海洋平臺消防水管線柔性陶瓷內(nèi)涂技術(shù)的應(yīng)用

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(1.中國船級社青島分社，山東青島 266071；2.海洋石油工程股份有限公司檢驗公司，山東青島 266520)

由于海洋平臺消防水管線的工作介質(zhì)是海水，海水中含有大量的鹽和微生物，腐蝕性非常強，因此防止管線的內(nèi)壁的腐蝕對于延長消防水管線的使用壽命有著重要的意義。針對海洋平臺消防水管線的內(nèi)腐蝕問題，目前設(shè)計時一般從兩個方面考慮：①選擇耐腐蝕性能強的管材作為消防水管線，如銅鎳管、玻璃鋼管；②通過鋼質(zhì)管壁表面的涂敷技術(shù)防止管線的腐蝕，主要有熱浸鋅、內(nèi)涂等。銅鎳管造價昂貴,玻璃鋼管本身不能滿足《國際消防安全規(guī)則》(FFS)的耐火要求，且管材和粘結(jié)劑容易脆裂,熱浸鋅鋼管使用壽命短,內(nèi)涂塑技術(shù)對施工條件和工序要求苛刻、涂層偏薄。因此，迫切需要一種新的防腐技術(shù)來克服這些缺點，同時進一步提高消防水管線的耐腐蝕能力。一種采用柔性陶瓷涂料(CeRam-Kote 54)進行內(nèi)涂的技術(shù)成功應(yīng)用于某海上固定平臺消防水管線，目前該平臺消防水系統(tǒng)已完成調(diào)試。從實際施工和檢驗情況看，該技術(shù)在提高消防水管線內(nèi)表面物理性能和耐腐蝕能力方面有明顯優(yōu)勢。

1 關(guān)于柔性陶瓷涂料

1.1 性能介紹

柔性陶瓷CeRam-Kote 54是一種高性能陶瓷粉末填充涂料，是由無機超細陶瓷粉末和少量共聚樹脂，經(jīng)攪拌、均質(zhì)、混合等生產(chǎn)工藝，產(chǎn)生化學反應(yīng)，最終形成粘稠膏狀成品。CeRam-Kote54為雙組分涂料[1]，原料中添加了純度99.99%的超微細陶瓷粉末，增加了涂層的強度，充分發(fā)揮涂膜的流平及粘結(jié)性，使涂層具有很強的耐腐蝕性、柔韌性和耐沖擊性能。產(chǎn)品合成后其材料本身不會分解，涂膜結(jié)構(gòu)致密，能夠在被涂體表面形成封閉膜，有效隔絕大氣中的水分、游離酸、鹽分等腐蝕因素。對于海水及酸堿腐蝕有非常優(yōu)越的抵抗能力?？梢栽诔叵鹿袒?，便于現(xiàn)場施工。

1.2 主要優(yōu)勢

CeRam-Kote 54物理性能及測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 CeRam-Kote 54物理性能及測試數(shù)據(jù)

由表1可見，CeRam-Kote54主要優(yōu)勢在于其優(yōu)異的物理性能及耐腐蝕性能。它附著力強，是普通環(huán)氧涂料的3～4倍，拉拔法附著力測試超過10 MPa；半永久性防腐壽命，CASS鹽霧加速試驗6 000 h；抗沖擊性能優(yōu)異。該涂料成膜后表面光滑如瓷釉，致密耐磨，耐污自潔能力強；常溫噴涂，短時間可固化成膜，施工簡便易于操作。

1.3 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

CeRam-Kote54最初的開發(fā)是作為石油行業(yè)井下套管的內(nèi)涂涂料，問世至今應(yīng)用領(lǐng)域一直處在不斷開發(fā)的階段。目前廣泛應(yīng)用于石油化工、海洋、機械、航空、交通運輸、電力等很多領(lǐng)域。在國外最常用于船舶、海上建筑和堤壩閘門表面防護。另外，用于輸送管線不僅可以抗固體物料的磨蝕，還可以大大降低輸送阻力，方便了殘留物的清除。

1998年6月勝利油田從美國引進了該涂料及配套噴涂設(shè)備，用于海底管線的內(nèi)防腐[2]。近些年該涂料在勝利油田得到廣泛的應(yīng)用，先后應(yīng)用于采油防腐油管、鉆桿320 km，各種規(guī)格海底管線150 km[3]。國內(nèi)尚無公開文獻記載CeRam-Kote54用于海洋平臺消防水管線的內(nèi)防腐施工。

2 管線預(yù)制的要求

2.1 管線表面的要求及連接方式

管道焊縫應(yīng)進行打磨處理，并形成圓滑過渡；管道與法蘭連接部位應(yīng)避免直角連接，直角部位需處理成圓弧過渡，圓弧半徑不小于2 mm[4]。管線與管線的連接方式應(yīng)為法蘭連接，避免焊接損傷涂層，法蘭采用FF密封面形式。管道密封應(yīng)采用耐火墊片(如石墨波紋墊)，與銅鎳合金法蘭連接采用不銹鋼包覆PTFE墊片，不可采用金屬纏繞墊片密封方式。

2.2 管線預(yù)制長度的要求

1)直管段。長度3～8 m，兩端為法蘭連接方式或者其它非焊接方式，見圖1。

圖1 直管段的預(yù)制要求

2)直管加彎頭。直管段與彎頭焊接，彎頭另一端直接焊接法蘭，彎頭段延伸管道長度不超過1 m，見圖2。

圖2 直管加彎頭的預(yù)制要求

3)三通。直管段 3～8 m，支管段0.5～4.0 m，見圖3。

圖3 三通的預(yù)制要求

3 內(nèi)涂敷施工技術(shù)要求

3.1 一般要求

管道內(nèi)防腐層的涂敷施工應(yīng)使用無氣噴涂工藝或離心式涂敷工藝。鋼管內(nèi)防腐層涂敷施工時，應(yīng)在涂料生產(chǎn)商推薦的涂敷溫度范圍內(nèi)對涂料、鋼管及管件進行預(yù)熱，施工環(huán)境溫度宜控制在10～30 ℃[5]。在相對濕度高于85%和鋼材表面溫度不高于露點3 ℃以上時，不能進行噴射清理和涂裝施工。嚴禁在雨、雪、霧及風沙等氣候條件下露天作業(yè)。

管道內(nèi)涂敷施工流程：管道內(nèi)表面檢查→噴砂處理→檢測→噴涂→表面干燥→固化→檢測→完工。

3.2 管線內(nèi)表面的處理

1)管道內(nèi)表面處理前鋼管及管件內(nèi)表面不應(yīng)有焊渣、油脂、泥土等雜質(zhì)；焊縫表面應(yīng)打磨清除焊瘤、毛刺等；表面處理過程中，鋼管表面溫度應(yīng)高于露點3 ℃以上，如鋼管內(nèi)壁潮濕，可采用熱吹風或其它不會使管道變形的加熱方法進行烘干。

2)鋼管及管件內(nèi)表面的處理應(yīng)采用噴砂或拋丸除銹達Sa2.5級[6]，使表面粗糙度達到40～75 μm[7]。

3)鋼管及管件內(nèi)表面經(jīng)噴砂或拋丸除銹后，應(yīng)用清潔、干燥的壓縮空氣將鋼管及管件內(nèi)部的灰塵和磨料等清除干凈，表面灰塵等級不應(yīng)該超過3 級[8]。

4)表面處理合格后應(yīng)在8 h內(nèi)進行涂敷施工。表面處理后至噴涂前不應(yīng)出現(xiàn)浮銹，當出現(xiàn)返銹或表面污染情況時，必須重新進行表面處理以達到表面潔凈度要求。

3.3 涂料的準備

涂料開桶前，應(yīng)先將容器晃動一陣，然后開桶攪拌均勻。涂料配制時應(yīng)按照涂料生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品說明書中配比、工藝要求、施工條件和環(huán)境溫度要求進行配制。一般情況下涂料不需要稀釋，但特殊情況下可以用丙酮、丁酮或99%的異丙酮進行稀釋，加入量不得超過涂料說明書中的規(guī)定。

3.4 管道內(nèi)涂敷的施工

采用高壓無氣噴涂，配合管道內(nèi)壁專用噴涂設(shè)備勻速行走，涂料供給應(yīng)保證霧化良好，焊縫及彎頭位置應(yīng)進行預(yù)噴涂。根據(jù)厚度要求進行2～4次噴涂，涂層應(yīng)平整、無流掛、無劃痕。如果各層涂敷間隔時間超過了規(guī)定要求，則應(yīng)按照涂料生產(chǎn)商推薦的方法進行處理。涂覆過程中，應(yīng)對濕膜厚度進行檢測。防腐層固化應(yīng)按涂料生產(chǎn)商推薦的固化方法測驗固化時間進行。法蘭面需要進行噴涂，因采用金屬纏繞墊片密封，噴涂100～200 μm涂層。

在常溫25 ℃自然固化，通常低溫可減緩固化，高溫可加速固化。待涂層完全固化后才可以搬運和使用，特別是在高負荷、重腐蝕等惡劣環(huán)境時，應(yīng)放置5～7 d。

4 檢驗要求

柔性陶瓷涂料內(nèi)防腐管的檢驗項目應(yīng)包括涂敷前的除銹、粗糙度、清潔度檢驗，涂層外觀檢驗，涂層厚度檢驗，漏點檢測及附著力的檢驗。

4.1 涂敷前的檢驗

鋼管或管件內(nèi)表面處理后，應(yīng)采用標準版[6]逐根進行目視比較，表面除銹質(zhì)量應(yīng)達到Sa2.5級的要求；采用粗糙度測量儀或粗糙度測試紙測量，表面粗糙度應(yīng)達到40～75 μm；鋼管表面灰塵等級不應(yīng)超過3 級[8]。

4.2 涂層外觀檢查

應(yīng)目測或用內(nèi)窺鏡逐根檢查涂層外觀質(zhì)量，其表面應(yīng)平整、光滑、無氣泡、流掛等外觀缺陷。如涂層有漏點、漏涂等缺陷時應(yīng)進行修補。先對缺陷部位進行清理，涂層搭接處應(yīng)采用打磨等方式進行處理。采用噴涂或刷涂的方法進行修補均可，具體視需要修補的位置和面積而定，修補所用涂料應(yīng)與原用涂料一致。

4.3 涂層厚度檢驗

涂層實干后，應(yīng)采用測厚儀在距管口大于150 mm位置沿圓周方向均勻分布的任意4 點上測量厚度，每根管分別測兩端，結(jié)果應(yīng)符合規(guī)定[9]。若管徑太小，探頭伸不到管內(nèi)150 mm 以上時，可在端部測量。膜厚達到規(guī)定最小厚度(400 μm)的94%以上時為合格，否則應(yīng)對不合格部位重新涂敷、檢查。

4.4 涂層漏點檢測

涂層漏點檢測常用的方法主要有兩種：低壓檢漏法(又稱濕海綿法)、電火花檢漏法。

1)低壓檢漏法。使用直流電壓低于100 V的檢漏儀[10]，該裝置主要由被導(dǎo)電液體浸濕的海綿電極、音頻信號發(fā)生器以及連接管壁的地線組成。低壓檢漏法多用于過程中的檢驗。

2)電火花檢漏法。使用直流電壓在900～20 000 V的檢漏儀，該裝置主要由銅絲刷或其它導(dǎo)電材料組成的探測電極、音頻信號發(fā)生器以及連接管壁的地線組成。涂層固化后，宜采用電火花檢測法進行檢測，以無漏點為合格。不過要特別注意電壓的調(diào)節(jié)，避免涂層擊穿的損傷。

4.5 涂層附著力的檢驗

附著力檢驗只針對工藝評定用的試板或單批次的抽檢。附著力要求大于10 MPa[11]，不合格的涂層或缺陷不宜修補的涂層必須進行重涂。重涂時應(yīng)將原涂層清除干凈，然后重新進行除銹處理，并重新涂敷。

5 難點、要點及建議

1)消防水管線在內(nèi)涂之前必須保證外觀及探傷檢驗合格，同時在車間已完成水壓試驗，焊道無滲漏。管線上的焊接件(如管鞋)必須在內(nèi)涂施工前完成，內(nèi)涂完成后不應(yīng)再對管線進行焊接作業(yè)。

2)CeRam-Kote54涂料對噴涂配套設(shè)備及施工人員的水平要求都比較高，應(yīng)提前做好設(shè)備調(diào)試和人員的培訓。否則流掛及厚度不均的情況會比較常見，后期處理和修補的工作量可能會比較大。

3)經(jīng)過多批次的涂層厚度檢驗和漏點檢測發(fā)現(xiàn)，彎頭處、焊縫表面最容易出現(xiàn)厚度偏小及漏點的問題。大面積修補采用噴涂，小面積或設(shè)備難以使用的位置修補采用人工刷涂的方式。不過修補后的涂層厚度往往偏高，且容易出現(xiàn)厚度不均的情況，因此必須對施工人員加強培訓，嚴格按照修補程序施工。

4)CeRam-Kote 54涂料與環(huán)氧粉末等其它一般涂料相比價格稍高，一次性投資大，希望國內(nèi)能盡快開發(fā)出類似性能且質(zhì)量穩(wěn)定的涂料，以降低成本。

[1] 曾 梅.柔性陶瓷耐蝕抗磨涂料[J].腐蝕與防腐,2000,21(9):428-429.

[2] 金家仁,高兆鑫,于志鑫.塞克54柔性陶瓷涂料及其應(yīng)用[J].石油工程建設(shè),1999(5):11-13.

[3] 屈金松.高性能液體環(huán)氧樹脂：柔性陶瓷涂料的性能與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012(1):31-32.

[4] STANDARDS NORWAY.NORSOK STANDARD M-501 Surface preparation and protective coating[S],2004.

[5] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.HG/T 4077-2009 防腐蝕涂層涂裝技術(shù)規(guī)范[S].北京:化學工業(yè)出版社,2009.

[6] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 8923.1-2011 涂裝涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定:第1部分[S].北京:中國標準出版社,2011.

[7] 龐啟財.防腐蝕涂料涂裝和質(zhì)量控制[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.

[8] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 18570.3-2005 涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的評定試驗[S].北京:中國標準出版社,2005.

[9] 國家能源局.SY/T 0442-2010 鋼制管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)防腐層技術(shù)標準[S].北京：石油工業(yè)出版社,2010.

[10] 國家石油和化學工業(yè)局.SY/T 0063-1999 管道防腐層檢漏試驗方法[S].北京：石油工業(yè)出版社,1999.

[11] ASTM.ASTM D4541-09 Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers[S].Pennsylvania: ASTM International,2009.