海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶防腐蝕技術(shù)探究

王 劍

（煙臺(tái)順捷海上安全技術(shù)咨詢開(kāi)發(fā)公司，山東 煙臺(tái) 264010）

0 引言

海洋工程建設(shè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要項(xiàng)目之一，也是一項(xiàng)作業(yè)環(huán)境極其特殊的工程，由于海洋具有獨(dú)特的環(huán)境特點(diǎn)，在施工作業(yè)過(guò)程中相關(guān)設(shè)備極容易受腐蝕。海水的含鹽量極高，海水內(nèi)含有充足的氧氣，再加上存在大量的微生物，更大程度加劇了腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。在海洋工程的建設(shè)中將使用大量的材料，其中也包括鋼鐵、混凝土以及復(fù)合材料等，其中，鋼筋混凝土和鋼鐵用量最大，不同的施工材料具有不同的特性，要保證海洋工程的安全性和穩(wěn)定性，必須依據(jù)材料的特性采用有效的防腐蝕防護(hù)技術(shù)，才能提高防腐蝕的效果，充分保障海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶的安全穩(wěn)定性。

1 海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶防腐蝕技術(shù)的基本概述

海洋工程的建設(shè)極其復(fù)雜，施工作業(yè)環(huán)境與眾不同，存在多種腐蝕性的影響因素。在地球上海洋的占地面積占據(jù)70%以上，人們的生產(chǎn)生活也從內(nèi)陸逐步延伸到了海洋中的各個(gè)角落，在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中海洋產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為支柱性產(chǎn)業(yè)之一，海洋運(yùn)輸能力能夠?yàn)?0%以上的貿(mào)易活動(dòng)提供動(dòng)力和支持[1]?？梢哉f(shuō)，海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是促進(jìn)國(guó)際貿(mào)易得以持續(xù)和快速發(fā)展的重要基礎(chǔ)。海上作業(yè)的方式較多，具體包括石油開(kāi)采、天然氣開(kāi)發(fā)以及海洋運(yùn)輸?shù)?，同時(shí)海上風(fēng)電供電設(shè)備還能夠?yàn)槿祟愄峁┣鍧嵞茉?，因此海洋資源的開(kāi)發(fā)能夠?yàn)槿祟惖倪M(jìn)步和發(fā)展帶來(lái)極大的產(chǎn)出效應(yīng)。海洋資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中，面臨最大的困擾是腐蝕問(wèn)題，每年由此而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失極大。在此過(guò)程中，有大量的海洋基礎(chǔ)設(shè)備、設(shè)施會(huì)由于腐蝕而直接報(bào)廢，這也是造成海洋設(shè)備受到損害報(bào)廢的重要原因之一，海洋腐蝕所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失，甚至高于其他自然災(zāi)害。以海洋生物來(lái)講，海洋生物廣泛分布于海洋的各個(gè)區(qū)域，對(duì)于海洋工程結(jié)構(gòu)和船舶的污損、腐蝕幾乎無(wú)處不在，腐蝕問(wèn)題已經(jīng)成為航運(yùn)業(yè)發(fā)展中所面臨的最主要問(wèn)題。據(jù)相關(guān)研究顯示，對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)和船舶的能夠造成污損的常見(jiàn)海洋生物多達(dá)2000多種，包括最常見(jiàn)的海洋藻類、藤壺等。它們可以附著在海洋結(jié)構(gòu)設(shè)施和船舶上，進(jìn)而對(duì)建筑物或船體造成極大危害，嚴(yán)重影響海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。同時(shí)，各種海洋生物在船體上的附著，還會(huì)導(dǎo)致船舶自重增加，進(jìn)而加大航行摩擦力，增加電力消耗以及燃料消耗等，甚至還會(huì)造成海洋內(nèi)的各類輸送管道出現(xiàn)堵塞或是一些海洋儀器發(fā)生故障等，直接導(dǎo)致海洋運(yùn)輸費(fèi)用的增加，給世界經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的發(fā)展和海運(yùn)貿(mào)易的發(fā)展都帶來(lái)了嚴(yán)重影響。因此，提升海洋防腐蝕能力，提高海洋工程結(jié)構(gòu)和船舶的安全性、耐久性，全面降低海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展中腐蝕所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)于海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。為了提高海洋工程結(jié)構(gòu)和船舶的安全穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)高度重視防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用，持續(xù)提升海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶的安全穩(wěn)定性和耐久性，不斷提高海洋開(kāi)發(fā)的能力和水平[2]。

2 海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶防腐蝕技術(shù)的挑戰(zhàn)

2.1 海水中大量隱含成分存在腐蝕性

海洋中的整體環(huán)境相對(duì)惡劣，且海水中含有大量的隱含成分，包括鹽分、氧氣、微生物等。這些都是對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)和船舶產(chǎn)生腐蝕的溫床，會(huì)進(jìn)一步加快各類建筑材料的腐蝕程度，從腐蝕評(píng)級(jí)的角度來(lái)進(jìn)行分析，海洋腐蝕也是極其嚴(yán)重的一種類型。同時(shí)，由于海水的飛沫中含有大量的氯化鈉成分，這些物質(zhì)能夠侵害方圓百里以內(nèi)的沿海地帶，腐蝕性強(qiáng)、腐蝕范圍廣。而長(zhǎng)期在海上作業(yè)的船舶，會(huì)受到非常嚴(yán)重的海洋腐蝕，伴隨著運(yùn)行時(shí)間的持續(xù)增加，也會(huì)導(dǎo)致其他海洋工程的結(jié)構(gòu)遭到腐蝕，影響安全性和可用性。

以鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用為例，根據(jù)不同施工作業(yè)的環(huán)境特點(diǎn)，可以將海洋工程大致分為4個(gè)類別，包括海泥區(qū)、海水浸沒(méi)區(qū)、浪濺區(qū)和海洋大氣區(qū)，不同地方的海洋工程結(jié)構(gòu)會(huì)遭受不同類型的海洋腐蝕。在海泥土區(qū)的海洋工程會(huì)受到土壤的侵蝕，在工程作業(yè)過(guò)程中海泥區(qū)的土壤鹽分極高，同時(shí)還含有其它腐蝕性成分，主要通過(guò)滲透的方式影響海洋建筑物的安全性[3]。在海水浸沒(méi)區(qū)，由于鋼結(jié)構(gòu)需要長(zhǎng)時(shí)間淹沒(méi)于海水中作業(yè)，進(jìn)而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)容易受到腐蝕，影響結(jié)構(gòu)安全性。浪濺區(qū)海水的氧氣充足，海浪和泥沙對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的建筑物會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷與破壞，在氧化作用下腐蝕速度會(huì)加快。在海洋大氣區(qū)，工程設(shè)備將面臨含鹽量極高，濕度較大的復(fù)雜環(huán)境，在此過(guò)程中容易發(fā)生電解質(zhì)反應(yīng)，造成腐蝕。通常情況下，在大氣區(qū)長(zhǎng)期運(yùn)行的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的速度會(huì)比內(nèi)陸同緯度地區(qū)的速度快4倍。

除了海洋工程結(jié)構(gòu)，船舶由于其本身結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，長(zhǎng)期在海洋中運(yùn)行也容易遭受腐蝕。腐蝕的部位包括船殼、上層建筑、壓載艙等，每個(gè)部分由于與海水接觸的時(shí)間不同，具體的腐蝕類型和腐蝕特性也有極大的差別。

2.2 受腐蝕的海洋工程數(shù)量持續(xù)增加

在科技快速進(jìn)步的新時(shí)代，人類的生產(chǎn)生活對(duì)于各項(xiàng)能源的需求快速加大，而海洋中儲(chǔ)存有大量的資源，包括天然氣、風(fēng)能、石油等，能夠?yàn)槿祟惖纳a(chǎn)生活提供充足的能源。為加大海洋資源的開(kāi)發(fā)，海洋工程建設(shè)獲得極大發(fā)展，大量的海洋工程投入建設(shè)。海洋工程結(jié)構(gòu)類型眾多，主要包括鋼結(jié)構(gòu)、混凝土其它復(fù)合材料的海岸工程等。為了有效增強(qiáng)海洋工程以及船舶的安全性和穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需求開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的抗腐蝕材料和技術(shù)，以此增強(qiáng)海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的水平[4]。但在此過(guò)程中，需要注意，我國(guó)的海岸線較長(zhǎng)，且包含大量的海港和碼頭，在海洋資源開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)建設(shè)上，海底管線以及運(yùn)輸行業(yè)得到了快速的發(fā)展，這就意味著有大量的海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶正在遭受不同程度的腐蝕。在防腐蝕技術(shù)研發(fā)的過(guò)程中，必須充分考慮到建筑材料的多樣性、防腐結(jié)構(gòu)數(shù)量大、腐蝕類型多等特點(diǎn)，需要根據(jù)不同的海洋建筑結(jié)構(gòu)受到的腐蝕情況進(jìn)行分類分析，在防腐蝕技術(shù)和材料的研發(fā)過(guò)程中，充分遵循施工簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異、安全性較高、環(huán)保性較強(qiáng)和成本降低的基本原則，才能在有效提高設(shè)備防腐能力的基礎(chǔ)上，同時(shí)控制經(jīng)濟(jì)投入，確保海洋產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)步提升。

3 海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 防腐涂層技術(shù)能隔絕腐蝕成分的侵襲

在防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)涂料實(shí)現(xiàn)涂層防腐是有效的手段之一。防腐涂層主要是指在需要保護(hù)的切面上涂敷材料使該表面與周圍的腐蝕性介質(zhì)實(shí)現(xiàn)隔離，進(jìn)而形成一層能夠保護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的覆蓋層，實(shí)現(xiàn)防腐蝕的效果。防腐涂層是一種特殊的材料，具有極好的電絕緣性和隔水性，能夠適應(yīng)海底復(fù)雜的環(huán)境。該涂層與防腐蝕的結(jié)構(gòu)表面能夠形成較強(qiáng)的附著力，能夠防止不同類型的化學(xué)破壞，且具有機(jī)械強(qiáng)度，能夠達(dá)到較好的保護(hù)效果。在具體的使用中，防腐涂層的施工通常由3個(gè)層面組成。第一層的涂料是涂抹在被保護(hù)結(jié)構(gòu)表面的一層底漆，這層保護(hù)膜能夠增強(qiáng)保護(hù)面與涂料之間的粘結(jié)力。第二層的涂料是實(shí)現(xiàn)防腐效果的主要涂料，常用材料包括石油瀝青、環(huán)氧樹(shù)脂、聚烯烴涂層等。第三層涂料是保護(hù)層的包扎帶，主要是讓保護(hù)層穩(wěn)定附著，且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，能夠提高保護(hù)層的穩(wěn)定性，避免在施工過(guò)程中涂層受損，影響防腐蝕的效果[5]。涂抹操作完成后，必須對(duì)保護(hù)層進(jìn)行多項(xiàng)檢測(cè)，包括涂抹層的耐沖擊性、抗剝離性、電絕緣性等，各方檢測(cè)達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)才能夠投入使用。根據(jù)防腐對(duì)象在材質(zhì)上的不同以及腐蝕的機(jī)理不同，防腐材料可分為鋼結(jié)構(gòu)和非鋼結(jié)構(gòu)。其中，鋼結(jié)構(gòu)主要是針對(duì)船舶、碼頭鋼鐵設(shè)施、集裝箱輸油管道和其他大型海上平臺(tái)等海洋工程設(shè)施的防腐涂料。而非鋼結(jié)構(gòu)主要是指混凝土構(gòu)造物，能夠?qū)⒏g成分與混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效隔離，由于混凝土結(jié)構(gòu)的特性，該類型的海洋工程必須使用防腐涂料，具體方式方法需要根據(jù)混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行防護(hù)。

3.2 防污涂層技術(shù)能確保材料表面光滑和清潔

在防腐蝕技術(shù)應(yīng)用中，可以通過(guò)使用防污涂料達(dá)到防腐蝕的目的，通過(guò)防污涂料的使用能夠使海洋各個(gè)建筑物以及船舶的材料表面相對(duì)光滑、清潔，避免被海底生物附著，減少對(duì)結(jié)構(gòu)和船體的污染，提高安全性。也就是說(shuō)，通過(guò)使用防污涂料能夠有效防止各類海洋生物的附著和污損，有效保持海洋浸水結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。在具體的應(yīng)用中，需要將涂料涂于防銹的底漆之上，利用涂料中所含的毒劑在涂膜的表面上形成一層有毒的表面層，能夠?qū)⒏街谕磕ど系母黝惡Ｑ笊餁⑺?，進(jìn)而達(dá)到防污目的。通常情況下，涂料主要包含氧化亞銅和氧化鋅等，應(yīng)用的過(guò)程中除了要考慮防污的性能，同時(shí)還要考慮到環(huán)境保護(hù)，對(duì)于會(huì)產(chǎn)生污染問(wèn)題的防污原料要禁止使用。但由于海洋工程和船舶在使用中會(huì)附著不同的生物及其附著機(jī)理不同，產(chǎn)生污損的具體特點(diǎn)也不同，在此過(guò)程中還需要展開(kāi)大量的研究，才能在更大程度上抑制各類海洋生物與材料的接觸，減少附著，減少污染和腐蝕的發(fā)生。

3.3 耐腐蝕材料技術(shù)能提高材料本身的防腐蝕性能

在工程建造和船舶建造中，選擇耐腐蝕的材料也是一種有效的方法，在當(dāng)前的工程建設(shè)中，主要以鋼結(jié)構(gòu)為主要施工原料，為此全面提高鋼結(jié)構(gòu)本身材料的耐腐蝕性，是提高海洋工程結(jié)構(gòu)耐腐蝕性能的重要方面。當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)的類型較多，包括耐海水腐蝕鋼、鈦合金以及高分子材料等。在建筑過(guò)程中需選擇鋼結(jié)構(gòu)性能更好的金屬，持續(xù)提高金屬的化學(xué)成分，通過(guò)金屬性的改變能夠在更大程度上提高鋼材的耐腐蝕性。同時(shí)，還可以通過(guò)在金屬表面鍍金的方式提高耐腐蝕性，進(jìn)而降低腐蝕現(xiàn)象的反應(yīng)速度，提高工程結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。海洋工程防腐蝕的主要對(duì)象包括工程結(jié)構(gòu)和船舶海洋工程，結(jié)構(gòu)主要是以混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)或其他復(fù)合材料為主，已經(jīng)應(yīng)用到了海上資源的平臺(tái)中，而船舶的零件主要是以鋼材料為主。在防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到材料防護(hù)[6]。當(dāng)前，防腐涂料的類型較多，環(huán)氧類防腐涂料應(yīng)用最廣。在今后的發(fā)展中，涂料將不斷提高功能性，不僅要考慮到防腐性能，同時(shí)還將促進(jìn)資源節(jié)約，提高水性化。

3.4 包裹防腐技術(shù)能控制海洋飛濺區(qū)的金屬腐蝕

在海洋中含有極高的鹽分，浪花的鹽分含量也極高，浪花飛濺的過(guò)程會(huì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)造成極大的腐蝕。為了有效減少飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕的問(wèn)題，可以通過(guò)采用材料隔離的方式實(shí)現(xiàn)腐蝕介質(zhì)的切斷，進(jìn)而有效控制飛濺區(qū)的金屬腐蝕。例如，可以通過(guò)包裹技術(shù)完成防腐蝕防護(hù)工作，將結(jié)構(gòu)表面與腐蝕介質(zhì)切斷與隔離，能夠有效保障浪花鹽分對(duì)結(jié)構(gòu)和船體的腐蝕。該技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐中得到應(yīng)用。例如，在國(guó)內(nèi)某大橋的建設(shè)中就結(jié)合國(guó)外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行改造，使用包覆防腐蝕的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)橋體的保護(hù)[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

海洋工程項(xiàng)目的發(fā)展是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，具有高產(chǎn)出、高附加值的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，其本身也屬于高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)、高投入的復(fù)雜工程。在工程建設(shè)過(guò)程中，如何通過(guò)有效的策略確保工程實(shí)施的安全性，增強(qiáng)海洋工程設(shè)備使用的壽命，是海洋事業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵所在。為進(jìn)一步保護(hù)海洋資源，促進(jìn)海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶的安全穩(wěn)定性，在海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中應(yīng)當(dāng)積極開(kāi)發(fā)和使用各類防腐材料，結(jié)合實(shí)際需求創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出新型防腐蝕技術(shù)和方法，從根本上降低海洋工程的建造和維護(hù)成本，有效推動(dòng)海洋事業(yè)發(fā)展，為社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的提升作出更大貢獻(xiàn)。