南海深水油氣田浮式生產(chǎn)設(shè)施防護涂層施工及檢驗

劉 存， 張有慧， 劉俊斐， 萬秀林， 王瑞平

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

0 引 言

我國南海油氣資源極其豐富，石油地質(zhì)儲量在230～300億噸之間，70%蘊藏于深海，但深水區(qū)域特色的自然環(huán)境和復(fù)雜的油氣儲藏條件決定了深水油氣勘探開發(fā)具有高投入、高回報、高技術(shù)、高風(fēng)險的特點[1]。深水油氣資源開發(fā)多采用SEMI FPU+水下生產(chǎn)系統(tǒng)或“海底工廠”+外輸管線聯(lián)合模式、FPSO+水下井口聯(lián)合開發(fā)模式、TLP(或SPAR)+水下井口+外輸管線開發(fā)模式等。深水油氣開采設(shè)施結(jié)構(gòu)復(fù)雜、服役壽命長、防腐要求高、涂層維護難度大。

國際海事組織海上安全委員會相關(guān)決議內(nèi)容——保護涂層性能標準(IMO PSPC)規(guī)定的涂層性能要求通常基于涂層達到15年的目標使用壽命，而半潛浮式生產(chǎn)平臺一般目標使用壽命設(shè)計為25～30年，對涂層系統(tǒng)保護性能要求更為苛刻。涂層系統(tǒng)達到其目標使用壽命取決于涂層系統(tǒng)設(shè)計、表面處理、涂裝施工質(zhì)量，以及涂層檢查及維護等。

1 涂裝施工及檢驗

1.1 一次表面處理與車間底漆

鋼材運抵建造場地，在使用之前一般會存儲一段時間，受存放條件制約，暴露在露天環(huán)境下，因雨雪、凝露、鹽霧離子等腐蝕因素，造成鋼材發(fā)生腐蝕。特別工程上俗稱“麻點”的點蝕，“麻點”板導(dǎo)致鋼板理論可用厚度減薄，嚴重時導(dǎo)致鋼板降級使用。筆者所在建造場地就曾發(fā)生過70 mm厚板，存放過程中因點蝕原因?qū)е掳宀膶嶋H使用厚度不滿足圖紙要求，不得以重新采辦新板替換的案例。所以鋼材進廠后，在加工以前對鋼材的原材料先進行處理，除去表面的氧化皮和銹蝕，達到除銹標準后涂上臨時保護車間底漆，以確保鋼材在加工制造構(gòu)件過程中不會再繼續(xù)腐蝕，這一階段的鋼板處理稱為鋼材的表面預(yù)處理或一次表面處理，其優(yōu)點是施工方便、保證涂裝質(zhì)量、節(jié)約人力財力、縮短后期涂裝的施工周期。

一次表面處理通常采用自動化生產(chǎn)線對鋼板或型鋼進行自動噴砂處理，噴涂預(yù)處理車間底漆。采用鋼丸作為噴砂磨料，表面處理后粗糙度等級達到近Sa 2.5等級，表面處理殘余可溶性鹽等效NaCl含量≤5 μg/cm2。預(yù)處理階段使用的車間底漆對板拼板作業(yè)、結(jié)構(gòu)分段組立等各階段焊接效率影響較大，應(yīng)選用可焊接性車間底漆，且漆膜厚度應(yīng)控制在10～30 μm之間。

1.2 二次表面處理

表面處理另一個階段則是在鋼材加工成工件后合攏成整體時，要進行涂裝所做的鋼材表面處理，稱為“二次表面處理”。表面處理的目的主要如下： ①結(jié)構(gòu)處理——對于底材本身必須進行一定的處理，如銳邊的打磨、側(cè)角的磨圓、飛濺的去除、焊孔的補焊和磨平，這些問題對于涂層的完整性，附著力有很大影響，所以必須在除銹前進行處理。②表面清理——除去表面上對涂料有損害的物質(zhì)，特別是氧化皮、鐵銹、可溶性鹽、油脂、水分等，如果表面處理不徹底，殘留雜質(zhì)污物將影響涂層的保護效果。③表面粗糙度——表面粗糙度增大了對涂層接觸表面，并有機械接合作用，提高涂層對底材附著力，但粗糙度不能過大，否則在波峰處往往會引起油漆膜度不足，引起早期點蝕，而且在較深的凹坑里截留氣泡，成為涂層鼓泡根源。

對于車間底漆的存留，普通船舶建造涂裝參照國際海事組織IMO-PSPC MSC.215—2006《所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護涂層性能標準》的相關(guān)規(guī)定要求進行，完好部位車間底漆可保留作為整個涂層系統(tǒng)的一部分，降低了二次表面處理等級的要求。但是，SEMI FPU防腐涂裝要求高，預(yù)處理底漆一般僅作為鋼材表面臨時保護，在二次表面處理時，所有鋼材表面的預(yù)處理底漆都應(yīng)100%去除，重新噴砂處理至Sa 2.5等級；表面粗糙度介于50～80 μm；清潔度一般要求至少達到標準ISO 8502-3-2017[2]規(guī)定的2級。噴砂處理后在第一道油漆施工前，碳鋼結(jié)構(gòu)表面可接受的水溶性鹽份最大值一般不超過3 μg/cm2。檢測水溶性鹽份度，一般按照標準ISO 8502-6-2006[3]相關(guān)規(guī)定從基材表面提取污染物，并按照標準ISO 8502-9-2015[4]相關(guān)規(guī)定對水溶性鹽進行定量檢測。

1.3 涂裝前準備

涂裝施工前，應(yīng)對油漆進行充分的混合攪拌，確保多組分油漆按配比混合。有的雙組份涂料必須按說明書的要求進行熟化；熟化可以避免涂料“移滑”。海洋工程領(lǐng)域主流油漆品牌多采用雙組份油漆配套，一套油漆分基料桶和固化劑桶成套供貨，攪拌時只要將固化劑倒入基料桶進行充分混合、攪拌即可。

一般不推薦在油漆中添加稀釋劑，若需要只能使用涂料供應(yīng)商指定的稀釋劑，并嚴格按照涂料供應(yīng)商要求進行添加。稀釋劑添加過多易導(dǎo)致涂層流掛、氣孔等漆病，影響涂層質(zhì)量。

涂裝施工時，應(yīng)保證待涂鋼板表面溫度不低于露點以上3℃，空氣相對濕度不大于85%或涂料供應(yīng)商的推薦值，施工環(huán)境溫度一般不低于10℃，鋼板溫度不高于45℃。環(huán)境條件應(yīng)按照標準ISO 8502-4-2017[5]定期監(jiān)測。

1.4 船級社的驗證和審核

在正式涂裝施工之前業(yè)主和船級社需要提前審核涂裝施工程序、三方檢驗協(xié)議、海水壓載艙涂裝施工程序、淡水艙洗艙泡艙方案等關(guān)鍵涂層技術(shù)文件。完工階段還需要提供海水壓載艙涂層技術(shù)文件(PSPC CTF)等文件，以及完善三方檢驗協(xié)議，供業(yè)主和船級社審查，備入級和簽發(fā)船機證書使用。

在審查PSPC CTF文件之前，業(yè)主和船級社會核查油漆產(chǎn)品說明書和關(guān)鍵涂層系統(tǒng)配套符合證明或認可證書符合相關(guān)規(guī)范要求；審查涂層檢驗員的資格；核查檢驗員關(guān)于表面處理和涂層涂裝的報告；對檢驗員使用三方檢查協(xié)議中所述的設(shè)備、技術(shù)和報告方法的情況進行檢查。涂裝施工前，業(yè)主、建造方和涂料生產(chǎn)商就表面處理和涂裝過程的檢查協(xié)商一致后達成一個協(xié)議，該協(xié)議由建造方提交船級社審查[6]。

在涂裝施工階段，業(yè)主涂裝檢驗代表、船級社檢驗代表，在三方檢查協(xié)議規(guī)定各檢查點參與或監(jiān)督涂裝質(zhì)量檢測。

1.5 涂裝施工

預(yù)涂是保證不易涂裝區(qū)域獲得良好涂層厚度的重要措施。構(gòu)件大面積噴涂前，必須進行預(yù)涂。預(yù)涂一般采用手工刷涂，個別情況采用噴涂。預(yù)涂部位包括型材反面、板材邊口、各種孔、粗糙的焊道、表面的凹凸不平、焊道裂縫、咬口、自由邊、扶梯和扶手、螺絲和螺栓、結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以噴涂的部位。預(yù)涂油漆應(yīng)使用與前道油漆有對比顏色的油漆。

為獲得規(guī)定的名義干膜厚度(NDFT)，噴涂過程中應(yīng)隨時用濕膜測厚儀測試濕膜厚度(WFT)，然后根據(jù)濕膜厚度進行調(diào)整，以確保達到規(guī)定的干膜厚度。SEMI FPU專用海水壓載艙和貨油艙油漆干膜厚度(DFT)測量需按照IMO PSPC標準要求執(zhí)行90/10規(guī)則；其他部位一般遵循80/20規(guī)則，并按照ISO 2808-2019[7]和ISO 19840-2012[8]標準執(zhí)行。各部位的DFT最大值參照涂料供應(yīng)商的推薦。

涂料與基底、各涂層之間應(yīng)具有良好的附著力，這是保證涂層防腐性能的重要保障。當涂層NDFT超過150 μm須按照ASTM D4541-2017[9]標準采用拉拔試驗儀檢測拉力要求： 富鋅底漆涂層體系≥5 MPa(725 psi)；非富鋅底漆涂層體系≥7 MPa(1 015 psi)；液艙涂層或罐內(nèi)襯體系≥10 MPa(1 450 psi)；當涂層NDFT不高于150 μm時，須按照ISO 2409-2013[10]交叉切割附著力試驗檢測結(jié)果要求為0級。

1.6 淡水艙特涂及洗艙泡艙

淡水艙涂料不僅要保護鋼質(zhì)水艙不受腐蝕，還要保證水的質(zhì)量。因此該涂料要有很好的耐水性和耐化學(xué)品性，不因漂白粉和其他消毒劑的作用而導(dǎo)致漆膜破壞，也不能使水產(chǎn)生異味，更不能使有毒物質(zhì)滲透到水中，一般采用無溶劑類型涂料。飲用水艙無溶劑環(huán)氧油漆，對施工溫度、通風(fēng)等要求高。同時，該類型油漆硬度高，修補困難，若修補不好極易產(chǎn)生針孔等缺陷，易造成水質(zhì)污染。

當溫度低于10℃，無溶劑環(huán)氧漆中固化劑與空氣不能發(fā)生反應(yīng)，不能固化成膜時，易產(chǎn)生流掛和胺分解，胺與空氣中的二氧化碳和水汽發(fā)生反應(yīng)，在其表面形成白色物質(zhì)；致使漆膜發(fā)黏，繼續(xù)施工下一道油漆將導(dǎo)致涂層附著力降低。當基材溫度過高時，漆膜中的溶劑或空氣釋放會形成氣泡并爆裂，濕膜來不及自流平形成連續(xù)漆膜，將造成縮孔。因此，涂裝施工時鋼板的溫度需控制在10～40℃之間；油漆固化過程中艙板及艙室環(huán)境溫度需維持在10℃以上，持續(xù)半個月時間；艙室空氣相對濕度也應(yīng)控制在55%以下。

飲用淡水艙油漆完全固化后需進行洗艙泡艙作業(yè)，確保艙內(nèi)涂層不會對盛裝的淡水符合地方法規(guī)產(chǎn)生影響后，方可交付使用。

2 涂層缺陷修補及維保檢驗

2.1 涂層缺陷修補

涂層缺陷的修復(fù)伴隨建造施工全過程，鋼基材涂層缺陷修補采用原涂裝系統(tǒng)進行修復(fù)。熱浸鍍鋅構(gòu)件因施工過程中由切割、焊接、機械磕碰等造成的破壞，應(yīng)盡可能返廠重新浸鍍。小面積熱浸鍍鋅層損壞若無法重新浸鍍修復(fù)，可按照標準ASTM A780-2015[11]相關(guān)推薦做法進行修補，優(yōu)先推薦采用熱噴涂鋅修補，其次采用油漆修補。

油艙、化學(xué)品艙內(nèi)部防腐采用厚膜型酚醛環(huán)氧漆，漆膜致密、腳鏈密度高、耐高溫、耐化學(xué)品性能極佳。但酚醛環(huán)氧類油漆產(chǎn)品的固化反應(yīng)對環(huán)境溫度、通風(fēng)等要求較高。若固化時的溫度低于10℃，環(huán)氧基與氨基的反應(yīng)受到影響，漆膜無法正常固化的風(fēng)險極大。所以該類型產(chǎn)品通常都要求干燥溫度在10℃以上，施工完畢后保持溫度、通風(fēng)、連續(xù)干燥至少192小時，保證產(chǎn)品的初期固化性能良好。當固化不充分時，其固化劑中的小分子胺容易游離至漆膜表面，繼而與空氣中CO2和水反應(yīng)，形成銨鹽，即胺析出現(xiàn)象。胺析出會影響涂層間的附著力，及漆膜分身的性能。

酚醛環(huán)氧低溫施工、固化后涂層表現(xiàn)出結(jié)合力不足、分層、脫落等現(xiàn)象，表明已經(jīng)發(fā)生胺析出現(xiàn)象，需要進行重新噴砂處理，按施工程序要求重新涂裝施工。

2.2 涂層維保檢驗

油漆質(zhì)保一般包含油漆質(zhì)量質(zhì)保和施工質(zhì)量質(zhì)保2個方面，一般由項目建造方聯(lián)合油漆制造商一同提供聯(lián)合質(zhì)保。油漆制造商應(yīng)保證所有關(guān)鍵油漆系統(tǒng)的性能在一般條件和數(shù)據(jù)規(guī)范規(guī)定的保證期內(nèi)保持令人滿意。而建造方涂裝施工過程各環(huán)節(jié)都由油漆商技術(shù)服務(wù)支持人員全程指導(dǎo)，并簽署報檢單，證明施工過程符合要求。所以，如果油漆在質(zhì)保期內(nèi)出現(xiàn)缺陷，油漆制造商應(yīng)免費采取任何必要的補救行動。油漆商應(yīng)按照與建造方、業(yè)主之間的合同規(guī)定，支付油漆失效或缺陷區(qū)域的修理、更換和全部重涂油漆費用。

銹蝕程度依據(jù)標準ISO 4628-3-2003[12]判定3年內(nèi)不超過Ri2級；之后2年銹蝕等級不超過Ri3級。10年之內(nèi)涂層因磨蝕或粉化造成的干膜厚度減薄量應(yīng)小于原涂層總膜厚的15%。油漆不得有任何缺陷，如側(cè)蝕、開裂、龜裂、起皺、任何尺寸的起泡、脫皮、剝落、層間脫層和任何其他可歸因于不正確的油漆配方和生產(chǎn)、油漆系統(tǒng)規(guī)范和/或油漆應(yīng)用的異?，F(xiàn)象。油漆招投標需油漆商同時提交一份涵蓋主要區(qū)域和關(guān)鍵區(qū)域油漆產(chǎn)品性能的擔保函。

3 結(jié) 語

(1) 預(yù)處理車間底漆的可焊接性是影響船板拼接作業(yè)、分片組立功效的關(guān)鍵。

(2) 表面處理質(zhì)量和施工環(huán)境影響涂層質(zhì)量，應(yīng)予以特別關(guān)注。

(3) 涂裝施工及檢驗過程應(yīng)嚴格遵照經(jīng)審核同意的程序方案，應(yīng)盡量減少涂層破損修補。