大連港石化鋼樁復(fù)層礦脂包覆防腐（PTC）工程分析

＊蔣全通 翟曉凡 翁德洋 白天舒 楊萍 侯保榮*

（1.國家海洋腐蝕防護(hù)工程技術(shù)研究中心 中國科學(xué)院海洋研究所 山東 266071 2.三亞中科海洋研究院 中國科學(xué)院南海海洋研究所 海南 572024 3.青島迪恩特新材料科技有限公司 山東 266111 4.大連港石化有限公司 遼寧 116610）

1.浪花飛濺區(qū)鋼樁腐蝕狀況

海洋環(huán)境是較為苛刻的自然腐蝕環(huán)境。高溫、高濕、高鹽的海洋環(huán)境，會(huì)造成重大基礎(chǔ)設(shè)施材料和裝備的腐蝕，會(huì)造成海上構(gòu)筑物倒塌、港口碼頭破壞、國防裝備失效等嚴(yán)重事故，極大影響海洋工程裝備的服役安全。現(xiàn)階段，我國海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的防腐，在大氣區(qū)通常采用重防腐涂料，全浸區(qū)主要采用電化學(xué)陰極保護(hù)。而浪花飛濺區(qū)由于受海水周期性潤濕，長期處于干濕交替狀態(tài)，而且氧供應(yīng)充分，加上陽光、風(fēng)吹和海水環(huán)境的協(xié)同作用，腐蝕最為嚴(yán)重。目前應(yīng)用于浪花飛濺區(qū)的常規(guī)防腐蝕技術(shù)，普遍存在防護(hù)時(shí)間短、修復(fù)困難等缺點(diǎn)，導(dǎo)致處于該環(huán)境下的重大設(shè)施面臨巨大的腐蝕失效風(fēng)險(xiǎn)。

大連北良港于2002年正式建成并對外開放，是迄今世界上最為先進(jìn)、規(guī)模最為龐大、功能最齊全的現(xiàn)代化散糧進(jìn)出口港之一。北良港碼頭樁柱原為重防腐涂料防護(hù)，部分樁柱存在明顯修補(bǔ)痕跡，整體碼頭樁柱腐蝕情況嚴(yán)重，目測銹蝕等級可達(dá)D級別，部分位置鋼材銹蝕達(dá)5mm以上。其中以浪花飛濺區(qū)的腐蝕最嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積剝落腐蝕。潮差區(qū)有嚴(yán)重的海生物附著，主要種類是貽貝。由于腐蝕嚴(yán)重，碼頭樁柱質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，產(chǎn)生安全隱患。部分樁柱腐蝕嚴(yán)重?cái)嗔眩鹆吮绷几巯嚓P(guān)部門的重視。

圖1 大連北良港碼頭鋼樁腐蝕現(xiàn)狀

大連港石化有限公司2018年8月開始至今，采用中國科學(xué)院海洋研究所國家海洋腐蝕防護(hù)工程技術(shù)研究中心研發(fā)的新型礦脂包覆防腐蝕技術(shù)（PTC）進(jìn)行修復(fù)防護(hù)，先后對439根鋼樁，總計(jì)11261.52m2的浪花飛濺區(qū)面積進(jìn)行了防護(hù)，取得了非常良好的防護(hù)效果。新型礦脂包覆防腐蝕技術(shù)（PTC）為大連港石化有限公司安全運(yùn)營，提供了強(qiáng)有力的保障，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)（PTC）介紹

浪花飛濺區(qū)是海洋腐蝕的“短板”問題，大部分措施并不能提供有效保護(hù)。目前，針對于海洋浪花飛濺區(qū)的防護(hù)技術(shù)主要有：涂料：價(jià)格便宜，施工方便，但防護(hù)壽命短，效果差，且對已建設(shè)施修復(fù)困難。耐海水鋼：可有效提高浪花飛濺區(qū)的耐蝕能力，但價(jià)格昂貴。不銹鋼包覆：優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)效果好，預(yù)計(jì)達(dá)到100年防護(hù)壽命，但成本太高，每平米費(fèi)用高達(dá)1.5～2.0萬人民幣，盡管現(xiàn)在日本已經(jīng)應(yīng)用，但我國市場望塵莫及。單純玻璃鋼包覆：采用玻璃鋼外殼直接保護(hù)，價(jià)格便宜，但防腐蝕效果差，一旦進(jìn)水發(fā)生縫隙腐蝕，更為嚴(yán)重。

針對海洋浪花飛濺區(qū)防控難題，中國科學(xué)院海洋研究所國家海洋腐蝕防護(hù)工程技術(shù)研究中心，在“十一五”“十二五”國家科技支撐計(jì)劃、國家海洋局公益性項(xiàng)目等項(xiàng)目的大力支持下，歷經(jīng)多年攻關(guān)，試驗(yàn)上百種配方，成功研發(fā)出了由礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層、防蝕保護(hù)罩組成的復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)（PTC）。礦脂防蝕膏、防蝕帶是PTC技術(shù)核心部分，含有高效的緩蝕成分，能夠有效阻止腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，并可帶銹帶水施工。密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩具有良好整體性能，不但能夠隔絕海水，還能夠抵御機(jī)械損傷對鋼結(jié)構(gòu)的破壞。

圖2 復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)（PTC）結(jié)構(gòu)圖

PTC防腐技術(shù)強(qiáng)度高、耐沖擊、防護(hù)時(shí)間長、施工工藝靈活，解決了現(xiàn)有浪花飛濺區(qū)防腐蝕技術(shù)表面處理要求高、防護(hù)時(shí)效短、修復(fù)施工困難等問題，具有“綠色環(huán)保、阻燃耐高溫抗冰、可帶銹帶水施工、長效防護(hù)30年以上”等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)（PTC）優(yōu)勢主要包括：

（1）表面處理要求低—銹轉(zhuǎn)化劑把銹層轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定化合物，形成保護(hù)性的封閉層；

（2）可帶水進(jìn)行施工—防銹劑中大分子置換金屬表面水分，吸附和捕集腐蝕物質(zhì)；

（3）緩蝕效果非常好—含有緩蝕劑、復(fù)合稠化劑，強(qiáng)力粘附鋼鐵表面，長效保護(hù)；

（4）采用密封緩沖層—防蝕罩內(nèi)表面的密封緩沖層能減輕鋼結(jié)構(gòu)受到的沖擊和破壞；

（5）抗沖擊性能優(yōu)良—防蝕保護(hù)罩強(qiáng)度大，可承受船舶和流冰的劇烈碰撞和沖擊；

（6）防止海生物污損—防蝕表面光滑，可阻止海生物附著，防止海洋生物的污損；

（7）包覆體系重量輕—PTC包覆防腐體系的重量輕，不影響整體結(jié)構(gòu)的承載能力；

（8）綠色環(huán)保無污染—復(fù)層礦脂包覆系列產(chǎn)品均無溶劑、無有毒添加劑綠色環(huán)保。

3.北良港鋼樁PTC防腐工程施工分析

根據(jù)施工現(xiàn)場條件和施工位置，使用施工作業(yè)船搭建腳手架。一組半圓形抱箍利用高強(qiáng)度緊固件連接，踏板搭設(shè)在抱箍支撐上，利用鐵絲綁緊。注意作業(yè)平臺腳手架安裝必須牢固，便于施工操作，必須保證施工人員的安全。如圖3。

圖3 搭建作業(yè)平臺

北良港碼頭鋼樁表面形成的銹層，附著大量的海洋生物和腐蝕產(chǎn)物。為保證礦脂防蝕膏可以與鋼樁表面充分結(jié)合，以達(dá)到最佳保護(hù)效果，必須進(jìn)行鋼樁表面處理。但表面處理要求比較簡單，無明顯鼓泡和浮銹即可。在進(jìn)行大面積表面處理時(shí)，可以采用噴砂除銹，使鋼結(jié)構(gòu)表面光潔度達(dá)到要求，如圖4。

圖4 鋼樁表面處理

防蝕膏含有優(yōu)良緩蝕劑，能有效隔絕氧氣?？芍苯佑檬只蚬伟暹M(jìn)行涂抹，綠色環(huán)保無污染。根據(jù)表面腐蝕嚴(yán)重程度，在處理好的鋼樁表面均勻涂抹防蝕膏，按照300～500g/m2的使用量涂抹。每次自礦脂防蝕膏袋中擠出20～30g礦脂防蝕膏在手掌中間或其它工具上，在鋼樁表面來回涂抹2～3次，使防蝕膏在鋼結(jié)構(gòu)表面均勻分布。對于鋼樁的光滑表面用量約300g/m2，銹蝕特別嚴(yán)重處用量約400～500g/m2。鋼樁表面的坑凹和縫隙處應(yīng)用礦脂防蝕膏填滿抹平，使礦物油脂在鋼樁表面成一層均勻分布的完整保護(hù)膜。防蝕膏可帶水涂抹作業(yè)，在海水潮差區(qū)位置涂礦脂防蝕膏時(shí)，應(yīng)自上而下涂抹好防蝕膏。同時(shí)，盡量選在低潮時(shí)進(jìn)行，以減少水中作業(yè)量，降低人工成本，如圖5。

圖5 涂抹防蝕膏

礦脂防蝕帶同樣含有優(yōu)良緩蝕劑，能有效隔絕氧氣，極大地降低腐蝕發(fā)生的可能。礦脂防蝕膏涂抹完畢后，接著在表面螺旋狀纏繞礦脂防蝕帶，要求纏繞礦脂防蝕帶有50%的疊加量。保證鋼樁表面至少2層防蝕帶覆蓋，壓緊碾平，隔絕空氣，必要時(shí)可以纏3層以上，如圖6。

帶水作業(yè)時(shí)，涂抹好防蝕膏后應(yīng)立即自下而上纏繞防蝕帶至無水區(qū)。纏繞時(shí)，應(yīng)用手拉緊、鋪平防蝕帶，保證被纏繞處無氣泡出現(xiàn)。

在水中纏繞的防蝕帶若因海況和其它原因不能立即安裝玻璃鋼護(hù)罩時(shí)，應(yīng)用外束縛方式將防蝕帶固定，以防止海浪和海流沖擊脫落。

防蝕防護(hù)罩材質(zhì)為高強(qiáng)度玻璃鋼，能夠使防蝕帶免于遭受船只或冰層的撞擊，同時(shí)有效阻隔水汽和鹽霧。具體施工步驟為將密封緩沖層黏貼在預(yù)制好的防蝕保護(hù)罩內(nèi)側(cè)，然后現(xiàn)場安裝在鋼結(jié)構(gòu)物上，用耐海水不銹鋼螺栓緊固。對于鋼樁結(jié)構(gòu)的直管、橫管或交叉管等結(jié)構(gòu)，安裝預(yù)制玻璃鋼防蝕保護(hù)罩時(shí)，在玻璃鋼防蝕保護(hù)罩對接處要安裝同材質(zhì)的厚度為1～2mm的密封防滲擋板，主要作用使預(yù)制玻璃鋼防蝕保護(hù)罩形成一個(gè)完成的保護(hù)罩，防止外部海水自兩片預(yù)制玻璃鋼防蝕保護(hù)罩的連接縫隙處滲入，如圖7。

圖7 安裝保護(hù)罩

將螺栓插入玻璃鋼護(hù)套法蘭密封邊上的所有螺孔，擰上螺帽固定。然后依次擰緊所有部位的螺栓，緊固時(shí)應(yīng)注意使玻璃鋼護(hù)套的密封受力均勻，以防止因局部應(yīng)力過大造成玻璃鋼護(hù)套的變形和法蘭密封邊破裂。

用特制的水下固化環(huán)氧樹脂，將防護(hù)罩兩端與鋼樁結(jié)合處密封，使復(fù)層礦脂包覆層與被保護(hù)鋼樁構(gòu)成一個(gè)密封的整體，飛濺的海水和雨水不會(huì)滲入包覆層內(nèi)，進(jìn)一步杜絕了腐蝕發(fā)生的基本條件，使該部位鋼樁得到最大可能的保護(hù)。環(huán)氧樹脂填完后外延部分應(yīng)保持坡面，以利于濺上的海水和雨水的滑落，避免積水，如圖8。

圖8 端部密封處理

目前，現(xiàn)役海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施及裝備最常見的防護(hù)技術(shù)主要包括：重防腐涂層、環(huán)氧粉末涂層、熱噴涂金屬等，涂層防腐首次防腐年限較長，可達(dá)4～6年，然而一旦發(fā)生腐蝕，每2～3年就需大修一次。如果按照30年全壽命周期計(jì)算，各種防腐技術(shù)的詳細(xì)特點(diǎn)、參數(shù)及使用成本對比如表1。

表1 碼頭鋼管樁PTC包覆技術(shù)與傳統(tǒng)涂層防腐技術(shù)的全壽命周期對比

綜上所述，盡管PTC技術(shù)在初期投入要高于傳統(tǒng)涂層防腐技術(shù)，然而其后期維護(hù)費(fèi)用很低。在30年全壽命周期中，其全部成本僅為傳統(tǒng)涂層防腐技術(shù)的一半以下。因此，PTC防腐技術(shù)是當(dāng)之無愧的浪花飛濺區(qū)最佳防護(hù)手段。

4.結(jié)論

（1）北良港碼頭樁柱原為重防腐涂料防護(hù)，部分樁柱存在明顯修補(bǔ)痕跡，整體碼頭樁柱腐蝕情況嚴(yán)重，目測銹蝕等級可達(dá)D級別，部分位置鋼材銹蝕達(dá)5mm以上。其中以浪花飛濺區(qū)的腐蝕最嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積剝落腐蝕。潮差區(qū)有嚴(yán)重的海生物附著，主要種類是貽貝。由于腐蝕嚴(yán)重，碼頭樁柱質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，產(chǎn)生安全隱患。部分樁柱被貨船撞斷后，引起北良港有關(guān)部門的高度重視。

（2）復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)（PTC）適用于低潮線下0.5m與高潮線上2.5m的浪花飛濺區(qū)和潮差區(qū)，可以提供長效保護(hù)，具有“綠色環(huán)保、阻燃耐高溫抗冰、可帶銹帶水施工、長效防護(hù)30年以上”的優(yōu)點(diǎn)，是最佳的浪花飛濺區(qū)防護(hù)技術(shù)。