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1、平台防腐理论知识介绍中国船级社湛江分社 欧利军2009年11月目录第一章 防腐的结构设计规则第二章 涂层第三章 阴极保护第一章 防腐的结构设计规则 海上平台的腐蚀主要分三个区域：大气区飞溅区全浸区(外表面、内表面）一、大气区的防腐设计做法1.控制大气区腐蚀常用保护涂层系统。采取如下措施可减少涂敷面积，并易于施工：用管形构件代替其他形状构件。金属构件组合在一起时采用密封焊接。避免跳焊。避免紧配合面和搭接面。2.有色金属和非金属材料可以减少大气腐蚀问题。二、全浸区外部的防腐设计做法1.全浸区指从飞溅区以下包括泥线以下区域。这个区域通常用阴极保护来实现。2.尽可能使用圆管构件。3.当疲劳和腐蚀疲劳是
2、影响某些结构的重要因素时，应消除焊接应力，以降低热影响区可能出现的腐蚀并 减小裂纹出现的可能性。4.焊缝应连续，不应使用跳焊和点焊。5.立管、灌浆管、排放管和套管等群集在平台桩腿周围，会造成屏蔽和干扰阴极保护电流的流通。钢管间的最小间距应是较小钢管直径的倍。也可使用涂层减少屏蔽。6.泥线以下部分包括钢桩，钢桩也需要和导管架连接才能受到阴极保护。泥线以下腐蚀速率低，但泥线处的腐蚀速率较高，如与阴极保护没有适当连接，可能出问题。7.应确保所有被保护钢结构与阳极的电连接。三、全浸区内部的防腐设计做法1.对于构件被密封后不与海水、大气接触的密封舱的内表面，其腐蚀常被忽略。2.某些构件在平台下水期间会充
3、水，并在平台寿命期间保持充水状态。为防止内部腐蚀，应关闭充水阀避免充水舱接触大气中的氧。如充水后不能密封，应采取防止内腐蚀措施。如采用阴极保护。四、飞溅区的防腐设计做法1.飞溅区是指受潮汐、风和波浪影响，干湿交替的区域。2.在结构设计中应减少钢结构在飞溅区的表面积，避免采用“T”、“K”、“Y”型节点。3.在平台安装后要拆除的穿越飞溅区的临时构件，最好不要采用焊接方式与平台连接。4.在飞溅区通常需要增加钢的壁厚。5.飞溅区钢腐蚀控制措施的选择A)热喷涂铝喷涂厚度为200m,涂层的附着力应超过7000kpa。需做好表面处理。且用硅氧烷密封剂封闭后，可封闭涂层的孔隙而提高保护寿命。对全浸区，阴极保
4、护电位难到达的部位如管夹内侧和几何屏蔽区也可采用热喷涂铝系统。B)热缩套用来保护飞溅区直管段。当热缩套被加热到一定温度时会收缩，且其内表面预涂一层密封胶。要求表面除锈及较大粗糙度。热缩套受到轻微损伤时，密封胶粘剂的粘弹性与收缩套的收缩力使密封胶流到损伤部位有效地将损伤处密封好。C)厚膜有机涂层涂层中含有石英玻璃鳞片或玻璃丝。涂层用在喷砂处理的清洁表面，典型厚度15mm。该涂层可在现场涂敷，对节点的保护和直管一样。D)250500m高性能平台涂层系统 高性能涂层系统也可用于飞溅区，效果不错。第二章 涂层一、涂层系列1. 常规的涂料、表面处理工艺和涂覆方法不适用于海上恶劣的腐蚀环境。只能使用高性能
5、保护涂料。2. 涂层系统以高防蚀性底漆为基础。常用底漆包括：A)富锌底漆 含高比例锌粉作填料的有机或无机涂层，涂层破裂时锌粒还可起到牺牲阳极的作用。锌可与酸或碱发生反应，当富锌底漆用于平台会暴露于碱性的钻井泥浆和酸性完井液中，故需施加一层抗化学物质侵蚀的涂层。施工前期，富锌底漆是一种良好的保护漆。B)有机防锈底漆为溶剂型、化学固化型涂料，由溶剂挥发后成膜。化学固化涂料一般需要增加第二组分来固化。含有防锈颜料。颜料与湿气接触，即产生一个碱性离子的环境，减缓基底金属的腐蚀。C)洗涤底漆以聚乙烯醇缩丁醛树脂为溶剂，加入铬酸锌或铬酸锶为颜料而形成的溶剂。使用前需加入含酒精和磷酸溶液的第二组分。有磷化作
6、用，与钢接触后，会在其表面产生一层钝化膜。为获得最有效的保护性能和避免铁锈穿透，在洗涤底漆涂完后，必须迅速加上层涂层。3.上层涂层。用于海上平台的底漆上面均应施加中间涂层和表面涂层，为底漆提供一个保护层，减缓和限制水汽、氧和化学活性离子的渗入。常用上层涂层包括：A)化学固化涂层这类涂层通常为环氧树脂、环氧酚醛树脂、聚酯或某些聚氨酯材料。它的固化需通过添加第二类通称为“催化剂”或转换剂的材料来实现。该涂层材料有很好的抗化学腐蚀性能，每层厚度常超过100m。B)溶剂沉淀型或热塑型涂料这类涂料包含乙烯丙烯酸树脂、乙烯树脂。不同于环氧树脂漆，聚酯和其他化学固化涂料，该涂料自液相变为固相过程中没有化学变
7、化，固化靠溶剂挥发来完成。主要缺点，耐温性差、抗溶性低，以及固体含量低。涂料在相对湿度高至90%，温度低至零度时仍能进行涂覆。二、涂料选择原则1. 为涂料选择而设计的加速试验按GB/T 1771色漆和清漆、耐中性盐雾性能的测定进行的盐雾试验（4000h）。按GB/T 1865色漆和清漆、人工气候老化和人工辐射暴露进行的老化试验（2000h）。按照GB/T 1740漆膜耐湿热测定法进行潮湿箱试验（4000h）。2.下面列出的可在实验室测定其他涂料特性的试验方法，有助于涂层材料的选择：GB/T 1732漆膜耐冲击性测定法GB/T 6739漆膜硬度铅笔测定法GB/T 6742漆膜弯曲试验GB/T 9
8、286色漆和清漆 漆膜的划格试验GB/T 14826色漆涂层粉化程度的测定方法及评定3.涂层系统的最终选择依赖于许多对环境、施工和性能的考虑，包括：海洋涂层暴露于强紫外线下，抗粉化性应好而且不易褪色。优先使用以修补的涂层系统。对于海上平台的甲板部位，受钻井作业的损耗及会溅上钻井泥浆、柴油、润滑油和完井物质，应采用那些抗冲击性好，抗溶性佳和抗腐蚀性好的化学固化涂层。考虑处于北纬地区的钢结构，低温和寒冷天气的限制。三、材料的储存、运输和混合1.所有用于海上结构的涂层材料，均应用来自原始、未开封的厂家涂料罐。罐上应有标签，注明涂料种类。涂料的储存应避免恶劣天气环境，储存温度最好在1032摄氏度之间。
9、2.稀释剂或清洗剂的选用应根据油漆商的推荐。如单独采购这些材料，则其成分应经油漆商认可。3.使用的底漆，中间漆和面漆应由单一厂商提供，以保持由单一厂家承担责任。4.所有涂料在使用前需彻底搅拌。如有沉淀需重新搅拌。富锌底漆类的重颜料涂层材料，在使用过程中应不断进行搅拌，以防沉淀。5.当混合涂料中含催化剂和转化剂时，如转化剂超量使用，则对涂料的涂覆、固化和使用性能产生负面影响。四、涂覆设备1.大多数涂层材料均用喷涂法涂覆。2.常规的喷涂压力罐应装配由双重调节器和空气驱动搅拌器。所有喷涂设备均应按照油漆商的推荐装配液体喷嘴、指针和喷气嘴。到压力罐的空气供应线上应配有一个有效的油水分离器。对于无空气喷
10、涂，应选择压缩比至少30：1的液压泵。应选择符合油漆商推荐的雾化嘴，它应能根据平台构件提供合适的雾化度和最佳的扇面宽度。五、平台上生产设备和配管的涂层1.工作温度为常温的设备，无特殊要求，和大气中平台结构的选择原则一致。2.加热器、压缩机等表面温度高的设备，在需要涂层的情况下，可以采用特定的高温涂层。3.形状复杂的设备必须注意不要涂得太厚，如管汇和采油树。避免选择像无机锌底漆类的涂层材料，因为这类材料对厚度很敏感，如涂层厚度超过100m，会发生龟裂和剥离。六、镀锌1.对于复杂钢构件，热浸锌是一种有效方法。护栏、梯子、仪表盒和设备撬座可用镀层保护。2.镀锌层在酸碱环境中也会受到损害，不应接触水泥
11、，钻井泥浆和井中酸性介质。3.在飞溅区和全浸区，镀锌层作为阳极受到腐蚀，会很快穿透和失效。应使用其他材料覆盖。4.所有镀锌工作应遵循GB/T 13912 金属镀覆层 钢铁制品热镀锌层 技术要求和GB/T 13825金属覆盖层 黑色金属材料热镀锌层的质量测定 称量法。七、表面处理1.概述大气钢结构表面处理的目的是为涂层系统的施工提供必需的清洁度和规定的粗糙度。所有外露的毛刺、鳞皮、焊接飞溅和氧化皮在表面处理时应全部去除。如表面处理在室外进行，应在白天完成，且尽早喷底漆，以免出现锈蚀。有雾和潮湿的情况下，不能进行钢表面常规涂覆作业。不宜采用手工方法，应用自动喷砂清理机，除非在正常方法不能使用的小面
12、积上。2.表面处理标准 表面处理的等级或程度由所选涂层的要求确定。 SY/T 0407-97涂装前钢材表面预处理规范提供了目视比较规则，用于确定喷砂清理的四个等级，如下：Sa3（出白级金属表面喷砂清理）定义为表面灰白色（金属本色），轻微打粗以满足涂层的粗糙度要求。表面无油、脂、氧化皮、锈和其他异物。Sa21/2(近白级金属表面喷砂清理）定义为除了少量黑斑、暗条或（优越氧化物残留在金属表面造成的）轻微变色外，表面除去所有的油、脂、灰尘、氧化皮、锈和其他异物。任何给定表面上，至少95%达到Sa3级，其他区域仅可轻微变色。Sa2（工业级金属表面喷砂清理）定义为除了由于残留的锈蚀或氧化皮造成的少量黑斑
13、、暗条或变色外，表面已去除所有锈、氧化皮、油脂和其他异物。至少三分之二表面上无肉眼可见异物。其余部分仅可有轻微变色和少量锈蚀。如果表面有点蚀，则可见微量异物。Sa1（清扫级表面喷砂清理）定义为表面已经去除油脂、灰尘、松动的锈皮、氧化皮，但对附着牢固的氧化皮、锈和涂层，如果表面已经达到粗糙度要求，可允许留在金属表面。3.表面处理方法空气喷砂清理空气供应能力应保证在喷嘴处空气压力至少为690kpa。磨料。为获得规定的粗糙度，喷砂清理应采用清洁的、各种等级的磨料。（ SY/T 0407-97涂装前钢材表面预处理规范) 第三章 阴极保护一、阴极保护准则1.目的 应用阴极保护的目的是控制与电解质溶液接触
14、的金属表面的腐蚀。2.原理 该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阴极溶解过程就会得到有效抑制。 3.准则A)电位测量平台表面与接触海水的银-氯化银（20.cm 海水)参比电极（Ag/AgCl/SW)之间测出的负电位差至少应为-0.80V)。通常平台表面的阴极电位是在施加保护电流时测得的，规定的包含了电流通过钢/水界面的电压降，但不含在水中的电压降。施加保护电流时，负（阴极)电位最小偏移量为300mV。与海水接触的平台表面 电位偏移量可由参比电极测出。此量包括电流通过钢/水界面的电压降，但不包含水中的电压降。B)外观检查
15、为保证平台的使用寿命，对整个平台的各种外观检查方法所获结果均应表明腐蚀进展没有超过平台使用寿命允许的限度。4.可供选择的参比电极 下面列出的其他类型的参比电极可取代Ag/AgCl/SW参比电极，它们的电位等同于对Ag/AgCl/SW参比电极的电位。饱和铜硫酸铜（CSE)参比电极：（用于保护时可更负）高纯锌参比电极：电位为（用于保护时可稍低于）。饱和甘汞电极（SCE饱和KCL）：（用于保护时可更负）。锌参比电极：电位为（用于保护时可稍低于）。Ag/AgCl（饱和KCL)：（用于保护时可更负）。二、阴极保护系统的设计1.阴极保护系统设计的要点遵循选用的阴极保护准则，确定出设施设计寿命期间保护平台所
16、需的足够电流和良好的电流分布。尽量减少所用阴极保护系统对邻近管道和金属结构的影响。使阳极系统的设计寿命与被保护平台的设计寿命相匹配。应将阴极保护系统的所有组件放在受干扰或被破坏可能性最小的地方。2.阴极保护系统类型。A)牺牲阳极系统牺牲阳极可以是镁、锌、铝等活泼金属的合金，这些合金采用不同形状和大小以最佳的电流分布形式为平台提供电流保护。阳极块与平台连接方法应根据阳极块的类型来确定，在阳极块使用寿命期间必须保持低的接触电阻。海水中牺牲阳极的性能主要取决于合金成分。镁阳极非常活泼，可提供很大的电流输出。对于有涂层的结构，牺牲阳极的使用寿命较长。B)外加电流系统 外加电流系统阳极材料包括铅-银合金
17、、各种基体上的铂阳极、混合金属氧化物、铅-铂、石墨电极等 。这些阳极应当通过绝缘导管连接到整流器或发电机等直流电源的接线柱，被保护的平台与直流电源的负极接线柱连接。C)牺牲阳极和外加电流系统的联合使用 联合阴极保护系统用于平台施工期间或外加电流系统尚未运行期间为平台提供保护。3.影响选择阴极保护系统类型的因素A)电流供给。B)系统整体的可靠性。牺牲阳极系统具有长期保护的可靠性。外加电流系统具有长期保护的功能。但对设计、安装和维修方面的要求比牺牲阳极系统高。留出安装余量，采用适当的设计安全系数，以及规划好整个使用期间的维护措施，能够提高外加电流保护系统的可靠性。C)保护电流总需求量。D)给定所需
18、电流后，牺牲阳极保护的可行性和阳极材料选择可按如下事项确定：电解质的电阻率。阳极对平台的电位。在安装，下水和运行过程中机械破坏的可能性。阳极材料的预计使用寿命。平台重量和结构限制。E)应充分考虑阴极保护系统在使用期间的经济性，合理评价不同方案的效果。牺牲阳极系统初始投资费用大，但几乎没有维修费用。外加电流阳极系统初始投资费用低，但整个寿命使用期间需要电力，且维修费用较高。4.决定阴极保护系统总电流的因素。A)整个全浸区面积 包括浸入水中的面积，泥线以下的面积，隔水套管数。B）水下构件预计要求的最小设计保护电流密度。开阔海区结构在典型水域中的阴极保护电流密度范围为：55430mA/ 泥线以下区域
19、的电流保护密度为：1030mA/ C)电流分布效率。使用较大数量，单个输出能力较低的阳极块可提高电流分布效率。在结构表面涂敷涂层，也可改善电流分布。外加电流阳极系统，使用较少数量的阳极产生的电流输出要比牺牲阳极大，降低了电流分布效率。这类阳极单个输出电流能力为30200A以上，这种较高的电流输出会对最近的构件表面产生过保护。为了补偿保护电流分布效率不足，需使用效率系数（取值通常为67%80%）。因此，阴极保护电流时总电流值的倍。总电流取决于表面积与选择的设计电流密度。5.决定阳极电流输出、使用寿命和效率的因素。从阳极表面流出给定的电流密度时，各种不同的阳极材料有不同的消耗率。因此，对给定的电流
20、输出，阳极寿命取决于阳极材料和阳极块重量。应将牺牲阳极和阳极系统设计成有足够大的裸露面积，在阳极系统寿命期间能产生所需保护电流。正确地设计牺牲阳极系统必须考虑平台对阳极的电位，相应的阳极电流输出和连接阳极导线电阻。牺牲阳极寿命公式：式中：L阳极寿命； W阳极净重量； E 阳极消耗率； u利用系数，取决于剩余阳极材料不能输出所需电流时所消耗的阳极材料质量。 I在寿命期间阳极平均电流输出值。 阳极的形状会影响阳极的利用系数，选用适当的长度、直径和钢芯直径可使阳极利用系数范围从至接近1。6.特殊问题。A)牺牲阳极需考虑的情况：阳极应置于结构上以确保节点焊缝尽早极化。节点焊缝的极化很重要。阳极钢芯在形状上必须与阳极重量和承受的其他作用力相匹配。设计上应使阳极芯与阳极体在使用寿命期间保持点连接的完整性。为安装较大尺寸的牺牲阳极，平台构件要加强。 并且使阳极与结构连接处的应力最小。对于较大类型的阳极，由于阳极材料和钢芯膨胀系数不同，在阳极浇铸冷却时会产生裂纹。裂纹集中时易引起阳极材料脱落。阳极紧贴钢表面安装时，阳极的表面或钢表面应涂敷涂层或绝缘层，以免阳极表面材料过早消耗。B)外加电流系统需考虑的情况：外加电流系统由于阳极用量较少，每个阳极发出的电流很大，丢失一块都严重影响系统性能。外加电流阳极的安装应尽量远离，但与电流大小成比例（最小距离一般为1.5m)。
