海洋鉆井平臺(tái)防腐技術(shù)的研究

王 健

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300450）

0 引言

隨著地球資源的消耗，海洋無限寶藏的聚寶盆必將成為時(shí)代的新寵。21 世紀(jì)是海洋的世紀(jì)。然而，由于海洋的特殊環(huán)境，海上平臺(tái)的腐蝕是一個(gè)巨大的問題。因此，將介紹長期防腐材料和防腐技術(shù)的幾個(gè)特點(diǎn)，并討論新型防腐技術(shù)的應(yīng)用。

1 管道被腐蝕的分類及機(jī)理

（1）涂層被可溶性鹽所破壞。涂層的穩(wěn)定性是不與腐蝕性材料發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)的能力，但目前所有涂層都不是100%保護(hù)的，特別是在可溶性鹽的作用下。濕度是海洋環(huán)境最重要的特征，很容易對(duì)后續(xù)噴霧造成損害。

（2）管道被H2S 所腐蝕。腐蝕機(jī)理有2 個(gè)：①電化學(xué)失重腐蝕（圖1）；②應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是指氫原子積聚在鋼表面的凹陷處，在一定條件下與H2結(jié)合，致使缺陷處的壓力增加，導(dǎo)致鋼變脆，產(chǎn)生裂縫和裂縫。

（3）海洋大氣條件的腐蝕。海洋的氣氛很特別，無論大氣腐蝕還是海水腐蝕，兩者都加速海上平臺(tái)腐蝕速率的電化學(xué)腐蝕的條件。

圖1 管道腐蝕原理

（4）海洋平臺(tái)飛濺區(qū)的腐蝕。在波浪與潮汐的作用下，飛濺區(qū)域的海水與空氣完全接觸，氧氣含量增加，濕潤部分長時(shí)間暴露在陽光下。鋼表面上的電解質(zhì)濃度增加并且可能發(fā)生電化學(xué)腐蝕。飛濺區(qū)域通常受富氧噴霧的影響，這通常會(huì)導(dǎo)致保護(hù)層脫落并加劇腐蝕。

（5）潮差區(qū)的腐蝕。潮汐區(qū)一年四季都處于潮汐運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這導(dǎo)致涂層的大面積脫落和破裂，更是加劇了腐蝕。

（6）海水全浸區(qū)的腐蝕這導(dǎo)致涂層的大面積脫落和破裂，這也是進(jìn)一步加劇了腐蝕。

（7）海泥區(qū)的腐蝕。完全沉沒的海水區(qū)域的腐蝕與溶解氧、鹽度、溫度等密切相關(guān)。其中，表面完全浸沒區(qū)域氧含量最高、腐蝕最嚴(yán)重。

2 管理措施

2.1 涂料涂裝防腐

如果發(fā)現(xiàn)噴砂不方便，用手工刮刀手動(dòng)除銹，然后用壓縮空氣清潔表面，最后涂上保護(hù)底漆。這樣可以使涂層更高質(zhì)量地完成，并降低腐蝕的可能性。

2.2 設(shè)備的防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（1）避免間隙的產(chǎn)生。海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)的建設(shè)將不可避免地存在差距。腐蝕后經(jīng)常發(fā)生應(yīng)力腐蝕和點(diǎn)腐蝕，進(jìn)一步損壞設(shè)備。避免裂縫和引起腐蝕的方法是使用良好的設(shè)計(jì)和施工方法，并使用焊點(diǎn)來解決源頭的間隙問題。

本項(xiàng)目組在此次實(shí)踐過程中也發(fā)現(xiàn)了新的亟待解決的問題，例如怎樣提升藥品集中配送過程中的藥品查對(duì)準(zhǔn)確性、怎樣減少藥品在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的破損以提高藥品配送的質(zhì)量。

（2）避免死角的出現(xiàn)。如果海上平臺(tái)施工設(shè)備的死區(qū)中存在液體殘留物并且未及時(shí)清潔，則這些液體在高強(qiáng)度陽光和海洋中高鹽霧濃度下極易發(fā)生局部濃度。濃縮物進(jìn)一步導(dǎo)致腐蝕。應(yīng)盡快標(biāo)記并及時(shí)清理，以防止局部集中。

（3）建立預(yù)防性養(yǎng)護(hù)制度。發(fā)生嚴(yán)重腐蝕時(shí)，應(yīng)通知相關(guān)負(fù)責(zé)人員進(jìn)行審查和及時(shí)修復(fù)。應(yīng)建立備用備件倉庫，存儲(chǔ)可用于更換的備件，以確保維護(hù)和早期檢測(cè)腐蝕部件能夠及早更換。

3 新型防腐技術(shù)

3.1 新型防腐涂料

3.1.1 高固體分、無溶劑防腐涂料

聚天冬氨酸樹脂聚脲涂料具有高固含量、低VOC（Volatile Organic Compounds，揮發(fā)性有機(jī)化合物）以及不錯(cuò)的耐腐蝕性與耐候性。

3.1.2 石墨烯防腐涂料

石墨烯相對(duì)于其他的材料來說是一種最薄，最硬的納米材料，有非常穩(wěn)定的混合結(jié)構(gòu)和非常不錯(cuò)的阻隔性能。涂層中的石墨烯形成致密的屏障，具有合理的屏蔽效果（圖2）。

3.2 熱噴鋁技術(shù)

熱噴涂技術(shù)是一種表面處理技術(shù)，它使用諸如氣體、激光和電弧之類的材料將碳化物、金屬和合金的材料加熱到半熔融或熔融狀態(tài)。

圖2 石墨烯防腐涂料“迷宮效應(yīng)”示意

加工過程：采用獨(dú)特的冶煉工藝制備了多組分鋅鋁合金，冶煉后連續(xù)澆鑄多組分鋅鋁合金鑄錠。然后使用350～500 t 擠出機(jī)在（380～420）℃下熱擠壓該材料，并 使該材料通過圓形模頭以形成直徑為（4.5～8）μm 的線材。將鋼絲在真空退火爐中在（180～280）℃下退火（1.5～3.0）h 以進(jìn)行拉伸。重復(fù)上述退火和拉伸步驟，直至產(chǎn)生（1.5～4.0）mm 的線。

3.2.1 金屬涂層

金屬涂層方法技術(shù)主要采用噴涂各種金屬的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋平臺(tái)的保護(hù)。該技術(shù)起源于20 世紀(jì)初，逐漸發(fā)展成為一種熱噴涂鋁防腐技術(shù)，以等離子和火焰為原料將金屬加熱至半熔化狀態(tài)。它可以有效隔離各種腐蝕性物質(zhì)，保護(hù)海上平臺(tái)。另外，可以將一層樹脂施加到海上平臺(tái)的表面上以形成雙層復(fù)合涂層，以增強(qiáng)海上平臺(tái)的抗腐蝕能力。

3.2.2 技術(shù)要求

海洋平臺(tái)防腐中的熱噴鋁防腐技術(shù)主要需要采取以下步驟：首先，預(yù)處理海上平臺(tái)的表面；其次，海上平臺(tái)的表面應(yīng)采用熱噴鋁處理；第三，將樹脂等材料應(yīng)用于海上平臺(tái)的表面；第四，海洋平臺(tái)受到二次涂抹。當(dāng)鋁線進(jìn)入熔融狀態(tài)時(shí)，它可以噴涂在海上平臺(tái)上，厚約（85～100）μm，而且還能增強(qiáng)其金屬吸附能力。

3.2.3 優(yōu)點(diǎn)

作為海洋平臺(tái)最好的防腐底漆，與其他防腐技術(shù)相比，熱噴涂鋁防腐技術(shù)可以有效保護(hù)海上平臺(tái)，具有高性價(jià)比和高穩(wěn)定性，有效降低海上平臺(tái)日常工作和維護(hù)的成本。

3.3 環(huán)保型Al—Zn—Si 水溶性涂料

這種新材料是一種新的鋁鋅基合金，由微米級(jí)粉末和稀釋劑、固化劑和納米增強(qiáng)劑組成，形成水溶性合金涂層，適用于大氣降雨、高溫、咸霧、強(qiáng)風(fēng)等海洋腐蝕環(huán)境。其關(guān)鍵技術(shù)有：①稀土鋁鋅硅粉的制備方法；②制取鉻酸鹽取代劑。

4 結(jié)束語

隨著中國海洋油氣資源的不斷發(fā)展，海洋平臺(tái)的不斷設(shè)計(jì)和建設(shè)，每年海上平臺(tái)的腐蝕問題都會(huì)造成大量的損失。目前海洋平臺(tái)腐蝕現(xiàn)狀對(duì)石油工業(yè)的發(fā)展極為不利。正因?yàn)槿绱?，海上平臺(tái)的防腐已成為海上石油項(xiàng)目的重中之重了。因此，必須不斷研究海洋平臺(tái)的新型防腐技術(shù)，以確保海上平臺(tái)的安全，促進(jìn)國家海洋油氣資源的開發(fā)。