羊毛脂軟涂層在海洋平臺上的應用

朱曉宇，張 梁，盧 海

（中國船級社 青島分社，山東 青島 266034）

0 引言

結(jié)構(gòu)防腐蝕研究一直是海洋工程領域的熱點問題。海洋結(jié)構(gòu)物在全生命周期中，因為結(jié)構(gòu)腐蝕產(chǎn)生的運營成本一直居高不下。以一座自升式海洋鉆井平臺為例，通常情況下，超過15年的老齡海洋平臺在特檢期內(nèi)，其換板、換骨材重量可能高達數(shù)百甚至上千噸，對船東造成了巨大的經(jīng)濟負擔。為了降低成本、提高工作效率、減少資源浪費、節(jié)省人工勞動時間，國內(nèi)外多家研究機構(gòu)及科研人員就船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物全生命周期內(nèi)的防腐蝕問題進行研究。郭秀珍[1]闡述了羊毛脂防腐涂料的基本概念、應用環(huán)境等，為羊毛脂防腐涂料的應用等[2,3]分析當前我國海洋工程結(jié)構(gòu)腐蝕的現(xiàn)狀，提供了多種海洋工程結(jié)構(gòu)防腐蝕對策。任偉等[4]結(jié)合現(xiàn)場技術(shù)，剖析了海上風電設備的腐蝕機理，對我國海上風電結(jié)構(gòu)物防腐蝕方面存在的幾個主要問題提出了相應對策。葉宗豪等[5-8]結(jié)合新型生物技術(shù)和方法，研究新型金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕涂料，為結(jié)構(gòu)防腐蝕領域的發(fā)展指明了研究方向。

隨著我國海洋強國戰(zhàn)略的提出和海洋工程領域的進一步發(fā)展，多臺重要的海洋工程大型設備的使用年限甚至超過40年，這對海洋結(jié)構(gòu)物全生命周期內(nèi)的防腐蝕問題提出了更高的要求。因此，探索經(jīng)濟、高效、環(huán)保、健康的海洋結(jié)構(gòu)物防腐蝕方法至關(guān)重要。筆者通過現(xiàn)場檢驗發(fā)現(xiàn)，某些進口老舊平臺無人艙室內(nèi)部的羊毛脂軟涂層防腐性能優(yōu)良，性價比極高，但是目前新建船舶和海洋平臺已經(jīng)基本不使用防腐軟涂層?；诖爽F(xiàn)狀，本文從防腐軟涂層的基本概念、特點、規(guī)范法規(guī)、實際應用等方面出發(fā)，經(jīng)過實效分析與綜合考慮后，提出了相關(guān)建議，希望能為防腐軟涂層在國內(nèi)外海洋結(jié)構(gòu)物防腐蝕領域的應用和發(fā)展提供一定的幫助。

1 防腐軟涂層介紹

1.1 簡介

羊毛脂是常見的防腐軟涂層材料之一，表現(xiàn)為淡黃色或棕黃色的軟膏狀物；有黏性而滑膩；味道微弱而特異。在氯仿或乙醚中易溶，在熱乙醇中溶解，在水中不溶，但能與約2倍量的水混合。在生活中羊毛脂通常被用于化妝品制備、藥用軟膏基質(zhì)、乳化劑等。在工業(yè)上主要用于高級防銹油，工業(yè)用羊毛脂是由羊毛脂衍生物、石油烴和防銹顏料等組成的，作為一種永久性的軟涂層，船舶工業(yè)中主要用于除銹和涂漆不方便的艙室防腐，如船舶的尾艙、舵艙、雙層底艙、隔層艙及海洋石油平臺的海水壓載艙等處所，用作艙室長效防護。在20世紀80～90年代，羊毛脂曾廣泛應用于海洋平臺艙室結(jié)構(gòu)的內(nèi)部防腐，甚至國外近60%的平臺壓載艙、空艙等處所使用這種涂料，具有十分可觀的應用前景。

1.2 優(yōu)缺點分析

羊毛脂防腐涂料的優(yōu)點主要有：

1）防腐性能優(yōu)良。羊毛脂防腐涂料有著良好的水密性、氣密性，使得腐蝕介質(zhì)不易透過涂層滲入鋼板表面，從而防止海水、海洋大氣和工業(yè)大氣對鋼板的腐蝕。

2）預處理要求低。噴涂過程中，對鋼材表面要求低，不必打磨、噴砂或噴丸除銹，一般只要除去浮銹和大于25 mm的銹泡，用布沾煤油除去所有污物、積水和水珠即可涂裝。

3） 涂覆方便?？刹捎脟娡俊⑺⑼?、滾涂方式進行涂裝，涂裝后即可使用，不用等待晾干。

4）滲透性強。羊毛脂涂料對鐵銹有較強的滲透性，能使銹層脫落，使帶銹的鋼板表面重新露出金屬光澤，達到長期保護的效果。

5）勞動強度低。一次涂膜厚度為2 mm，涂層達到規(guī)定的厚度要求即可，不需要反復多次涂覆，可以大大減少勞動強度，節(jié)省資金，縮短生產(chǎn)周期。

6）安全健康。該涂料長效、無毒，沒有刺激性異味，施工時對人體健康無影響。

在20世紀90年代，羊毛脂涂層曾應用到在役的海上儲油平臺壓載艙，原本儲油平臺無涂層，為保護平臺的整體結(jié)構(gòu)，減小平臺結(jié)構(gòu)腐蝕，基于羊毛脂涂層“可帶銹噴涂”的特性對其進行應用，但是在涂裝之后出現(xiàn)了一些問題，具體為：

1）流掛、剝離脫落、沖刷脫落等現(xiàn)象比較明顯。與原油艙臨近的艙室以上現(xiàn)象格外嚴重；壓載艙受壓載水抽排沖刷的影響，整體防腐蝕效果較差，進水口附近難以起到長效防腐蝕作用。

2）溫度升高時，粘附力下降明顯。由表1羊毛脂性能測試結(jié)果可知，羊毛脂涂層大部分性能指標符合規(guī)范中防腐性能標準的要求，但在溫度升高后，其粘度顯著下降，下降幅度接近一半，導致其粘附力下降，由此造成部分艙室內(nèi)部防腐效果不理想的問題。

表1 羊毛脂性能測試表

3）由于羊毛脂有黏性而滑膩，因此檢驗過程中容易造成人員滑倒受傷，限制了其應用范圍。

4）由于羊毛脂軟涂層能與約2倍量的水混合，壓載艙中使用該涂層會導致無法滿足海上防止油污水要求，因此，壓載艙等艙室不再使用該防腐蝕方式。

2 標準要求

2006年，國際海事組織第82屆海上安全委員會召開[9]，會議通過了“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”。按照該標準之中規(guī)定的新的涂層合格試驗程序和合格要求，模擬壓載艙環(huán)境和冷凝艙環(huán)境，進行涂層性能合格檢驗。

為了有效地實施上述該標準[10]，中國船級社在結(jié)合國際船級社協(xié)會的有關(guān)文件和國內(nèi)工廠實際經(jīng)驗的基礎上，編制了《實施IMO“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”暫行指南2007》，其中對模擬壓載艙環(huán)境和冷凝艙環(huán)境，進行涂層性能合格檢驗的驗收標準如表2和表3所示，為國內(nèi)具體執(zhí)行IMO標準提供了實際指導。根據(jù)該標準的要求，海水壓載艙的防腐涂層應使用硬涂層，因此，羊毛脂防腐軟涂層已經(jīng)不再應用于海水壓載艙中，但在老齡平臺的空艙、雙層底艙、圍阱區(qū)/升降室等處所中，仍有部分應用。

表2 CCS指南中壓載艙涂層試驗的驗收標準

表3 CCS指南中冷凝艙涂層試驗的驗收標準

3 案例分析

我國早期引進的部分國外平臺均使用羊毛脂軟涂層進行艙室防腐，如現(xiàn)存的XX6號、XX7號、XX9號和XX1號平臺，在IMO決議生效后，對壓載艙進行硬涂層更換，保留了部分空艙、升降室的羊毛脂防腐軟涂層。根據(jù)資料顯示，某一特檢期內(nèi)，在對XX6號、XX7號、XX9號和XX1號平臺的壓載艙、升降室進行測厚時發(fā)現(xiàn)，升降室的艙壁和骨材的腐蝕量明顯較輕，大多在2%左右，明顯低于更換硬涂層的壓載艙和空艙。

以一座老齡平臺A為例，從表4和表5中可以看出，平臺A保持狀態(tài)好的壓載艙整體腐蝕量在1%～3%，狀態(tài)差的壓載艙整體腐蝕量達到4%～9.4%，空艙腐蝕量基本在3%～5%，平均腐蝕量為4%左右，局部腐蝕可能更大，但并未超過腐蝕極限，沒有到需要換板的程度。平臺A升降室不兼做壓載艙，常年處于空艙狀態(tài)。由于該平臺常年處于渤海灣作業(yè)，周圍環(huán)境溫度和升降室內(nèi)溫度均不超過50℃，內(nèi)部近觀檢查過程中未發(fā)現(xiàn)羊毛脂軟涂層出現(xiàn)明顯的流掛和剝離脫落現(xiàn)象。使用多年來，平臺所有方也未對升降室進行額外的防腐工作。升降室作為自升式平臺的重要受力結(jié)構(gòu)，良好的防腐狀態(tài)為平臺安全提供了保障。

表4 平臺A部分壓載艙測厚結(jié)果

表5 平臺A部分空艙測厚結(jié)果

對于在役平臺而言，由于設計或使用等因素，存在許多難以到達的艙室或狹窄空間，比如圍阱區(qū)升降室、樁靴（特別是干靴）、雙層底等。如果在建造階段未做好有效的防腐涂裝，隨著時間的發(fā)展，內(nèi)部腐蝕嚴重，需進行涂裝修補或重新涂裝。現(xiàn)常用涂層體系多是硬質(zhì)涂層，需經(jīng)過多道噴涂，而且常用的涂層修補對表面處理要求高，需將損壞區(qū)域的涂層清至裸金屬或通過打磨/拋砂清理至白級，并對邊緣進行羽化。在平臺涂層日常維護修補或是進塢檢修期間，難以達到涂裝要求的表面清潔度和干燥度，影響涂裝質(zhì)量，往往造成重復涂裝，增加修理和進塢時間、增加營運成本。特別是對干靴、升降室、雙層底等有限空間涂裝作業(yè)受限，作業(yè)難度大，施工時間長，其艙壁等作為重要的受力結(jié)構(gòu)，無法得到良好的防腐保護，為平臺的安全帶來風險。

從圖1可以看出，樁靴內(nèi)部空間狹小，外緣內(nèi)部高度不足1.5 m，甚至部分老舊平臺不足0.5 m，采用硬質(zhì)涂層局部涂裝修補打磨質(zhì)量差，噴砂成本高，多道涂裝工期長。而羊毛脂具有“帶銹涂料”的特性，對施涂金屬的表面處理要求低，不需噴砂，只要除去浮銹及松動的舊漆膜，擦去污物，積水和水珠，即可涂裝。而且羊毛脂涂料對鐵銹有較強的滲透性，能使銹層脫落，可以在日常和塢修正常除銹狀態(tài)下達到優(yōu)良的涂裝效果。不用作壓載艙的樁靴，特別是干靴的內(nèi)部環(huán)境與平臺A升降室相似，平均溫度不超過50℃，此時羊毛脂涂層不會出現(xiàn)流掛、脫落等現(xiàn)象，長期防腐效果優(yōu)異。

圖1 干靴結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

1）IMO決議中，明確指出了壓載艙等艙室應該使用硬涂層，但是對于船舶和海洋平臺的其它艙室等處所并未作明確規(guī)定，因此，在海洋結(jié)構(gòu)物的適當區(qū)域仍然可以使用軟涂層。

2）防腐軟涂層在空艙、升降室等處所效果較好，條件允許時可以繼續(xù)采用此方法進行結(jié)構(gòu)防腐。

3）防腐軟涂層受溫度影響較明顯，但在非高溫條件下性能優(yōu)異、防腐效果優(yōu)良，為在役移動平臺特定處所，如圍阱區(qū)/升降室、樁靴、雙層底等的結(jié)構(gòu)防腐提供了參考，也可將其應用在外側(cè)與海水接觸的無人且非機器處所內(nèi)部，以達到良好的防腐效果。

4）針對羊毛脂軟涂層有黏性而滑膩、極易造成人員滑倒事故的缺點，建議在艙室內(nèi)部加裝簡易通道以克服該缺點，并供施工和檢驗人員進出。

5）固定式平臺建成完工后，壽命期內(nèi)無法進行塢檢和塢修，硬涂層在某些部位效果欠佳。因此，可以探索將軟涂層與硬涂層結(jié)合使用的方法，有人區(qū)域、溫度較高區(qū)域，如梯道、機艙等使用硬涂層；無人區(qū)域、溫度較低區(qū)域、處所等，如樁腿和樁靴內(nèi)部、部分無人空艙等可以適當使用軟涂層，以達到良好的防腐效果，并降低施工成本。

6）建議結(jié)合工程實踐，探索防腐軟涂層在海洋風機、升壓站、漁業(yè)養(yǎng)殖設施、深海采礦船等新型海工結(jié)構(gòu)物上的應用。