涂装防腐设计及施工在海洋石油工程的应用
时间：2023-04-08 12:30:06 来源：千叶帆 本文已影响人
赵秀宁
（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300450）
海洋石油工程设备在油田开发的长期应用过程中，容易出现腐蚀问题，导致工程实用性较低。为了避免海洋石油工程受到腐蚀而降低应用效果、缩短使用寿命，加强海洋石油工程涂装防腐工作是一项关键要点，需要严格按照相关标准规定，采用科学的设计方案与施工技术，确保海洋石油工程能够长期、高效、安全地运行。通过采用涂装防腐设计与施工技术，能够促进海洋石油工程防腐能力提高，更好地应对海洋石油开发环境，以此促进我国石油开发工作质量提高。
1.1 海洋石油工程概述
海洋石油工程是一项复杂且繁琐、技术水平要求较高的工程，必须保障工程具有长期安全性、稳定性，才能够确保海洋中的石油能够连续、高效地开采。随着我国陆地石油资源的枯竭，将石油开发转向海洋具有重要意义，海洋中具有大量尚未开发利用的石油资源，我国已经探明的海洋石油资源较为丰富，能够有效缓解陆地石油资源紧张的问题，所以近些年来多项大型海洋石油工程相继开发建设，在保障国家能源安全方面具有重要意义。受到技术水平的影响，当前部分海洋石油工程中采用的技术较为落后，由于海洋环境存在着一定的腐蚀性风险，开采设备等会受到腐蚀，导致开采效率下降，还会引发安全风险，为此需要做好海洋石油工程相关技术创新工作[1]。
1.2 海洋石油工程腐蚀风险分析
因为海洋环境复杂且多变，海水含有大量的电解质，在海水温度、氧气、pH 值、二氧化碳以及多种海洋生物的影响下，海洋石油工程设施容易受到腐蚀，尤其是金属材料很容易与海洋环境中的物质发生化学反应。当前我国海洋石油工程平台部分设施处于大气区中，还有部分位于飞溅区中，其他部分长期处于海水浸泡中，处于不同区域的开采设施面临着不同的腐蚀环境，会引起不同程度的腐蚀问题，对海洋石油工程安全性产生很大影响。加强海洋石油工程材料涂装防腐设计与施工，对于海洋石油工程运行具有重要的意义，是保障海洋石油工程能够高效、安全地完成开采作业的基础[2]。
为了保障海洋石油工程建设安全，必须做好涂装防腐设计与施工，但是涂装防腐设计与施工过程较为繁琐，对于技术水平要求较高，需要结合海洋石油工程设施的基本属性，采用科学的涂装防腐设计方案，灵活应用在海洋石油工程设施防腐中，降低腐蚀的影响，提高开采设备的使用寿命，结合实践经验，总结以下几项科学有效的涂装防腐设计与施工措施。
2.1 钢材料表面处理
海洋石油工程中采用大量的钢材料设备，所以必须做好钢材料防腐工作，以提升钢材料设施的防腐能力。首先要进行钢材料的表面处理，在表面处理前，需要将钢材料设施表面的毛刺、焊缝等进行处理，并将附着在钢材料表面的油污以及化学物质等去除，才能使涂料更好地附着在钢材料表面，可以采用相应的化学处理药剂，通常情况下钢材料表面处理更多地采用喷砂或抛丸等工艺，细致的清理能够提高钢材料粗糙度和钢材料与涂胶之间的附着力，以便于后续的施工，使得涂料能够更好地附着在表面结构中，防止钢结构设施被海水腐蚀。在对钢材料清理后，需要注意做好防锈处理，避免出现新的污染，将用于腐蚀性较强的飞溅区钢材料采用更高的表面清理标准，一般需要依据SSPC-SP5 规定对钢结构设施表面进行清理。
2.2 涂层系统
在海洋石油工程的涂装防腐设计中，可以采用液体涂层、热喷涂铝不锈钢以及高镍铬合金涂层，都是涂料防腐涂层系统中的重要组成部分。液体涂层能够有效防止涂装不充分或涂装不到位的问题，液体涂层在涂装防腐系统中，一般作为底漆或中间涂层、面漆等。以底漆涂装为例，它是涂层系统中的重要工序，能够对后续的涂层系统效果产生直接影响，采用底漆涂装的主要目的是实现对结构物体的电化学保护。在当前海洋石油工程底漆材料的选择中，一般大都选择锌粉，来提高海洋石油工程设施的防护能力。中间涂层和面漆涂层能够对底漆起到良好的保护作用，减少氧分子对底漆的渗透与腐蚀。面漆除了能够起到保护作用之外，还能够提高结构抗耐磨性，更好地发挥保护防护作用。热喷涂铝是采用有机封闭剂，使得热喷涂铝漆层能够在高温状态下使用，具有火炬臂防腐效果，之后将有机热封闭剂应用于热喷涂铝漆层中，让热封闭剂缓慢稀释进入热喷涂铝涂层中，填充防腐涂层的空隙，提升热喷涂铝防护涂装的实际效果。不锈钢与高镍铬合金涂层能够有效防止海洋石油工程设施的零部件受到腐蚀，可以通过采用氯化物作为不锈钢或高镍铬合金涂层的方式实现[3]。表1 给出几种镍铬合金涂层的主要性能参数。
表1 常见镍铬合金涂层的主要性质参数
2.3 典型涂层系统
2.3.1 典型大气区涂层系统
在典型大气涂层系统中，包括如下两项：①碳钢大气区涂层系统，因为碳钢的大气区域温度不同，所以涂层、涂装材料以及干膜厚度都会受到影响而出现一定变化，为了能够提高碳钢大气涂层系统质量，需要全面分析碳钢材料，从而选择最佳的含锌涂料，确保所选择的涂料能够保护碳钢不受到腐蚀，之后依据大气区的温度等确定涂层厚度与干膜厚度，从而能够提高涂装防腐效果；
②不锈钢大气区涂层系统，在海洋环境中，不锈钢需要采用涂层进行保护，从而能够避免不锈钢结构出现腐蚀缝隙以及应力破坏等问题，在开展不锈钢大气区涂层施工过程中，需要依据不锈钢材料选择最佳的涂层、涂料以及干膜厚度，严格依据相关标准规定，做好相应的选择工作。
2.3.2 飞溅区典型保护涂层
一般情况下，大气环境中的飞溅区具有较强的腐蚀性，为了能够确保飞溅区海上石油工程构筑物不受到腐蚀破坏，需要对涂层进行强化。结合实践经验来看，在飞溅区使用的涂层需要具有良好的抗水能力和阻隔能力，因此应用在飞溅区典型碳钢设施中的保护涂装涂料以含有硅玻璃鳞片的涂料为宜，这种涂料能够提高涂层阻隔性能以及机械强度，从而避免构筑物出现腐蚀破坏问题。
2.3.3 全浸区典型涂层系统
海上全浸结构需要采用阳极和涂层联合保护的模式，以此为基础在全浸区设施进行外部涂层涂装施工时，需要尽量避免涂层阳极数量降低，在施工过程中可以采用高固体环氧材料进行处理，从而能够有效提升防腐效果。全浸区的设施所处环境较为恶劣，海水会对构筑物产生严重腐蚀破坏，所以必须做好涂层保护系统施工，根据全浸区的基本腐蚀情况与腐蚀规律，设计科学的典型涂层系统，从而提高防腐能力，长期保持稳定状态。
通过以上分析可以明确，在海洋石油工程建设中，需要做好科学的涂装防腐设计与施工，在掌握涂装防腐方法后，需要做好系统性的防护工作。总结以下3 项科学有效的海洋石油工程涂装防腐设计与施工优化措施：
（1）加强腐蚀检测。海洋石油工程腐蚀是具有时间性的，也就是说在长期作用下才会发生腐蚀，所以通过加强海洋石油工程腐蚀检测，利用科学的检测技术及时、准确地对海洋石油工程腐蚀情况进行检测，从而能够提前采取应对策略，防止海洋石油工程腐蚀情况进一步加剧。海洋石油工程设施表面是最容易发生腐蚀的区域，所以需要加强对海洋石油工程设施外表面检测，一般可以采用磁场法和点位法，能够对海洋石油工程设施外表面当前腐蚀程度得出较为精确的结果，从而帮助技术人员采取更加具有针对性的防腐措施[4]。
（2）选择抗腐蚀能力较好的材料。海洋石油工程设施的材料是影响油气管道发生腐蚀程度的决定性因素之一，因此在选择海洋石油工程设施材料时，需要根据海洋石油工程区域的环境要素，对现场环境进行全面检测，得出该地的外部因素对海洋石油工程可能造成腐蚀的程度，从而选择能够应对环境腐蚀能力的设施材质，确保材料的抗腐蚀能力能够应对该海洋的外部因素腐蚀[5]。
（3）创新防腐涂层处理技术。防腐层是海洋石油工程中重要的防腐物质，是石油管道的第一道防腐保护层，所以需要加强防腐层的处理。海洋石油工程防腐层在施工前，需要根据当前海洋内的腐蚀情况确定防腐层的防护等级，如果环境腐蚀性较强，需要对防腐涂层进行升级处理，通过加强对防腐涂层的技术创新，能够进一步提升防腐效果，使得海洋石油工程的基础设施得到良好防护，提高海洋石油开采作业效率与安全性。
本文简要阐述了海洋石油工程及其腐蚀风险，并对涂装防腐设计以及施工方式进行分析，最后提出多项有利于提高海洋石油工程设施防腐能力的策略，希望能够对我国海洋石油工程建设起到一定的借鉴和帮助，不断提高涂装防腐设计与施工水平。
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