2014-09-18 孟飞/中海石油 文山书院
1 前言
为了满足日益增加的能源需求，走出陆地，走向海洋，成为了一条必须之路。但是由于海上石油工程所处的环境条件复杂、恶劣，因此工程本身需要经受严酷的考验，做到安全、稳定、高效。其中海洋环境腐蚀是造成工程能否长期运行的关键因素，因此在海洋油气工程的建设中，要综合考虑各方面因素，采用各种技术手段做好防腐处理，确保油气工程的长期稳定运行。
2 南海地区环境因素
南海地区位于中国的最南端，处于103°E-125°E，0°-25°N之间，是一个世界著名的季风区，年平均气温约26℃，海水平均温度约23℃，大气环境常年处于高温、高湿、高盐状态。
作为浸泡设施的介质，海水是一种最重要的腐蚀性介质，其特性首先是盐含量相当大，能够在海水中很好离解的盐类含量很高，使海水成为一种电导性很高的电解液。同时影响海水腐蚀性的主要因素还包括：溶解氧含量、温度、流速、生物、氯离子等。
此环境条件对钢材的腐蚀非常严重，因此需要一个很好的防腐蚀方案。
3 防腐标准应用探讨
目前在海洋工程涂料领域内的国际组织主要有NACE、ISO、SSPC、NORSOK、ASTM、IMO等。在各个国家和国际组织已制定的标准中，海洋工程设计中应用较多的标准有NACE 5个标准，为涂料和涂层标准；ISO 5个标准，为性能试验方法标准；SSPC 8个标准，为性能试验方法标准；ASTM 3个标准，为涂料施工工艺标准。
在海洋工程涂层设计中，主要依据和参考标准有：ISO 12944钢结构防腐涂装规范、NORSOK M501表面处理和保护涂层、NACE SP0108海上构筑物的保护涂层腐蚀控制和SSPC系列标准。
中国的海洋工程领域内也已制定相当数量的国家标准和行业标准，技术水平已与国际同类标准接近。目前设计中应用较多的是中国标准，包括了几乎全部的涂料标准和许多涂层性能标准，包括涂装工艺表面处理等。
在国际上通用的海洋工程涂层设计标准是NACE SP0108 《海上构筑物保护涂层腐蚀控制》，涵盖了海上构筑物保护涂层、检验及涂覆施工等各个方面。该标准从NACE RP0176 《海上固定式钢质石油生产平台的腐蚀控制》中独立出来，内容更加丰富和全面，基本涵盖了海上构筑物防腐涂层的各个方面，反映了目前国际上的发展水平，对海洋石油开发生产设施防腐涂层的设计有很好的指导作用。涂料保护是一种最常用的手段，其主要内容有以下几个部分：
3.1 典型的涂层系统
海上钢结构暴露于几种不同的环境和条件下，需要不同的涂层系统进行腐蚀防护。对于大多数有涂层的表面，已建立对大气区、飞溅区和全浸区外部的涂层系统进行实验室性能对比的测试规程。通过验收标准的涂层系统应用于指定用途。只要通过了验收标准，典型涂层系统之外的涂层系统也可应用。
结合海洋工程实际中的应用，表1至表3列出碳钢设施在大气区、飞溅区和全浸区外部的常用涂层系统推荐。
表 1 大气区碳钢设施新建涂层系统
序号
适用范围
推荐涂层系统
常用涂层系统
干膜厚度（μm）
1
-50 至120°C
保温/不保温
2种
环氧底漆
环氧
聚氨酯
125-175
125-175
50-75
2
120 至 150°C
不保温
2种
无机富锌底漆
丙烯酸有机硅树脂
50-75
25-50
3
120 至 150°C
保温
2种
环氧酚醛树脂
环氧酚醛树脂
100-125
100-125
4
150 至 450°C
保温/不保温
1种
热喷涂铝
稀释的封闭层
封闭层
250-375
5
甲板和地板 – 轻度或一般载荷
4种
富锌底漆
高固体分环氧
防滑环氧
聚氨酯
50-75
125-175
125-175
50-75
6
甲板和地板 – 重度荷载和直升飞机甲板
4种
富锌底漆
高固体分环氧
防滑环氧 (B)
安全标志聚氨酯
50-75
200-300
200-300
50-75
表 2 飞溅区碳钢新建涂层系统
序号
适用范围
推荐涂层系统
常用涂层系统
干膜厚度（μm）
1
<60?C
3种
环氧玻璃鳞片
环氧玻璃鳞片
450-550
450-550
表 3 全浸区碳钢外部新建涂层系统
序号
适用范围
推荐涂层系统
常用涂层系统
干膜厚度（μm）
1
<60?C
2种
高固体分环氧
预涂层
高固体分环氧
150-200
150-200
3.2 涂层系统合格性检测
涂层系统应按照标准检测并通过所有的验收标准，涂层系统合格性检测需由有资格的独立的实验室进行。海上构筑物涂层检验认证标准列于表4。引自NACE SP0108[3]。
表4 海上构筑物涂层检验认证标准
涂层性能
检验方法
抗锈蚀延展
NACE TM0304
NACE TM0404
边缘成膜性
NACE TM0104
NACE TM0204
NACE TM0304
NACE TM0404
耐热性
NACE TM0304
NACE TM0404
柔韧性
NACE TM0304
NACE TM0404
冲击强度
ASTM G14
耐水性
NACE TM0104
NACE TM0204
NACE TM0304
NACE TM0404
阴极剥离
NACE TM0104
NACE TM0204
NACE TM0304
NACE TM0404
尺寸稳定性
NACE TM0104
NACE TM0204
老化性能
NACE TM0104
NACE TM0204
厚膜开裂
NACE TM0104
耐热/湿性 (仅适用于FPSO )
NACE TM0104
3.3 涂料施工工艺
表面处理是影响涂装质量的若干因素中的首要因素。标准对表面处理作了相应的严格规定。
所有外露的毛刺、鳞皮、焊剂和轧制氧化皮在表面处理前或处理时应全部去除。采用干法进行表面处理以分别达到SSPC-SP 10 或 SSPC-SP 5中近白或者白金属的要求。不能喷砂的部位，宜按照SSPC-SP11使用动力工具处理至裸钢。除非有其他规定，车间底漆应喷砂清除。室外进行的表面处理，宜在白天完成，在处理过的表面出现潮湿和任何锈蚀前，尽早涂覆合适的底漆。进行表面处理或涂覆底漆时，钢结构表面温度应至少高于露点3℃以上。
涂装可以采用传统喷涂、无气喷涂或其他喷涂设备的涂覆作业，若涂料合适，在一些现场修补、不规则表面预涂、水冷凝管和不适宜喷涂的部分使用刷涂。
使用的底漆、中间漆和面漆材料宜由同一厂家提供。完成的涂层应没有流挂、下陷、小孔、白点、起泡、橘皮、包含砂粒/灰尘的缺陷，或其他破损，并且要有好的外观，平均干膜厚度应在规定干膜厚度范围内。
3.4 涂层材料的健康安全环保要求
由于健康安全环保法规方面的限制以及新材料的不断出现，很多国际组织都研究了新涂层性能测试方法以保证其使用性能。在涂料性能检测外，涂层材料的健康安全环保备受关注，应满足所有地方和/或国家政府法规。
世界上大部分国家都制定了关于涂装的健康安全相关法规标准，保护人员健康，避免事故发生，保护环境免受污染。国内也有较多相关标准，也有涂料制造标准规定了涂料原材料中可能含有的对人体健康危害的有关品种，NACE SP0108[3]中提出涂料生产商应提供书面认证，说明干膜中金属重量含量不超过表5中所列最大数值。
表5 涂层干膜中的最大金属含量
金 属
最大，%
金 属
最大，%
锑
0.015
汞
0.0002
砷
0.001
钼
0.35
钡(不包括重晶石)
0.10
镍
0.02
铍
0.0002
硒
0.001
镉
0.0005
银
0.001
铬六价化合物
0.0005
钽
0.10
铬或铬三价化合物
0.56
铊
0.007
铜
0.01
钨
0.10
铅
0.005
钒
0.01
4 南海地区防腐技术要求
我国南海地区环境条件恶劣，是一个腐蚀严重区域，根据ISO-12944标准的分类规定，我国南海地区应属于C5-M的严重腐蚀区域。
根据海洋油气工程生产设施的结构特点，一般分为三个区域，分别是大气区、飞溅区和全浸区。参照NACESP0108-2008的标准内容，南海地区防腐技术推荐要求如下：
表6 南海地区海洋石油工程设施防腐技术要求
腐蚀部位
涂装层
涂层系统
干膜厚度，μm
-50 至120°C
保温/不保温大气环境
1
环氧防腐底漆
125
2
环氧中间漆
125
3
丙烯酸聚氨酯面漆
75
120 至 150°C
不保温大气环境
1
无机富锌底漆
75
2
丙烯酸有机硅中间漆
100
3
丙烯酸有机硅面漆
50
120 至 150°C
保温大气环境
1
酚醛环氧防腐底漆
125
2
酚醛环氧防腐面漆
125
150 至 450°C
保温/不保温大气环境
1
无机富锌底漆
75
2
有机硅耐热漆
75
3
有机硅耐热漆
75
甲板和地板–轻度或一般载荷
1
环氧富锌底漆
75
2
高固体份环氧中间漆
150
3
环氧防滑漆
150
4
丙烯酸聚氨酯耐候面漆
75
甲板和地板–重度荷载和直升飞机甲板
1
环氧底漆
125
2
高固体份环氧中间漆
250
3
环氧防滑漆
250
4
丙烯酸聚氨酯安全标志漆
75
飞溅区
1
环氧玻璃磷片漆
500
2
环氧玻璃磷片漆
500
全浸区
1
高固体份环氧底漆
200
2
高固体份环氧面漆
200
5 结论
本方分析了南海地区的气候特点及腐蚀因素，通过对国际通用标准的解析，提出了南海地区海上油气工程的防腐要求，供南海油气工程设施的建设及维护保养参考。
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