基于NORSOK M501的水下管匯涂裝要求

王 順 楊天駿 田 凱 郭學(xué)龍 施昌威

（1.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，北京 100028；2.中國(guó)石油集團(tuán)綜合管理部，北京100007）

0 引言

水下管匯是深海油氣開(kāi)發(fā)中水下生產(chǎn)系統(tǒng)的基本組成部分，其長(zhǎng)期處于深海浸沒(méi)腐蝕環(huán)境，為保證水下管匯在服役期間的功能和結(jié)構(gòu)安全，外部防腐一般選擇涂層加犧牲陽(yáng)極聯(lián)合保護(hù)的方式[1]。

NORSOK M-501是國(guó)際上海洋鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)涂層廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)，代表了重防腐涂料腐蝕測(cè)試的最嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范。2022年，NORSOK M501第7版出版[2]，取代2012年的第6版。第7版在第6版基礎(chǔ)上，進(jìn)一步參考ISO 12944系列標(biāo)準(zhǔn)，特別是2018年新出版的ISO 12944-9[3]，進(jìn)一步細(xì)分海工鋼結(jié)構(gòu)不同部位防護(hù)涂層配套要求，并增加了更詳細(xì)的描述和規(guī)定。

本文基于新版NORSOK M501：2022（第7版），結(jié)合新版主要修改點(diǎn)，論述了水下管匯防腐涂裝要求。

1 水下管匯簡(jiǎn)介

典型的水下管匯系統(tǒng)主要由管匯主體、支撐結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、保護(hù)架組成，如圖1表示。管匯主體結(jié)構(gòu)主要由管線、閥門、控制模塊、流動(dòng)儀表等組成，對(duì)于集中式基盤管匯，還會(huì)安裝井口和采油（氣）樹(shù)；管匯支撐結(jié)構(gòu)是管匯與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的部分，用于支撐連接管線及其它配件，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要有樁基、吸力錨、防沉板三種，依據(jù)地質(zhì)和載荷條件選擇種類型，用于將管匯載荷傳遞至海床[4]。

圖1 典型水下管匯

2 NORSOK M501:2022（第7版）主要修改點(diǎn)

新版NORSOK M501:2022（第7版）最大的修改有兩方面。

（1）涂層系統(tǒng)進(jìn)一步根據(jù)不同的基材和操作條件細(xì)分，引入的新的涂層系統(tǒng)覆蓋了低溫服務(wù)、高溫服務(wù)、粉末涂料以及飛濺區(qū)的被動(dòng)防火涂層系統(tǒng)。此外，大氣區(qū)涂層系統(tǒng)由舊版No.1擴(kuò)展到新版No.1A至No.1F，飛濺及水下涂層系統(tǒng)由舊版No.7ANo.7C擴(kuò)展到新版No.7A至No.7F；

（2）二是涂層系統(tǒng)預(yù)認(rèn)證測(cè)試的改動(dòng)較大。舊版試驗(yàn)項(xiàng)目主要基于ISO 20340，僅對(duì)部分測(cè)試進(jìn)行附加要求；新版本中，由于ISO 20340-2009已經(jīng)被ISO 12944-2018替代，新版本主要基于ISO 12944-9，同時(shí)參考部分UL、ISO、ASTM、IMO PSPC及NACE標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同的涂層系統(tǒng)細(xì)化了預(yù)認(rèn)證測(cè)試要求。

除了以上兩方面的重大變化，新版本增加了認(rèn)證人員要求，修改了涂層系統(tǒng)耐久性、表面處理及臨時(shí)保護(hù)條件等要求。

所有新要求將結(jié)合水下管匯涉及的涂層系統(tǒng)在下文進(jìn)行闡述。

3 水下管匯涂裝要求

3.1 水下管匯腐蝕特點(diǎn)

水下管匯處于海底，工作環(huán)境為海水全浸區(qū)，腐蝕級(jí)別屬于ISO 12944-2標(biāo)準(zhǔn)中的Im4類。海水含鹽量高、電阻率低，是一種強(qiáng)電解質(zhì)，對(duì)于鋼質(zhì)設(shè)施具有較強(qiáng)腐蝕性。

水下管匯外部防腐蝕常采用涂層加犧牲陽(yáng)極聯(lián)合保護(hù)，但由于水下管匯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜不便于布置很多的陽(yáng)極，而且一旦安裝到位后很難進(jìn)行防腐蝕維護(hù)和延長(zhǎng)壽命，因此，水下管匯需要更可靠的防腐蝕系統(tǒng)，需要選擇高性能防腐涂層[5]。

水下管匯主要建造結(jié)構(gòu)為碳鋼，但基于生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)輸不同介質(zhì)的腐蝕性，管線、管件等設(shè)施可能需要用到耐腐蝕合金材料，包括不銹鋼或雙相不銹鋼、鎳基合金或內(nèi)襯等[6]，不同的材料具有不同的涂裝要求。

3.2 涂層系統(tǒng)選擇

依據(jù)NORSOK M501:2022（第7版），結(jié)合水下管匯所處環(huán)境和建造材料，推薦用于水下管匯的主要涂層系統(tǒng)如表1表示，涂層系統(tǒng)選擇需要結(jié)合服役條件進(jìn)行確定，主要取決于服役溫度，溫度低于50°C可以選擇環(huán)氧樹(shù)脂，隨著溫度升高，需要用到環(huán)氧酚醛、諾伏勒克環(huán)氧等涂料。

表1 適用于水下管匯的涂層系統(tǒng)[2]

3.3 車間底漆的使用

車間底漆是鋼板或型鋼經(jīng)噴砂/拋丸預(yù)處理除銹后在流水線上噴涂的一層防銹漆，其作用是對(duì)經(jīng)過(guò)噴砂/拋丸處理的鋼材表面進(jìn)行臨時(shí)保護(hù)，防止鋼材在加工及建造期間生銹而帶來(lái)的腐蝕損害。在船舶和大型鋼鐵結(jié)構(gòu)等建造中應(yīng)用非常廣泛。

通常來(lái)說(shuō)，在海工鋼結(jié)構(gòu)建造中，車間底漆是選擇性的，可以不涂；在NORSOK M501:2012（第6版）中，車間底漆允許在某些涂層系統(tǒng)中滿足條件時(shí)保留車間底漆，而NORSOK M501:2022（第7版）明確車間底漆僅作為臨時(shí)保護(hù)，在進(jìn)行防護(hù)涂層涂裝前應(yīng)去除。

3.4 資格認(rèn)證要求

NORSOK M501中對(duì)于涂層材料、涂料制造商、涂裝承包商、涂裝人員、質(zhì)量控制人員均提出了明確的資格要求。

涂料制造商負(fù)責(zé)對(duì)其構(gòu)成涂層系統(tǒng)的材料進(jìn)行資格預(yù)認(rèn)證。結(jié)合NORSOK M501和ISO 12944-9，對(duì)于水下管匯所用涂層系統(tǒng)材料，資格預(yù)認(rèn)證要求如表2表示。

表2 涂層材料資格預(yù)認(rèn)證試驗(yàn)（No.7B和No.7C）

上述經(jīng)過(guò)資格預(yù)認(rèn)證的涂層系統(tǒng)，耐久性可達(dá)到ISO 12944中-高（15～25年）。

涂料制造商和涂裝承包商應(yīng)具有通過(guò)ISO 9001、ISO 29001或API Sepc Q1認(rèn)證的質(zhì)量管理體系。

涂裝承包商應(yīng)按照ISO 12944-7，采用文件證明其具有組織、規(guī)劃和執(zhí)行類似規(guī)模和復(fù)雜性工作的經(jīng)驗(yàn)。

涂裝操作人員應(yīng)經(jīng)過(guò)最終用戶認(rèn)可的操作員培訓(xùn)課程，或者根據(jù)NOR M501 Annex I進(jìn)行資格認(rèn)證。

執(zhí)行檢驗(yàn)或驗(yàn)證的人員應(yīng)具有FROSIO表面處理檢驗(yàn)員三級(jí)、NACE涂裝檢驗(yàn)員三級(jí)或ICorr檢驗(yàn)員三級(jí)資質(zhì)。具有FROSIO表面處理檢驗(yàn)員二級(jí)、NACE涂裝檢驗(yàn)員二級(jí)或ICorr檢驗(yàn)員二級(jí)資質(zhì)的人員，可以在三級(jí)檢驗(yàn)員監(jiān)督下進(jìn)行檢查工作。

3.5 工藝認(rèn)證

涂裝工作開(kāi)始前，涂裝承包商應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)備詳細(xì)的工裝工藝規(guī)程，并通過(guò)涂裝工藝試驗(yàn)驗(yàn)證涂裝工藝規(guī)程。

涂裝工藝試驗(yàn)用測(cè)試板應(yīng)能夠反映待涂結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)，可按以下方式進(jìn)行：

（1）在最小為1m2的測(cè)試板上，通常為0.8×1.2m或1 ×1 m，并且至少包含一個(gè)管端、兩根管、一個(gè)角鋼和一個(gè)扁鋼；

（2）在與待涂敷結(jié)構(gòu)相似的部件上。

對(duì)于防腐涂層系統(tǒng)涂裝工藝試驗(yàn)，在獲得涂裝工藝規(guī)程批準(zhǔn)后有效期為3年。涂裝工藝試驗(yàn)可以在以后的項(xiàng)目中使用，前提是相關(guān)的涂裝工藝在過(guò)去的一年內(nèi)使用過(guò)，且新項(xiàng)目的所有檢驗(yàn)和試驗(yàn)符合要求。

3.6 表面處理要求

涂層涂裝前，對(duì)于基材應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的表面噴射清理。

噴射清理用磨料必須是干燥、清潔的，且不含對(duì)涂層性能產(chǎn)生危害的污染物。

用于噴射清理的磨料顆粒的尺寸應(yīng)進(jìn)行選擇，以滿足所采用涂層系統(tǒng)所要求的的表面粗糙度要求。

砂應(yīng)用作噴射介質(zhì)，不允許與丸磨料混合。在不銹鋼和有色金屬底材上使用時(shí)，砂應(yīng)是非金屬的且不含氯化物。

對(duì)于涂層系統(tǒng)No.7B和7C，應(yīng)參照ISO 8501-1[7]，表面清潔度至少達(dá)到Sa2.5級(jí)；對(duì)于涂層系統(tǒng)No.7E和7F，應(yīng)參照SSPC SP16[8]進(jìn)行掃射清理。

經(jīng)表面處理后，噴砂處理后表面粗糙度在50-85 μm 之間，表面顆粒量和顆粒尺寸不超過(guò)ISO 8502-3[9]規(guī)定的2級(jí)，表面可溶性氯離子含量不能超過(guò)20 mg/m2。

3.7 涂裝施工要求

涂裝施工前，如果可能，應(yīng)使用涂料填充結(jié)構(gòu)組件間所有的縫隙。不能使用涂料填充的縫隙，應(yīng)填充事先批準(zhǔn)的環(huán)氧膩?zhàn)踊蚱渌牧稀?/p>

在噴涂每道涂層前，所有邊緣、角落、焊縫、小支架、螺栓、螺母、空隙等位置應(yīng)先使用刷涂進(jìn)行預(yù)涂，保證這些區(qū)域漆膜厚度至少達(dá)到規(guī)定的最小值。邊緣、角落、焊縫和不易接近的區(qū)域應(yīng)采用手工多刷涂一道面漆的方式避免漏點(diǎn)。

噴涂為首選涂裝工藝，應(yīng)選用涂料制造商推薦的無(wú)氣噴涂槍、合適的噴嘴尺寸和壓力范圍。在焊接前，距離焊接邊緣100 mm處不得進(jìn)行涂裝。涂裝前金屬表面須干燥，表面溫度高于露點(diǎn)以上3℃或者空氣相對(duì)濕度小于85%。每道涂層應(yīng)該均勻噴涂，避免產(chǎn)生垂掛、流淌、斑點(diǎn)、漏涂等漆病或者污染，產(chǎn)生上述問(wèn)題的區(qū)域應(yīng)將涂層除掉并重涂。每道涂層應(yīng)完整的覆蓋整個(gè)表面。

3.8 質(zhì)量檢驗(yàn)要求

在開(kāi)始任何工作前，要求涂裝承包商應(yīng)制定質(zhì)量計(jì)劃，編制檢驗(yàn)試驗(yàn)程序（ITP）。對(duì)于水下管匯涂裝，施工檢驗(yàn)和試驗(yàn)頻率、方法和接受標(biāo)準(zhǔn)如表3表示。

表3 檢驗(yàn)和試驗(yàn)

4 結(jié)語(yǔ)

新版NORSOK M501:2022（第7版）針對(duì)涂層系統(tǒng)、資格認(rèn)證、涂裝施工、質(zhì)量檢測(cè)等方面做出了更加全面、細(xì)致且嚴(yán)格的要求。水下管匯作為深海油氣開(kāi)發(fā)中水下生產(chǎn)系統(tǒng)的基本組成部分，有效控制海水環(huán)境腐蝕關(guān)乎到水下管匯服役期安全運(yùn)行，因此，從設(shè)計(jì)到施工建造階段，應(yīng)嚴(yán)格遵照新版NORSOK M501:2022（第7版），同時(shí)結(jié)合ISO 12944-9:2018，做好水下管匯的防腐，保證涂裝質(zhì)量。