海洋平臺水上鉆采裝備涂裝防腐蝕技術(shù)

虞 文

(1.寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞 721002；2.國家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西 寶雞 721002)

海洋平臺或船甲板上的石油鉆采裝備主體材質(zhì)為低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，易受海洋大氣環(huán)境侵蝕。海洋平臺作業(yè)期間，裝備維修保養(yǎng)難度大、作業(yè)周期長，一旦發(fā)生腐蝕失效將影響鉆井進度，嚴重時還會威脅平臺的整體安全。為降低腐蝕帶來的風險，大部分海洋平臺要求設(shè)備防腐蝕壽命應(yīng)超過15 a，這直接促成了長效重防腐涂料在海洋平臺鉆采裝備上的應(yīng)用[1-3]。

1 腐蝕環(huán)境

根據(jù)相關(guān)標準劃分[4]，海洋大氣歸于CX類腐蝕環(huán)境，低碳鋼暴露在其環(huán)境下的腐蝕速率可達200～700 μm/a。最新標準沒有給出適用于CX腐蝕環(huán)境，使用壽命為“高”時的涂裝配套。

2 典型涂裝配套

2.1 裝備外表面通用涂裝配套

裝備外表面包括各類鉆采裝備外表面、罐體外表面和房體外表面等，大多采用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧中間漆/環(huán)氧云鐵中間漆+聚氨酯面漆的涂裝配套，總干膜厚度320 μm[5]，其涂裝配套見表1。

表1 裝備外表面通用涂裝配套

2.2 耐磨涂裝配套

受人員頻繁踩踏影響，二層臺、梯子及各種走臺上的涂料容易因磨損而過早脫落，選擇涂料時除了注重防腐蝕性能外，還應(yīng)兼顧一定的耐磨性。一般采用的底漆、中間漆與裝備外表面通用涂裝配套一致，面漆選用添加助劑提高耐磨性能的聚氨酯漆并適當增加厚度。在有防滑要求的場合，還可在涂料涂覆過程中摻入防滑砂，形成顆粒狀外表面，提高摩擦力，保障人員通行安全。

2.3 耐油/水涂裝配套

泥漿罐、原油罐、工業(yè)水罐等罐類，部分鉆采裝備的潤滑油池等裝備，長期接觸水、油等介質(zhì)，需要從內(nèi)腔局部環(huán)境腐蝕特點出發(fā)制定相應(yīng)的內(nèi)表面涂裝配套。通常采用耐水、耐油和耐化學(xué)品性能良好的酚醛環(huán)氧涂料作為該類裝備的涂裝配套。典型的耐油/水涂裝配套見表2。

表2 耐油/水涂裝配套

2.4 耐熱涂裝配套

燃燒管、柴油發(fā)電機煙道等設(shè)備工作溫度為400～500 ℃，而普通環(huán)氧涂料耐熱不超過120 ℃，故不能采用。有機硅涂料以高鍵能的Si—O鍵為主鏈，具有較高的熱穩(wěn)定性，常用于耐熱工況。典型的耐熱涂裝配套見表3。

表3 耐熱涂裝配套

2.5 熱浸或熱噴涂表面涂裝配套

海洋石油平臺項目上，通常要求對井架主體等重要鋼結(jié)構(gòu)件進行熱浸或熱噴涂鋅、鋁，并在表面涂敷重防腐涂料的方式進行防腐蝕處理。熱浸或熱噴涂常用的鋅、鋁的標準電極電位分別為-0.76 V和-1.66 V，對鋼鐵能起到陰極保護作用，其衍生物也會覆蓋在涂層表面起到封閉作用[6]。在鋅/鋁層的陰極保護和屏蔽雙重作用下，可大幅延長裝備的防腐蝕壽命。一般多采取在鋅層表面噴涂環(huán)氧底漆+環(huán)氧中間漆+聚氨酯面漆的涂裝體系來防腐蝕。鋅/鋁熱噴涂表面的一般涂裝配套見表4。

表4 熱噴涂表面涂裝配套

熱浸表面較光滑不利于涂料附著，應(yīng)先進行清掃和噴砂處理，適當增大表面粗糙度以提高涂料的附著力。熱浸采用的涂裝配套與熱噴涂表面一致，但所需的干膜厚度略薄。

3 涂裝前表面處理

3.1 表面清洗

在加工制造以及試驗的過程中，石油鉆采裝備會接觸到油品、化學(xué)品、雜質(zhì)及污物等各類污染物。附著力較差的污染物可以通過擦拭或高壓清洗機清洗除去；對于不易除去的油脂類污染物，應(yīng)使用適合的溶劑進行清洗。

3.2 噴射除銹

采用金屬或非金屬磨料進行噴射除銹是一種比較理想的除銹方法，經(jīng)噴射除銹的表面應(yīng)達到規(guī)范要求的Sa2.5級。鋼材表面經(jīng)過噴射除銹后，不僅能徹底除去影響涂料附著力的鐵銹和氧化皮，還能使表面獲得一定的粗糙度，讓涂料獲得更多錨固點，顯著增加金屬與涂料的接觸面積，提高涂層的附著力。但粗糙度過大會造成涂料遮蓋困難，所以常見的粗糙度Rz要求為30～85 μm。另外，為避免返銹，經(jīng)過噴射除銹的鋼材表面應(yīng)在4 h內(nèi)噴涂一道完整的底漆。如果噴漆前已經(jīng)出現(xiàn)銹蝕，就必須重新除銹。

3.3 清潔除塵

鋼材表面殘存的任何雜質(zhì)都有可能對涂料的附著力產(chǎn)生不利影響，所以在涂裝前還需要再次清理，檢查灰塵殘留量合格后方可涂漆。相關(guān)標準規(guī)定了噴砂后鋼板表面灰塵清潔度等級，可使用無色透明膠帶粘貼在待涂敷的鋼材表面，充分壓實后撕下，并粘貼在白紙上，再與標準中的圖樣進行對比，評定灰塵清潔度等級。一般要求檢查結(jié)果優(yōu)于2級方可進行涂漆。

4 涂裝施工環(huán)境

4.1 環(huán)境溫度

環(huán)境溫度影響化學(xué)反應(yīng)速度，直接影響涂料固化時間。條件允許的情況下，應(yīng)適當提高環(huán)境溫度，加快涂料固化進程以提升涂裝效率。溫度越低涂料固化越慢，尤其是環(huán)氧類涂料，在10 ℃下固化將變得非常緩慢，在5 ℃下固化幾乎停止[7]。但固化過快的涂層易產(chǎn)生針孔、橘皮等問題，因此涂裝的環(huán)境溫度應(yīng)保持在一個合適的范圍內(nèi)，一般要求為10～35 ℃。

4.2 空氣濕度

空氣濕度是衡量空氣中水汽含量和濕潤程度的指標。通常情況下，要求涂裝施工環(huán)境的空氣相對濕度不能超過85%。

4.3 環(huán)境露點

環(huán)境露點太高使得鋼材表面容易結(jié)露，導(dǎo)致噴射除銹后的表面快速返銹，還會產(chǎn)生水膜直接影響涂料的附著力。要求噴射除銹和涂料施工時，鋼材表面溫度應(yīng)不低于環(huán)境露點+3 ℃。

5 涂層質(zhì)量檢驗

5.1 干膜厚度檢驗

磁性鋼材上的非磁性涂層可使用磁性測厚儀來測量涂層的厚度。通常要求厚度檢驗符合“雙90”規(guī)則，其含義為：90%的檢測點測得的干膜厚度應(yīng)大于要求的最低干膜厚度值，剩余10%的檢測點測得的干膜厚度應(yīng)大于要求最低干膜厚度值的90%。需要注意的是，磁性測厚儀對幾何意義上的中斷結(jié)構(gòu)非常敏感，在孔、角和邊緣處測得的結(jié)果可能是無效的，在曲面上測量結(jié)果也會出現(xiàn)誤差[8]。

5.2 外觀檢驗

鉆采設(shè)備上的漆膜外觀檢驗主要依靠有經(jīng)驗的檢查人員肉眼評定。產(chǎn)品的每道漆膜應(yīng)無漏涂、氣孔、裂紋、流掛、刷痕、起泡和雜質(zhì)等缺陷。最終涂裝成品應(yīng)外觀平整，顏色均勻一致。如使用高光面漆，則產(chǎn)品表面還應(yīng)具有相應(yīng)的光澤，呈現(xiàn)良好的裝飾效果。

5.3 附著力檢驗

設(shè)備表面涂裝質(zhì)量的主要指標是涂層附著力。海洋環(huán)境下涂裝配套干膜厚度普遍超過300 μm，采用拉開法進行涂層附著力檢驗不易受人員操作水平和材料的影響，是較為理想的檢驗方法。常見的檢測設(shè)備有F106型、F108型和506型附著力測試儀。按照標準要求，對于干膜厚度超過250 μm的涂裝配套，其附著力不應(yīng)低于5 MPa。

6 結(jié) 語

隨著國內(nèi)海洋油氣開發(fā)的進展，海洋平臺鉆采裝備領(lǐng)域的涂裝配套和應(yīng)用技術(shù)已比較成熟，以環(huán)氧、聚氨酯類涂料為主的重防腐涂料已在一些海洋平臺上得到應(yīng)用并經(jīng)受住了現(xiàn)場考驗。采用合理的涂裝配套體系和表面處理，可以保障防腐蝕涂層質(zhì)量和防腐蝕效果。