| 标题 | 海洋钻井平台防腐技术的研究 |
| 范文 | 戴志豪+王永政+缪军翔 摘要：海洋平台技术含量高，因为海上作业环境，大部分平台不会移动，不能定期回港维修，这样就致使日常维护困难。且海洋环境恶劣，潮气、盐雾且电解质浓度高，目前海洋平学性能的失效，对平台生产生活造成严重影响。所以，建造者对海洋平台的维护问题尤其是台的腐蚀问题还是非常突出。此文首先阐明了海洋环境下的腐蚀原理，其次，研讨了海洋平台设备防腐管理措施，同时介绍了几种具有长效的防腐材料和防腐技术特点并谈论了新型防腐技术的应用，如热喷铝技术等。 关键词：海洋平台 腐蚀 防腐 热喷铝 中图分类号： P742 文献标识码：A 随着陆地资源的消耗，海洋这个孕育无穷宝藏的聚宝盆势必成为时代新宠。二十一世纪是海洋的世纪，海洋资源的开采是新世纪火热的话题。搭建海洋平台，是海洋开发的第一步。但是由于海洋特殊的环境，海洋平台的腐蚀是个巨大的难题，每年因为腐蚀造成了巨大的经济损失，环境破坏。采用有效的防腐技术，是解决腐蚀难题的有效途径。 1 海洋平台的腐蚀机理 1.1可溶性盐对涂层的破坏 1.1.1破坏机理 涂层的稳定性是指不与腐蚀性物质发生物理或化学反应的能力，但目前所有的涂层都无法做到百分之百的防护，尤其在可溶性盐的作用下。湿度大是海洋环境最主要的特点，可溶性盐极易吸水，若钢材表面有盐残留就会导致刚喷砂过的表面迅速反锈，给后续喷涂造成损伤。[1] 1.2 H2S对管道的腐蚀 1.2.1腐蚀机理 H2S溶于水形成酸性溶液会对管道产生腐蚀作用，主要有电化学腐蚀和应力腐蚀两种。 （1）电化学失重腐蚀 H2S 在水中会发生电离反应：H2S→HS-+ H+ HS-→S22-+ H+ 会与钢材反应，阳极反应： Fe-2e→Fe2+ Fe2++ S2-→Fe S↓阴极反应： 2H+-2e→H2↑。 （2）应力腐蚀 氢原子在钢材表面凹陷处聚集，在特定条件下结合为H2，缺陷处的压力会升高，钢材脆化并产生裂纹、裂缝。[2] 1.3海洋大气区的腐蚀 海洋大气环境特殊，海洋大气区金属表面上附着大量含盐粒子，且大气湿度大，积聚在钢铁表面形成大量电介质，两者构成电化学腐蚀的条件，使得海洋平台腐蚀速度加快。 1.4海洋平台飞溅区的腐蚀 飞溅区的海水在海浪和潮差的作用下，与空气充分接触，含氧量升高，同时浸湿部分受到阳光长时间照射，使得钢表面电解质浓度升高，易发生电化学腐蚀。飞溅区经常会遭受富氧浪花冲击，容易使保护层脱落，加剧腐蚀的情况。[3] 1.5潮差区的腐蚀 潮差区常年处于潮汐运动中，干湿交替明显，与富氧海浪的接触十分频繁，是非常有利于腐蚀的条件。另外在冬季寒冷气候的作用下，某些海域会产生海洋流冰，海洋流冰也会对钢架涂层造成冲击、刮擦，导致涂层的大面积脱落、破坏，从而加剧腐蚀的情况。 1.6海水全浸区的腐蚀 海水全浸区的腐蚀与溶解氧、盐度、温度等有很大关系。其中表层全浸区含氧量最高，腐蚀的情况也是最为严重。随着深度加深，溶解氧含量减少，温度降低，腐蚀性变弱。 1.7海泥区的腐蚀 海泥中氧气不足，腐蚀速率应该要比海水中要慢，但是海泥中存在很多细菌等的微生物，这些微生物的代谢活动会引起平台结构腐蚀。比如硫酸盐还原菌所产生的硫化物会使钢结构加速腐蚀。 2 海洋平台设备的防腐维护管理措施 2.1涂料涂装防腐 2.1.1涂装工艺 涂装前，应检查表面洁净度，先清除钢表面残留物及杂质，同时进行喷砂除锈处理。如有发现不能方便喷砂的部位，可采用手刮刀手动除锈，然后再将表面用压缩空气清洗完全，最后涂上防护底漆。这样既可以较高质量完成涂装，降低腐蚀的可能性。 2.1.2涂装质量要求 对于涂装的质量要求需要充分考虑到海洋平台的使用年限和工作环境， 在特殊条件下应适当增加涂层厚度。同时，还应该测量涂层的总厚度和每道涂层厚度，以达到高质量的涂装需求。[4] 2.2设备的防腐结构设计 2.2.1避免产生间隙 海洋平台结构建设中难免出现缝隙，这些缝隙因为会使得内部结构与空气、水气、盐雾接触，很容易导致腐蚀。腐蚀之后又常发生应力腐蚀和孔蚀，进一步对设备造成破坏。避免出现缝隙而导致腐蚀的办法就是采用良好的设计建造方法，多用焊接连接，从源头上解决缝隙存在的问题。 2.2.2避免死角的出现 海洋平台结构设备死角中若出现液体残留且没有及时清理，那么这些液体在海洋高强度日照和高盐雾浓度情况下极易出現局部浓缩现象，浓缩的液体进一步引起腐蚀，因此，应尽量防止出现排液不全的死角，如确实存在某些位置容易出现液体残留的现象，应尽早做好标记，及时清理，杜绝局部浓缩现象。 2.3建立预防性养护制度 每个区域应有专门负责的维护人员按时检查设备腐蚀情况，评估腐蚀等级，做好相关记录；当有严重腐蚀现象时，无论任何人员发现都应该通知相关负责人员查看并及时报修；应建立备用的零配件仓库，存储可用于更换的零配件以保证维修需要，及早发现腐蚀零件及早更换。 3 新型防腐技术 3.1新型防腐涂料 3.1.1高固体分、无溶剂防腐涂料 聚天门冬氨酸酯树脂聚脲涂料高固含、低VOC、防腐耐候性能良好等特点。单一涂层可用于C3环境，若与富锌漆配套使用可用于C4-C5腐蚀环境。[5] 3.1.2石墨烯防腐涂料 石墨烯作为目前最薄、最硬的纳米材料，具有稳定的sp2杂化平面片状结构，具有良好的阻隔性。涂料中的石墨烯可形成致密隔绝层，具有理性的屏蔽作用。在富锌防腐漆中加入适量石墨烯可减少锌粉用量，减少粉尘污染，降低涂料密度，有利环保。[6] 3.2热喷铝技术 热喷涂技术是一种表面加工技术，利用气体、激光、电弧等热源将碳化物、金属、合金等材料加热到半熔融或熔融状态， 再用气流以雾化的方式将这些喷涂材料高速喷射到零件表面，形成喷层。 加工过程：采用独特的熔炼工艺制备多元锌铝合金，熔炼后采用连铸的方法得到多元锌铝合金圆形铸锭。接着，将铸锭放入350-450℃的电炉内4-8个小时，进行均匀化处理。再用350-500吨的挤压机，在380-420℃下热挤压材料，使材料通过圆形模具，形成直径4.5-8m m 的线材。将线材在真空退火炉内180-280℃退火1.5-3小时，进行拉拔。重复以上退火、拉拔步骤，直到制成1.5-4.0mm 的丝材。 3.2.1热喷铝技术流程 （1）工件表面的处理 金属基体表面预处理，是热喷铝工艺中特别重要的部分。因为金属基的表面易形成氧化物质，如果没有处理掉，就会导致基体与涂层之间结合差，不能有效地达到防腐目的。 （2）喷涂材料 铝容易被氧化， 用铝线材来代替铝粉，可以有效地减少氧化程度。按ISO2063- 1991 和 GB/T9793- 1997 的规定，铝线材为半硬态，直径为 3mm，纯度≥99.5%。[7] （3）热喷涂铝 表面喷砂后的四小时内应进行热喷涂铝，采用QX- 1气体金属线材喷枪并根据不同的喷涂要求来确定工件、喷枪的移动速度和距离以及喷涂时间。 （4）热扩散 喷铝层有一定的孔隙率，存在较多微孔，酸性离子会穿透这些孔隙致使金属发生腐蚀。因此，应将喷铝后的工件加热，进行热扩散以提高耐腐蚀性，加热温度控制在430～450℃左右。 3.3环保型Al- Zn- Si 水溶性涂料 这种新材料将新型铝锌基合金制成微米级粉体，加入稀释剂、固化剂和纳米增强剂，形成水溶性合金涂料。利用喷涂、刷涂等方法在工件表面形成耐腐蚀、耐磨、抗冲蚀纳米颗粒增强复合材料涂层。它适用于大气多雨、高温、多盐雾和强风流等海洋腐蚀性恶劣环境，零部件耐海洋气候腐蚀寿命超过20年。新材料不仅在耐腐蚀性能和耐磨性能好，而且不含六价Cr离子，不会对环境造成任何污染。 其关键技术有： （1）稀土铝锌硅粉体制备技术。气体雾化法制备微米级高纯度鳞片状锌铝粉，使涂层具有更改的耐蚀、耐磨性能，且具有成本低的优势。 （2）制取铬酸盐取代剂。 4 结束语 海洋平台结构的防腐，要根据海上不同区域的腐蚀速率、腐蚀特点使用相应的防腐措施。 随着我国海洋油气资源的不断开发，海洋平台的不断设计建造，每年都有大量的因海洋平台腐蚀问题所造成的各种损失，海洋平台腐蚀这样的现状极不有利于海油事业的发展。因此，海洋平台防腐成了海油工程的重点，为此不断研发新型防腐涂料以及使用热喷涂技术对海洋平台长期有效防腐的意义十分重大。海洋平台防腐新技术必须不断投入研究，以确保海洋平台的生产安全，为保障国家海洋油气资源的顺利开采贡献力量。 参考文献： [1] 刘晓斌，王旭东.可溶性盐对涂层的破坏机理及检测分析[J].全面腐蚀控制，2008，22 （4）：27- 28. [2] 艾志久，范钰玮，赵乾坤.H2S对油气管材的腐蚀及防护研究综述[J].表面技术， 2015 （9）：108- 115. [3] 朱海彬.海洋平台飞溅区的腐蚀与防护新技术[J].全面腐蚀控制， 2013（11）：56- 59 . [4] 刘百臣.海洋平台设备的防腐维护管理[J].化学工程师，2014，28（2）：48-50. [5] 孔凡厚，张雷，罗智明，胥维昌，张磊.防腐蚀涂料发展现状及进展[J].涂料技术与文摘， 2017（6）：54- 58. [6] 鄧卫东.海洋平台防腐中热喷铝防腐技术的应用[J].化学工程师，2013，27 （2）：49- 51. |
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