海洋鉆井平臺防腐技術的研究

王 健

（中海油田服務股份有限公司，天津 300450）

0 引言

隨著地球資源的消耗，海洋無限寶藏的聚寶盆必將成為時代的新寵。21 世紀是海洋的世紀。然而，由于海洋的特殊環境，海上平臺的腐蝕是一個巨大的問題。因此，將介紹長期防腐材料和防腐技術的幾個特點，并討論新型防腐技術的應用。

1 管道被腐蝕的分類及機理

（1）涂層被可溶性鹽所破壞。涂層的穩定性是不與腐蝕性材料發生物理或化學反應的能力，但目前所有涂層都不是100%保護的，特別是在可溶性鹽的作用下。濕度是海洋環境最重要的特征，很容易對后續噴霧造成損害。

（2）管道被H2S 所腐蝕。腐蝕機理有2 個：①電化學失重腐蝕（圖1）；②應力腐蝕。應力腐蝕是指氫原子積聚在鋼表面的凹陷處，在一定條件下與H2結合，致使缺陷處的壓力增加，導致鋼變脆，產生裂縫和裂縫。

（3）海洋大氣條件的腐蝕。海洋的氣氛很特別，無論大氣腐蝕還是海水腐蝕，兩者都加速海上平臺腐蝕速率的電化學腐蝕的條件。

圖1 管道腐蝕原理

（4）海洋平臺飛濺區的腐蝕。在波浪與潮汐的作用下，飛濺區域的海水與空氣完全接觸，氧氣含量增加，濕潤部分長時間暴露在陽光下。鋼表面上的電解質濃度增加并且可能發生電化學腐蝕。飛濺區域通常受富氧噴霧的影響，這通常會導致保護層脫落并加劇腐蝕。

（5）潮差區的腐蝕。潮汐區一年四季都處于潮汐運動狀態。這導致涂層的大面積脫落和破裂，更是加劇了腐蝕。

（6）海水全浸區的腐蝕這導致涂層的大面積脫落和破裂，這也是進一步加劇了腐蝕。

（7）海泥區的腐蝕。完全沉沒的海水區域的腐蝕與溶解氧、鹽度、溫度等密切相關。其中，表面完全浸沒區域氧含量最高、腐蝕最嚴重。

2 管理措施

2.1 涂料涂裝防腐

如果發現噴砂不方便，用手工刮刀手動除銹，然后用壓縮空氣清潔表面，最后涂上保護底漆。這樣可以使涂層更高質量地完成，并降低腐蝕的可能性。

2.2 設備的防腐結構設計原則

（1）避免間隙的產生。海上平臺結構的建設將不可避免地存在差距。腐蝕后經常發生應力腐蝕和點腐蝕，進一步損壞設備。避免裂縫和引起腐蝕的方法是使用良好的設計和施工方法，并使用焊點來解決源頭的間隙問題。

本項目組在此次實踐過程中也發現了新的亟待解決的問題，例如怎樣提升藥品集中配送過程中的藥品查對準確性、怎樣減少藥品在轉運過程中的破損以提高藥品配送的質量。

（2）避免死角的出現。如果海上平臺施工設備的死區中存在液體殘留物并且未及時清潔，則這些液體在高強度陽光和海洋中高鹽霧濃度下極易發生局部濃度。濃縮物進一步導致腐蝕。應盡快標記并及時清理，以防止局部集中。

（3）建立預防性養護制度。發生嚴重腐蝕時，應通知相關負責人員進行審查和及時修復。應建立備用備件倉庫，存儲可用于更換的備件，以確保維護和早期檢測腐蝕部件能夠及早更換。

3 新型防腐技術

3.1 新型防腐涂料

3.1.1 高固體分、無溶劑防腐涂料

聚天冬氨酸樹脂聚脲涂料具有高固含量、低VOC（Volatile Organic Compounds，揮發性有機化合物）以及不錯的耐腐蝕性與耐候性。

3.1.2 石墨烯防腐涂料

石墨烯相對于其他的材料來說是一種最薄，最硬的納米材料，有非常穩定的混合結構和非常不錯的阻隔性能。涂層中的石墨烯形成致密的屏障，具有合理的屏蔽效果（圖2）。

3.2 熱噴鋁技術

熱噴涂技術是一種表面處理技術，它使用諸如氣體、激光和電弧之類的材料將碳化物、金屬和合金的材料加熱到半熔融或熔融狀態。

圖2 石墨烯防腐涂料“迷宮效應”示意

加工過程：采用獨特的冶煉工藝制備了多組分鋅鋁合金，冶煉后連續澆鑄多組分鋅鋁合金鑄錠。然后使用350～500 t 擠出機在（380～420）℃下熱擠壓該材料，并 使該材料通過圓形模頭以形成直徑為（4.5～8）μm 的線材。將鋼絲在真空退火爐中在（180～280）℃下退火（1.5～3.0）h 以進行拉伸。重復上述退火和拉伸步驟，直至產生（1.5～4.0）mm 的線。

3.2.1 金屬涂層

金屬涂層方法技術主要采用噴涂各種金屬的方法實現對海洋平臺的保護。該技術起源于20 世紀初，逐漸發展成為一種熱噴涂鋁防腐技術，以等離子和火焰為原料將金屬加熱至半熔化狀態。它可以有效隔離各種腐蝕性物質，保護海上平臺。另外，可以將一層樹脂施加到海上平臺的表面上以形成雙層復合涂層，以增強海上平臺的抗腐蝕能力。

3.2.2 技術要求

海洋平臺防腐中的熱噴鋁防腐技術主要需要采取以下步驟：首先，預處理海上平臺的表面；其次，海上平臺的表面應采用熱噴鋁處理；第三，將樹脂等材料應用于海上平臺的表面；第四，海洋平臺受到二次涂抹。當鋁線進入熔融狀態時，它可以噴涂在海上平臺上，厚約（85～100）μm，而且還能增強其金屬吸附能力。

3.2.3 優點

作為海洋平臺最好的防腐底漆，與其他防腐技術相比，熱噴涂鋁防腐技術可以有效保護海上平臺，具有高性價比和高穩定性，有效降低海上平臺日常工作和維護的成本。

3.3 環保型Al—Zn—Si 水溶性涂料

這種新材料是一種新的鋁鋅基合金，由微米級粉末和稀釋劑、固化劑和納米增強劑組成，形成水溶性合金涂層，適用于大氣降雨、高溫、咸霧、強風等海洋腐蝕環境。其關鍵技術有：①稀土鋁鋅硅粉的制備方法；②制取鉻酸鹽取代劑。

4 結束語

隨著中國海洋油氣資源的不斷發展，海洋平臺的不斷設計和建設，每年海上平臺的腐蝕問題都會造成大量的損失。目前海洋平臺腐蝕現狀對石油工業的發展極為不利。正因為如此，海上平臺的防腐已成為海上石油項目的重中之重了。因此，必須不斷研究海洋平臺的新型防腐技術，以確保海上平臺的安全，促進國家海洋油氣資源的開發。