绝氧气的密封技术。 PTC 新型包覆防蚀系统由四层紧密相连的保护层组成 ,即防蚀膏、防蚀带、聚乙烯泡沫和玻璃钢或者增强玻璃钢防蚀保护罩。图 6 是 PTC 技术的结构构成示意图。 图5 Stapaq防腐技术示意 图 6 PTC技术构成示意 最近有学者引进日本海洋钢结构物浪花飞溅区腐蚀复层修复技术,其是一个提供更好保护的矿脂缠带和硬的玻璃钢 (FRP)或增强玻璃钢 (FRPP)或玻璃钢衬里的多重保护系统[24]。其具有更好的抗腐蚀性、持久的抗疲劳强度和冲击强度,可以给暴露在潮差区和浪花飞溅区的钢结构物提供更长时间的腐蚀保护。 2.3 全浸区防腐 在海洋平台全浸区的腐蚀程度比大气区严重,但比飞溅区要轻。全浸区一般采用阴极保护或涂料与阴极保护的联合保护,而很少单独采用涂料保护,原因是目前防锈、防污涂料使用期限很难达到海洋平台永久性的保护。 锌加保护技术在涂层保护和阴极长效保护的双重作用下,具有较长的防腐保护年限从而弥补了一般涂料在防腐作用使用年限的不足[25]。锌加保护在海洋平台全浸区部位钢结构防腐蚀涂装方案如表 6 所示。 表6 锌加保护防腐蚀涂装方案 涂层名称 涂层数 干膜厚度 um 锌加涂膜镀锌 2 60 氯化橡胶防锈底漆 2 100 防污漆 2 20国内学者用中碱玻璃鳞片为主要防腐蚀原料,制备了一种适用于海洋气候的高固含厚浆型环氧玻璃鳞片涂料[26]。 其防护原理如图 7 所示。 结果发现选用偶联剂包覆较好的玻璃鳞片, 粒径为 300 目, 用量为 20% ~25%,最能发挥其阻隔屏蔽效应。通过对环氧玻璃鳞片涂膜耐蚀性的测试,所研制的环氧玻璃鳞片涂料的耐阴极剥离性、耐盐雾、耐人工海水以及 NORSOK-M501 循环性能达到较高水准,技术水平不低于参比样品。该涂料可与阴极保护相结合,能为海洋环境使用的平台钢结构提供长效保护。 海上油气田钢结构的腐蚀防护措施和方法多种多样,具体选择那种技术,必须通过防腐工程师以及防腐专家有针对性的进行评价和分析。要考虑钢结构物所处的海洋环境条件,选择长效防腐体系;必须满足相应的标准和规范要求;对钢结构表面处理标准的要求;与阴极保护系统的相容性;实施防腐时要求的温第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集 853度、湿度以及风速等条件;要便于操作,可维护性好;成本以及与要求达到的防腐周期之间的平衡等。 图7 环氧-玻璃鳞片防腐涂层系统示意 3 结 语 随着海洋石油生产设施的服役时间的延长,钢结构的腐蚀问题已经成为一个突出的问题。海洋油气田平台钢结构的防腐,要根据不同区域进行设计,采取相应的防腐蚀措施。浪花飞溅区是海洋防腐中的薄弱环节,需要采用高效防护系统进行防护。今后,要进一步研发海洋油气田结构物的在线腐蚀监测、检测以及修复技术、并建立结构物的腐蚀安全评估和寿命预测系统,最终组建海洋油气田结构物腐蚀防护的一体化完整性管理系统,从而控制海洋油气田结构物的腐蚀破坏风险,保证海洋油气田平台结构物的安全。 参考文献 : 1 夏炳仁 . 船舶及海洋工程结构物的腐蚀与防护 .大连 :大连海运学院出版社 ,1993.189-196. 2 侯保荣 . 海洋环境腐蚀规律及控制技术 .科学与管理 ,2004,卷 (5):7-8. 3 马士德 . 海洋腐蚀与防护 .海洋科学 ,1978,(2): 53-56. 4 Pierre R Roberge. Handbook of Corrosion Engineering. New York: Mc Graw-Hill, 1999:129-142. 5 Denis Brondel, Randy Edwards, Andrew Hayman. Corrosion in the oil industry. Oilfield Review, 1994, (4):4-18. 6 侯保荣 . 海洋腐蚀与防护 .北京 :科学出版社 ,1997.3-6. 7 侯保荣 . 海洋腐蚀环境理论及其应用 .北京 :科学出版社 ,1999.1-12. 8 刘登良 . 海洋涂料与涂装技术 .北京 :化工工业出版社 ,2002.6-8. 9 崔鹏昌 . 海港工程钢结构防腐蚀 .天津 :天津大学 ,2009.4-6. 10 余越泉 . 导管架平台防腐技术研究 .中国海洋平台 ,2001,(4):37-41. 11 白新德 . 材料腐蚀与控制 .北京 :清华大学出版社 ,2005.220-226. 12 林玉珍 ,杨德钧 . 腐蚀和腐蚀控制原理 .北京 :中国石化出版社 ,2007.219-220. 13 陈岗军 ,陈 彤 . 海洋平台腐蚀特点分析及涂料涂装工艺应用 .海船工程 ,2010,(3):122-124. 14 朱相荣 , 王相润 . 金属材料的海洋腐蚀和防护 .北京 :国防工业出版社 ,1999.201-278. 15 SY/T 10008-2000, 海上固定式钢质石油生产平台的腐蚀控制 . 16 李爱贵 ,韩文礼 ,王雪莹 ,徐忠萍 . 海洋平台涂层防腐蚀系统设计 .石油化工腐蚀与防护 ,2009,(1): 48-51 17 高瑾 ,米琪 . 防腐蚀涂料与涂装 .北京 :中国石化出版社 ,2007.414-417. 18 Mikhail L. Zheludkevich, Dmitry G.Shchukin, Kiryl A. Yasakau, Helmut Möhwald, and Mario G. S. Ferreira Anticorrosion Coatings with Self-Healing Effect Based on Nanocontainers Impregnated with Corrosion Inhibitor. Chem. Mater., 2007, 19 (3), 402–411. 19 黄桂桥 ,郁春娟 . 金属材料在海洋飞溅区的腐蚀 .材料保护 ,1999,(2):28-30. 20 朱相荣 ,王相润 ,黄桂桥 . 钢在海洋飞溅带的腐蚀与防护 .海洋科学 ,1995,(3):23-26. 21 杨晓鸿 ,段韶明 ,郭晓军 . 石油平台飞溅区涂层修复施工工艺 .油气田地面工程 ,1999,(1):38-39. 22 黄彦良 . 一种浪花飞溅区钢铁设施腐蚀防护方法 .中国 :CN1477232A,2004-02-25. 23 侯保荣 . 钢铁设施在海洋浪花飞溅区的腐蚀行为及其新型包覆防护技术 .腐蚀与防护 ,2007,(4): 174-187. 24 文世鹏 ,李言涛 ,路国章 ,朱长昊 . CB22 单井海洋平台浪溅区腐蚀修复技术先导试验 .科技创新导报 , 2010,(28):78-80. 25 胡津津 ,石明伟 . 海洋平台的腐蚀及防腐技术 .中国海洋平台 ,2008,(6):39-42. 26 李 敏 , 王秀娟 , 刘宝成 , 袁立新 . 海洋环境防腐蚀玻璃鳞片涂料的研制 .涂料工业 , 2010,( 1) ,49-53.
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