海洋平臺水上鉆采裝備涂裝防腐蝕技術

虞 文

(1.寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞 721002；2.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，陜西 寶雞 721002)

海洋平臺或船甲板上的石油鉆采裝備主體材質為低合金高強度結構鋼，易受海洋大氣環(huán)境侵蝕。海洋平臺作業(yè)期間，裝備維修保養(yǎng)難度大、作業(yè)周期長，一旦發(fā)生腐蝕失效將影響鉆井進度，嚴重時還會威脅平臺的整體安全。為降低腐蝕帶來的風險，大部分海洋平臺要求設備防腐蝕壽命應超過15 a，這直接促成了長效重防腐涂料在海洋平臺鉆采裝備上的應用[1-3]。

1 腐蝕環(huán)境

根據相關標準劃分[4]，海洋大氣歸于CX類腐蝕環(huán)境，低碳鋼暴露在其環(huán)境下的腐蝕速率可達200～700 μm/a。最新標準沒有給出適用于CX腐蝕環(huán)境，使用壽命為“高”時的涂裝配套。

2 典型涂裝配套

2.1 裝備外表面通用涂裝配套

裝備外表面包括各類鉆采裝備外表面、罐體外表面和房體外表面等，大多采用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧中間漆/環(huán)氧云鐵中間漆+聚氨酯面漆的涂裝配套，總干膜厚度320 μm[5]，其涂裝配套見表1。

表1 裝備外表面通用涂裝配套

2.2 耐磨涂裝配套

受人員頻繁踩踏影響，二層臺、梯子及各種走臺上的涂料容易因磨損而過早脫落，選擇涂料時除了注重防腐蝕性能外，還應兼顧一定的耐磨性。一般采用的底漆、中間漆與裝備外表面通用涂裝配套一致，面漆選用添加助劑提高耐磨性能的聚氨酯漆并適當增加厚度。在有防滑要求的場合，還可在涂料涂覆過程中摻入防滑砂，形成顆粒狀外表面，提高摩擦力，保障人員通行安全。

2.3 耐油/水涂裝配套

泥漿罐、原油罐、工業(yè)水罐等罐類，部分鉆采裝備的潤滑油池等裝備，長期接觸水、油等介質，需要從內腔局部環(huán)境腐蝕特點出發(fā)制定相應的內表面涂裝配套。通常采用耐水、耐油和耐化學品性能良好的酚醛環(huán)氧涂料作為該類裝備的涂裝配套。典型的耐油/水涂裝配套見表2。

表2 耐油/水涂裝配套

2.4 耐熱涂裝配套

燃燒管、柴油發(fā)電機煙道等設備工作溫度為400～500 ℃，而普通環(huán)氧涂料耐熱不超過120 ℃，故不能采用。有機硅涂料以高鍵能的Si—O鍵為主鏈，具有較高的熱穩(wěn)定性，常用于耐熱工況。典型的耐熱涂裝配套見表3。

表3 耐熱涂裝配套

2.5 熱浸或熱噴涂表面涂裝配套

海洋石油平臺項目上，通常要求對井架主體等重要鋼結構件進行熱浸或熱噴涂鋅、鋁，并在表面涂敷重防腐涂料的方式進行防腐蝕處理。熱浸或熱噴涂常用的鋅、鋁的標準電極電位分別為-0.76 V和-1.66 V，對鋼鐵能起到陰極保護作用，其衍生物也會覆蓋在涂層表面起到封閉作用[6]。在鋅/鋁層的陰極保護和屏蔽雙重作用下，可大幅延長裝備的防腐蝕壽命。一般多采取在鋅層表面噴涂環(huán)氧底漆+環(huán)氧中間漆+聚氨酯面漆的涂裝體系來防腐蝕。鋅/鋁熱噴涂表面的一般涂裝配套見表4。

表4 熱噴涂表面涂裝配套

熱浸表面較光滑不利于涂料附著，應先進行清掃和噴砂處理，適當增大表面粗糙度以提高涂料的附著力。熱浸采用的涂裝配套與熱噴涂表面一致，但所需的干膜厚度略薄。

3 涂裝前表面處理

3.1 表面清洗

在加工制造以及試驗的過程中，石油鉆采裝備會接觸到油品、化學品、雜質及污物等各類污染物。附著力較差的污染物可以通過擦拭或高壓清洗機清洗除去；對于不易除去的油脂類污染物，應使用適合的溶劑進行清洗。

3.2 噴射除銹

采用金屬或非金屬磨料進行噴射除銹是一種比較理想的除銹方法，經噴射除銹的表面應達到規(guī)范要求的Sa2.5級。鋼材表面經過噴射除銹后，不僅能徹底除去影響涂料附著力的鐵銹和氧化皮，還能使表面獲得一定的粗糙度，讓涂料獲得更多錨固點，顯著增加金屬與涂料的接觸面積，提高涂層的附著力。但粗糙度過大會造成涂料遮蓋困難，所以常見的粗糙度Rz要求為30～85 μm。另外，為避免返銹，經過噴射除銹的鋼材表面應在4 h內噴涂一道完整的底漆。如果噴漆前已經出現銹蝕，就必須重新除銹。

3.3 清潔除塵

鋼材表面殘存的任何雜質都有可能對涂料的附著力產生不利影響，所以在涂裝前還需要再次清理，檢查灰塵殘留量合格后方可涂漆。相關標準規(guī)定了噴砂后鋼板表面灰塵清潔度等級，可使用無色透明膠帶粘貼在待涂敷的鋼材表面，充分壓實后撕下，并粘貼在白紙上，再與標準中的圖樣進行對比，評定灰塵清潔度等級。一般要求檢查結果優(yōu)于2級方可進行涂漆。

4 涂裝施工環(huán)境

4.1 環(huán)境溫度

環(huán)境溫度影響化學反應速度，直接影響涂料固化時間。條件允許的情況下，應適當提高環(huán)境溫度，加快涂料固化進程以提升涂裝效率。溫度越低涂料固化越慢，尤其是環(huán)氧類涂料，在10 ℃下固化將變得非常緩慢，在5 ℃下固化幾乎停止[7]。但固化過快的涂層易產生針孔、橘皮等問題，因此涂裝的環(huán)境溫度應保持在一個合適的范圍內，一般要求為10～35 ℃。

4.2 空氣濕度

空氣濕度是衡量空氣中水汽含量和濕潤程度的指標。通常情況下，要求涂裝施工環(huán)境的空氣相對濕度不能超過85%。

4.3 環(huán)境露點

環(huán)境露點太高使得鋼材表面容易結露，導致噴射除銹后的表面快速返銹，還會產生水膜直接影響涂料的附著力。要求噴射除銹和涂料施工時，鋼材表面溫度應不低于環(huán)境露點+3 ℃。

5 涂層質量檢驗

5.1 干膜厚度檢驗

磁性鋼材上的非磁性涂層可使用磁性測厚儀來測量涂層的厚度。通常要求厚度檢驗符合“雙90”規(guī)則，其含義為：90%的檢測點測得的干膜厚度應大于要求的最低干膜厚度值，剩余10%的檢測點測得的干膜厚度應大于要求最低干膜厚度值的90%。需要注意的是，磁性測厚儀對幾何意義上的中斷結構非常敏感，在孔、角和邊緣處測得的結果可能是無效的，在曲面上測量結果也會出現誤差[8]。

5.2 外觀檢驗

鉆采設備上的漆膜外觀檢驗主要依靠有經驗的檢查人員肉眼評定。產品的每道漆膜應無漏涂、氣孔、裂紋、流掛、刷痕、起泡和雜質等缺陷。最終涂裝成品應外觀平整，顏色均勻一致。如使用高光面漆，則產品表面還應具有相應的光澤，呈現良好的裝飾效果。

5.3 附著力檢驗

設備表面涂裝質量的主要指標是涂層附著力。海洋環(huán)境下涂裝配套干膜厚度普遍超過300 μm，采用拉開法進行涂層附著力檢驗不易受人員操作水平和材料的影響，是較為理想的檢驗方法。常見的檢測設備有F106型、F108型和506型附著力測試儀。按照標準要求，對于干膜厚度超過250 μm的涂裝配套，其附著力不應低于5 MPa。

6 結 語

隨著國內海洋油氣開發(fā)的進展，海洋平臺鉆采裝備領域的涂裝配套和應用技術已比較成熟，以環(huán)氧、聚氨酯類涂料為主的重防腐涂料已在一些海洋平臺上得到應用并經受住了現場考驗。采用合理的涂裝配套體系和表面處理，可以保障防腐蝕涂層質量和防腐蝕效果。