海洋平臺消防水管線柔性陶瓷內涂技術的應用

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(1.中國船級社青島分社，山東青島 266071；2.海洋石油工程股份有限公司檢驗公司，山東青島 266520)

由于海洋平臺消防水管線的工作介質是海水，海水中含有大量的鹽和微生物，腐蝕性非常強，因此防止管線的內壁的腐蝕對于延長消防水管線的使用壽命有著重要的意義。針對海洋平臺消防水管線的內腐蝕問題，目前設計時一般從兩個方面考慮：①選擇耐腐蝕性能強的管材作為消防水管線，如銅鎳管、玻璃鋼管；②通過鋼質管壁表面的涂敷技術防止管線的腐蝕，主要有熱浸鋅、內涂等。銅鎳管造價昂貴,玻璃鋼管本身不能滿足《國際消防安全規則》(FFS)的耐火要求，且管材和粘結劑容易脆裂,熱浸鋅鋼管使用壽命短,內涂塑技術對施工條件和工序要求苛刻、涂層偏薄。因此，迫切需要一種新的防腐技術來克服這些缺點，同時進一步提高消防水管線的耐腐蝕能力。一種采用柔性陶瓷涂料(CeRam-Kote 54)進行內涂的技術成功應用于某海上固定平臺消防水管線，目前該平臺消防水系統已完成調試。從實際施工和檢驗情況看，該技術在提高消防水管線內表面物理性能和耐腐蝕能力方面有明顯優勢。

1 關于柔性陶瓷涂料

1.1 性能介紹

柔性陶瓷CeRam-Kote 54是一種高性能陶瓷粉末填充涂料，是由無機超細陶瓷粉末和少量共聚樹脂，經攪拌、均質、混合等生產工藝，產生化學反應，最終形成粘稠膏狀成品。CeRam-Kote54為雙組分涂料[1]，原料中添加了純度99.99%的超微細陶瓷粉末，增加了涂層的強度，充分發揮涂膜的流平及粘結性，使涂層具有很強的耐腐蝕性、柔韌性和耐沖擊性能。產品合成后其材料本身不會分解，涂膜結構致密，能夠在被涂體表面形成封閉膜，有效隔絕大氣中的水分、游離酸、鹽分等腐蝕因素。對于海水及酸堿腐蝕有非常優越的抵抗能力。可以在常溫下固化，便于現場施工。

1.2 主要優勢

CeRam-Kote 54物理性能及測試數據見表1。

表1 CeRam-Kote 54物理性能及測試數據

由表1可見，CeRam-Kote54主要優勢在于其優異的物理性能及耐腐蝕性能。它附著力強，是普通環氧涂料的3～4倍，拉拔法附著力測試超過10 MPa；半永久性防腐壽命，CASS鹽霧加速試驗6 000 h；抗沖擊性能優異。該涂料成膜后表面光滑如瓷釉，致密耐磨，耐污自潔能力強；常溫噴涂，短時間可固化成膜，施工簡便易于操作。

1.3 國內外應用現狀

CeRam-Kote54最初的開發是作為石油行業井下套管的內涂涂料，問世至今應用領域一直處在不斷開發的階段。目前廣泛應用于石油化工、海洋、機械、航空、交通運輸、電力等很多領域。在國外最常用于船舶、海上建筑和堤壩閘門表面防護。另外，用于輸送管線不僅可以抗固體物料的磨蝕，還可以大大降低輸送阻力，方便了殘留物的清除。

1998年6月勝利油田從美國引進了該涂料及配套噴涂設備，用于海底管線的內防腐[2]。近些年該涂料在勝利油田得到廣泛的應用，先后應用于采油防腐油管、鉆桿320 km，各種規格海底管線150 km[3]。國內尚無公開文獻記載CeRam-Kote54用于海洋平臺消防水管線的內防腐施工。

2 管線預制的要求

2.1 管線表面的要求及連接方式

管道焊縫應進行打磨處理，并形成圓滑過渡；管道與法蘭連接部位應避免直角連接，直角部位需處理成圓弧過渡，圓弧半徑不小于2 mm[4]。管線與管線的連接方式應為法蘭連接，避免焊接損傷涂層，法蘭采用FF密封面形式。管道密封應采用耐火墊片(如石墨波紋墊)，與銅鎳合金法蘭連接采用不銹鋼包覆PTFE墊片，不可采用金屬纏繞墊片密封方式。

2.2 管線預制長度的要求

1)直管段。長度3～8 m，兩端為法蘭連接方式或者其它非焊接方式，見圖1。

圖1 直管段的預制要求

2)直管加彎頭。直管段與彎頭焊接，彎頭另一端直接焊接法蘭，彎頭段延伸管道長度不超過1 m，見圖2。

圖2 直管加彎頭的預制要求

3)三通。直管段 3～8 m，支管段0.5～4.0 m，見圖3。

圖3 三通的預制要求

3 內涂敷施工技術要求

3.1 一般要求

管道內防腐層的涂敷施工應使用無氣噴涂工藝或離心式涂敷工藝。鋼管內防腐層涂敷施工時，應在涂料生產商推薦的涂敷溫度范圍內對涂料、鋼管及管件進行預熱，施工環境溫度宜控制在10～30 ℃[5]。在相對濕度高于85%和鋼材表面溫度不高于露點3 ℃以上時，不能進行噴射清理和涂裝施工。嚴禁在雨、雪、霧及風沙等氣候條件下露天作業。

管道內涂敷施工流程：管道內表面檢查→噴砂處理→檢測→噴涂→表面干燥→固化→檢測→完工。

3.2 管線內表面的處理

1)管道內表面處理前鋼管及管件內表面不應有焊渣、油脂、泥土等雜質；焊縫表面應打磨清除焊瘤、毛刺等；表面處理過程中，鋼管表面溫度應高于露點3 ℃以上，如鋼管內壁潮濕，可采用熱吹風或其它不會使管道變形的加熱方法進行烘干。

2)鋼管及管件內表面的處理應采用噴砂或拋丸除銹達Sa2.5級[6]，使表面粗糙度達到40～75 μm[7]。

3)鋼管及管件內表面經噴砂或拋丸除銹后，應用清潔、干燥的壓縮空氣將鋼管及管件內部的灰塵和磨料等清除干凈，表面灰塵等級不應該超過3 級[8]。

4)表面處理合格后應在8 h內進行涂敷施工。表面處理后至噴涂前不應出現浮銹，當出現返銹或表面污染情況時，必須重新進行表面處理以達到表面潔凈度要求。

3.3 涂料的準備

涂料開桶前，應先將容器晃動一陣，然后開桶攪拌均勻。涂料配制時應按照涂料生產商提供的產品說明書中配比、工藝要求、施工條件和環境溫度要求進行配制。一般情況下涂料不需要稀釋，但特殊情況下可以用丙酮、丁酮或99%的異丙酮進行稀釋，加入量不得超過涂料說明書中的規定。

3.4 管道內涂敷的施工

采用高壓無氣噴涂，配合管道內壁專用噴涂設備勻速行走，涂料供給應保證霧化良好，焊縫及彎頭位置應進行預噴涂。根據厚度要求進行2～4次噴涂，涂層應平整、無流掛、無劃痕。如果各層涂敷間隔時間超過了規定要求，則應按照涂料生產商推薦的方法進行處理。涂覆過程中，應對濕膜厚度進行檢測。防腐層固化應按涂料生產商推薦的固化方法測驗固化時間進行。法蘭面需要進行噴涂，因采用金屬纏繞墊片密封，噴涂100～200 μm涂層。

在常溫25 ℃自然固化，通常低溫可減緩固化，高溫可加速固化。待涂層完全固化后才可以搬運和使用，特別是在高負荷、重腐蝕等惡劣環境時，應放置5～7 d。

4 檢驗要求

柔性陶瓷涂料內防腐管的檢驗項目應包括涂敷前的除銹、粗糙度、清潔度檢驗，涂層外觀檢驗，涂層厚度檢驗，漏點檢測及附著力的檢驗。

4.1 涂敷前的檢驗

鋼管或管件內表面處理后，應采用標準版[6]逐根進行目視比較，表面除銹質量應達到Sa2.5級的要求；采用粗糙度測量儀或粗糙度測試紙測量，表面粗糙度應達到40～75 μm；鋼管表面灰塵等級不應超過3 級[8]。

4.2 涂層外觀檢查

應目測或用內窺鏡逐根檢查涂層外觀質量，其表面應平整、光滑、無氣泡、流掛等外觀缺陷。如涂層有漏點、漏涂等缺陷時應進行修補。先對缺陷部位進行清理，涂層搭接處應采用打磨等方式進行處理。采用噴涂或刷涂的方法進行修補均可，具體視需要修補的位置和面積而定，修補所用涂料應與原用涂料一致。

4.3 涂層厚度檢驗

涂層實干后，應采用測厚儀在距管口大于150 mm位置沿圓周方向均勻分布的任意4 點上測量厚度，每根管分別測兩端，結果應符合規定[9]。若管徑太小，探頭伸不到管內150 mm 以上時，可在端部測量。膜厚達到規定最小厚度(400 μm)的94%以上時為合格，否則應對不合格部位重新涂敷、檢查。

4.4 涂層漏點檢測

涂層漏點檢測常用的方法主要有兩種：低壓檢漏法(又稱濕海綿法)、電火花檢漏法。

1)低壓檢漏法。使用直流電壓低于100 V的檢漏儀[10]，該裝置主要由被導電液體浸濕的海綿電極、音頻信號發生器以及連接管壁的地線組成。低壓檢漏法多用于過程中的檢驗。

2)電火花檢漏法。使用直流電壓在900～20 000 V的檢漏儀，該裝置主要由銅絲刷或其它導電材料組成的探測電極、音頻信號發生器以及連接管壁的地線組成。涂層固化后，宜采用電火花檢測法進行檢測，以無漏點為合格。不過要特別注意電壓的調節，避免涂層擊穿的損傷。

4.5 涂層附著力的檢驗

附著力檢驗只針對工藝評定用的試板或單批次的抽檢。附著力要求大于10 MPa[11]，不合格的涂層或缺陷不宜修補的涂層必須進行重涂。重涂時應將原涂層清除干凈，然后重新進行除銹處理，并重新涂敷。

5 難點、要點及建議

1)消防水管線在內涂之前必須保證外觀及探傷檢驗合格，同時在車間已完成水壓試驗，焊道無滲漏。管線上的焊接件(如管鞋)必須在內涂施工前完成，內涂完成后不應再對管線進行焊接作業。

2)CeRam-Kote54涂料對噴涂配套設備及施工人員的水平要求都比較高，應提前做好設備調試和人員的培訓。否則流掛及厚度不均的情況會比較常見，后期處理和修補的工作量可能會比較大。

3)經過多批次的涂層厚度檢驗和漏點檢測發現，彎頭處、焊縫表面最容易出現厚度偏小及漏點的問題。大面積修補采用噴涂，小面積或設備難以使用的位置修補采用人工刷涂的方式。不過修補后的涂層厚度往往偏高，且容易出現厚度不均的情況，因此必須對施工人員加強培訓，嚴格按照修補程序施工。

4)CeRam-Kote 54涂料與環氧粉末等其它一般涂料相比價格稍高，一次性投資大，希望國內能盡快開發出類似性能且質量穩定的涂料，以降低成本。

[1] 曾 梅.柔性陶瓷耐蝕抗磨涂料[J].腐蝕與防腐,2000,21(9):428-429.

[2] 金家仁,高兆鑫,于志鑫.塞克54柔性陶瓷涂料及其應用[J].石油工程建設,1999(5):11-13.

[3] 屈金松.高性能液體環氧樹脂：柔性陶瓷涂料的性能與應用[J].科技創新與應用,2012(1):31-32.

[4] STANDARDS NORWAY.NORSOK STANDARD M-501 Surface preparation and protective coating[S],2004.

[5] 中華人民共和國工業和信息化部.HG/T 4077-2009 防腐蝕涂層涂裝技術規范[S].北京:化學工業出版社,2009.

[6] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 8923.1-2011 涂裝涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定:第1部分[S].北京:中國標準出版社,2011.

[7] 龐啟財.防腐蝕涂料涂裝和質量控制[M].北京:化學工業出版社,2003.

[8] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 18570.3-2005 涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的評定試驗[S].北京:中國標準出版社,2005.

[9] 國家能源局.SY/T 0442-2010 鋼制管道熔結環氧粉末內防腐層技術標準[S].北京：石油工業出版社,2010.

[10] 國家石油和化學工業局.SY/T 0063-1999 管道防腐層檢漏試驗方法[S].北京：石油工業出版社,1999.

[11] ASTM.ASTM D4541-09 Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers[S].Pennsylvania: ASTM International,2009.