PTC礦脂包覆防腐蝕技術在國內的應用進展

潘 杰,侯保榮,劉佳利,張衛國,侯佩民,王 曉

(1. 海洋化工研究院有限公司,海洋涂料國家重點實驗室,青島 266071; 2. 中國科學院海洋研究所,青島 266071;3. 濰坊濱海旅游度假區建設管理辦公室,濰坊 261108)

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專論

PTC礦脂包覆防腐蝕技術在國內的應用進展

潘 杰1,侯保榮2,劉佳利3,張衛國1,侯佩民1,王 曉1

(1. 海洋化工研究院有限公司,海洋涂料國家重點實驗室,青島 266071; 2. 中國科學院海洋研究所,青島 266071;3. 濰坊濱海旅游度假區建設管理辦公室,濰坊 261108)

綜述了PTC礦脂包覆防腐蝕技術在國內的應用領域，并從經濟和安全角度對該技術進行了分析，提出重點治理與常規保護、多技術綜合治理腐蝕問題應是防腐蝕行業的發展和應用重點。PTC礦脂包覆防腐蝕技術具有表面處理要求低、結構和環境適應性強、長效防護、全壽命成本低等優勢，可對鋼制設施設備關鍵部位進行長效防腐蝕保護，如海洋鋼結構浪花飛濺區部位、管道接口、閥門、海上風機基礎等，彌補了涂層等技術的局限性，與涂層等傳統技術一起，對被保護物起到全面、長效的防護。

防腐蝕；礦脂包覆(PTC)；鋼結構

涂層保護是目前鋼制結構及設備設施的傳統的防護方法，具有經濟有效，且施工簡便快捷等優點。但涂層防護也具有明顯的局限性，例如在海洋浪花飛濺區和潮差區鋼結構設施的鋼結構連接部件、管道接口、閥門等因易損傷、難施工、難修復等缺點，很難達到長效防護效果[1-3]。自20世紀20年代開 始，英、美、德、日等發達國家相繼研發了包覆、熱縮帶(套)等防腐蝕保護技術，針對鋼材制造物的關鍵部位的長效保護，效果顯著。這些技術從20世紀80年代開始引入我國，但主要限于海洋鋼樁、長輸管道的保護，其防腐蝕保護效果明顯優于涂層技術，但依然存在許多缺憾。如DENSO海洋鋼樁包覆技術，由于外殼抗劃傷能力差，在我國北方結冰海域應用受到限制；用于管道補口的熱縮帶(套)技術，對操作工人的技術和責任心依賴性大，工程中經常出現收縮不均而形成縫隙，不能隔絕腐蝕介質侵入，從而失去對管道的保護作用[4-7]。

國內侯保榮院士團隊，借鑒國外的包覆防腐蝕技術，經過不斷研發、改進，形成具有自主知識產權的PTC礦脂包覆防腐蝕技術(Petrolatum Tape Cover anticorrosion technology)，其防腐蝕效果顯著，應用領域不斷拓展，已不僅限于浪花飛濺區海洋鋼樁的保護，在風電、管道等領域均已開展工程應用，在防腐蝕關鍵點替代涂層、熱縮帶(套)等技術，應用效果反饋良好[8-15]。

1　技術組成及優勢

PTC礦脂包覆防腐蝕體系的核心組成是礦脂防蝕膏和礦脂防蝕帶，內含優良的緩蝕劑和鐵銹轉化劑等，長期不變質失效，在鋼鐵表面形成穩定的防腐蝕保護層，并根據被保護部位所處環境、受力等要求，以FRP、聚合物膠帶等為外層保護，或輔以密封膠泥、緩沖層等，形成密閉防護系統，阻止腐蝕介質侵入，達到長效防腐蝕效果。

在鋼結構及設施關鍵部位的保護方面，與涂層、FRP包覆、熱縮帶(套)等防護保護技術相比，PTC礦脂包覆防腐蝕技術優勢明顯。①表面處理要求低,低于St2，表面可有少量的水分、油污、浮銹等；②結構適應性強,能夠在任何復雜結構表面完成包覆，并能抵抗一定范圍內的裂縫收縮與膨脹變化而不被破壞；③環境適應性強,-10～40 ℃氣溫條件下，潮濕環境甚至水下均可施工；④施工簡便，施工時間短,非現場制作FRP防腐蝕保護罩的部位，各工序可連續施工，不需專業設備，不需固化等待，工藝簡單易學；⑤長效防腐蝕,由于材料具有優良的防腐蝕性能，以及整體技術形成高度密封性防護體系，經過實踐驗證，該技術防護效果可達30 a[2]。

2　主要應用領域

根據PTC礦脂包覆防腐蝕技術的特點和優勢，其保護對象主要為存在應力腐蝕、電偶腐蝕、電化學腐蝕、空泡腐蝕等腐蝕比較集中且常規防腐蝕技術難以有效保護的部位，如海洋鋼樁和海上平臺的浪花飛濺區部位、海上風電基礎、管道補口等防腐蝕難點、重點部位。

2.1海洋鋼樁防護

用于浪花飛濺區和潮差區海洋鋼樁的礦脂包覆防腐蝕技術，主要有DENSO技術和PTC技術，與傳統防腐蝕包括涂層、FRP包覆、金屬包覆等技術相比，具有明顯的技術和施工成本優勢[4]。PTC礦脂包覆防腐蝕技術在國外已經非常成熟，防護優勢明顯，抗沖擊能力強，還可避免海洋生物對鋼管樁表面的破壞[5-6,16]。

PTC礦脂包覆防腐蝕技術鋼管樁防護體系(如圖1所示)，與DENSO技術相比，由于FRP防蝕保護罩比HDPE護甲的機械強度高，抗橫縱向沖擊、抗劃傷能力強等，可在北方結冰海域使用，能有效抵抗冰凌沖擊，適應海域更加廣闊[5]。

PTC礦脂包覆鋼管樁防腐蝕技術的另一獨特優勢是，根據檢測需要，在FRP防蝕保護罩上可開設多個檢查窗，以便隨時觀測被保護物的腐蝕狀況[17]。DENSO體系則因HDPE護甲材料本身的劣勢，在結冰海域適應性較差。

圖1　鋼管樁PTC包覆防腐技術示意圖Fig. 1　Schematic diagram of petrolatum tape cover anticorrosion technology for steel pipe pile

2.2海上風機基礎防護

風力發電機基礎方向不確定的大傾覆彎矩，使得風機基礎結構構件具有較大的交變拉應力。同時風機基礎結構構件要承受海洋環境荷載和風機運行過程中產生的動力荷載作用，應力與腐蝕、疲勞與腐蝕交織作用突出，重要部位的防腐保護系統一旦發生局部破壞，極易造成結構破壞，因而風機基礎對壽命期內防腐蝕保護措施的可靠性需求極高。

目前已廣泛采用的單樁式海上風電基礎，直徑一般在5 m左右。樁徑大，輔助結構多而復雜，為包覆防腐蝕技術提出了新的挑戰，如圖2所示。中科院海洋所與龍源風電共同開發了大樁徑單樁風電基礎PTC礦脂包覆防護技術，解決了防腐蝕保護罩的安裝難題，開發了大尺寸保護罩的緊固連接工藝、結構異形位置固定修補等材料和施工技術難題，為大直徑海上風機基礎的長效防護提供了新的技術支撐[15,18-20]。

圖2　海上風機單樁基礎結構照片Fig. 2　Photo of offshore single pile aerogenerator foundation

2.3管道防護

燃油、燃氣輸送管道，因內容物泄漏引發的事故往往是災難性的[21-22]。管道泄漏事故中，由于腐蝕原因造成的泄漏事故在26%左右。由于存在電偶腐蝕、焊接熱應力、安裝應力、土壤應力等各種形式引起的腐蝕與應力的疊加，造成管道補口成為腐蝕破壞的最危險區域。國內研究表明，80%左右的熱收縮補口存在質量問題。國內外通用的熱收縮帶(套)補口技術的施工質量很大程度上受現場環境、操作人員技術水平和責任心等影響，工程質量難以保證，以致泄漏事故頻發。管道上的閥門、法蘭等結構設施也尚無有效的防腐蝕保護措施，給檢修、維護和搶險造成很大困擾[7,23]。

PTC礦脂包覆體系與其他防腐蝕層兼容性好，無陰極剝離現象，施工人員容易掌握工藝要求，工程質量有保障，能夠保證補口、法蘭、閥門免于腐蝕，且可在管道正常運行條件下施工[12-13,24]。根據青島、濟南、武漢、蘇州等多個城市燃氣項目的示范應用反饋，該技術既滿足了工程質量要求，也滿足了不同客戶的特定需求。因其能良好阻斷腐蝕介質侵蝕管道表面和防止螺栓銹死，保證日常檢修、維護和事故搶險能夠順利進行，大大提高了管道運行的安全性和操作工的人身安全，減少惡性泄漏事故的發生。

3　經濟和安全分析

3.1經濟分析

對于碼頭鋼樁修復，綜合施工與材料的遠期成本，PTC礦脂包覆防腐蝕修復技術與水下涂料修復技術基本持平，但PTC礦脂包覆防腐蝕技術更容易維護管理[16]。對于海上風電基礎，因易受漁船等作業船只碰撞，涂層破壞較為頻繁，巡查、維護作業工作量和費用都較大。PTC礦脂包覆防腐蝕技術因維護周期長而長期成本比涂層技術的低，且大大降低風機基礎結構撞擊破壞的風險。管道補口、閥門等方面，PTC礦脂包覆防腐蝕技術單次投入成本是熱縮帶(套)技術的3倍左右，但從全壽命周期分析，PTC礦脂包覆防腐蝕技術的維護管理總成本比熱縮帶(套)技術的略低或持平。這還不包括因設施安全性提高而增加的間接效益。

3.2安全分析

局部腐蝕泄漏是燃氣、燃油管道事故的重要因素之一[25-27]。PTC礦脂包覆防腐體系由于礦脂防蝕帶和礦脂防蝕膏不固化、不硬化，在防護區域形成完整的柔性保護層，外防護層、礦脂防蝕帶、礦脂防蝕膏形成由外及里的多層防護體系，即使外防護層、礦脂防蝕帶被外力破壞剝離，柔性礦脂防蝕膏層仍具有完整性,從而阻斷腐蝕介質侵入的通道，使鋼材表面不被腐蝕，大大降低局部腐蝕破壞的危險性。而涂層、熱縮帶(套)、FRP包覆等技術，一旦出現局部破壞，則在破壞點范圍內的鋼材表面就會形成局部腐蝕，這種局部腐蝕因在防腐蝕層下進行擴展而具有隱蔽性，往往被忽視，極易造成災難性后果。從技術和施工角度分析，PTC礦脂包覆防腐蝕技術相對于涂層和熱縮帶(套)等技術，安全系數更高。

4　結束語

PTC礦脂包覆防腐蝕技術具有表面處理級別低、施工簡便、結構和環境適應性強、長效防腐蝕、安全、經濟等特點，為海洋鋼樁、海上平臺、閥門、連接法蘭、管道接口、海上風機基礎等大型工業設施關鍵部位提供良好防腐蝕保護，適應于新建設施保護和在役設施修復，在石化、燃氣、港口等行業已被廣泛應用。在技術、經濟、安全方面，PTC礦脂包覆防腐蝕技術具有涂層、熱收縮帶(套)等技術無可比擬的優越性。該技術未來發展方向，可向艦船、水利、機械、礦業、電力、建筑、通訊等眾多行業拓展，解決各行業中鋼鐵設備設施的防腐蝕難點，應用前景廣闊。

這種關鍵部位特別防護技術與常規部位常規防護技術相結合的多技術、多層次、常規與重點相結合的綜合保護措施，對被保護物形成更全面、更細致、更有效的防腐保護，是防腐蝕行業的設計重點和必然發展趨勢。

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Advances in Application of Petrolatum Tape Cover Anticorrosion Technology in China

PAN Jie1, HOU Bao-rong2, LIU Jia-li3, ZHANG Wei-guo1, HOU Pei-min1, WANG Xiao1

(1. State Key Laboratory of Marine Coatings, Marine Chemical Research Institute Co., Ltd., Qingdao 266071, China;2. Institute of Oceanology Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;3. Weifang Coastal Resort Construction Management Office, Weifang 261108, China)

The application fields of petrolatum tape cover (PTC) anticorrosion technology in China are reriewed, and economy and safety of this technology are analyzed. It is proposed that the development and application of anticorrosion industry should focus on comprehensive control by multi-technique and by a combination of key governance and conventional protection. The petrolatum tape cover anticorrosion technology has many advantages, such as low requirements surface treatment, acclimatization, structure adaptability, long-term anticorrosion and low full-life cost. It is a powerful supplement to the technical limitations of paint and coating on critical part of steel structures and facilities, such as marine steel structures exposed to splash zone, butt welded pipeline joints, valves, offshore aerogenerator foundation, and so on. The PTC anticorrosion technology forms comprehensive and long-term protection to protected objects, together with the other traditional anticorrosion technologies.

anticorrosion; petrolatum tape cover(PTC); steel structure

2014-12-15

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)(2014CB643304)資助

潘 杰(1970-),工程師,博士,從事海洋防腐新材料與工程技術、金屬材料保護等研究,18653230013,panjie1970@hotmail.com

10.11973/fsyfh-201512013

TG174； TU593； U657.3

A

1005-748X(2015)12-1170-04