南海深水油氣田浮式生產設施防護涂層施工及檢驗

劉 存， 張有慧， 劉俊斐， 萬秀林， 王瑞平

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

0 引 言

我國南海油氣資源極其豐富，石油地質儲量在230～300億噸之間，70%蘊藏于深海，但深水區域特色的自然環境和復雜的油氣儲藏條件決定了深水油氣勘探開發具有高投入、高回報、高技術、高風險的特點[1]。深水油氣資源開發多采用SEMI FPU+水下生產系統或“海底工廠”+外輸管線聯合模式、FPSO+水下井口聯合開發模式、TLP(或SPAR)+水下井口+外輸管線開發模式等。深水油氣開采設施結構復雜、服役壽命長、防腐要求高、涂層維護難度大。

國際海事組織海上安全委員會相關決議內容——保護涂層性能標準(IMO PSPC)規定的涂層性能要求通常基于涂層達到15年的目標使用壽命，而半潛浮式生產平臺一般目標使用壽命設計為25～30年，對涂層系統保護性能要求更為苛刻。涂層系統達到其目標使用壽命取決于涂層系統設計、表面處理、涂裝施工質量，以及涂層檢查及維護等。

1 涂裝施工及檢驗

1.1 一次表面處理與車間底漆

鋼材運抵建造場地，在使用之前一般會存儲一段時間，受存放條件制約，暴露在露天環境下，因雨雪、凝露、鹽霧離子等腐蝕因素，造成鋼材發生腐蝕。特別工程上俗稱“麻點”的點蝕，“麻點”板導致鋼板理論可用厚度減薄，嚴重時導致鋼板降級使用。筆者所在建造場地就曾發生過70 mm厚板，存放過程中因點蝕原因導致板材實際使用厚度不滿足圖紙要求，不得以重新采辦新板替換的案例。所以鋼材進廠后，在加工以前對鋼材的原材料先進行處理，除去表面的氧化皮和銹蝕，達到除銹標準后涂上臨時保護車間底漆，以確保鋼材在加工制造構件過程中不會再繼續腐蝕，這一階段的鋼板處理稱為鋼材的表面預處理或一次表面處理，其優點是施工方便、保證涂裝質量、節約人力財力、縮短后期涂裝的施工周期。

一次表面處理通常采用自動化生產線對鋼板或型鋼進行自動噴砂處理，噴涂預處理車間底漆。采用鋼丸作為噴砂磨料，表面處理后粗糙度等級達到近Sa 2.5等級，表面處理殘余可溶性鹽等效NaCl含量≤5 μg/cm2。預處理階段使用的車間底漆對板拼板作業、結構分段組立等各階段焊接效率影響較大，應選用可焊接性車間底漆，且漆膜厚度應控制在10～30 μm之間。

1.2 二次表面處理

表面處理另一個階段則是在鋼材加工成工件后合攏成整體時，要進行涂裝所做的鋼材表面處理，稱為“二次表面處理”。表面處理的目的主要如下： ①結構處理——對于底材本身必須進行一定的處理，如銳邊的打磨、側角的磨圓、飛濺的去除、焊孔的補焊和磨平，這些問題對于涂層的完整性，附著力有很大影響，所以必須在除銹前進行處理。②表面清理——除去表面上對涂料有損害的物質，特別是氧化皮、鐵銹、可溶性鹽、油脂、水分等，如果表面處理不徹底，殘留雜質污物將影響涂層的保護效果。③表面粗糙度——表面粗糙度增大了對涂層接觸表面，并有機械接合作用，提高涂層對底材附著力，但粗糙度不能過大，否則在波峰處往往會引起油漆膜度不足，引起早期點蝕，而且在較深的凹坑里截留氣泡，成為涂層鼓泡根源。

對于車間底漆的存留，普通船舶建造涂裝參照國際海事組織IMO-PSPC MSC.215—2006《所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側處所保護涂層性能標準》的相關規定要求進行，完好部位車間底漆可保留作為整個涂層系統的一部分，降低了二次表面處理等級的要求。但是，SEMI FPU防腐涂裝要求高，預處理底漆一般僅作為鋼材表面臨時保護，在二次表面處理時，所有鋼材表面的預處理底漆都應100%去除，重新噴砂處理至Sa 2.5等級；表面粗糙度介于50～80 μm；清潔度一般要求至少達到標準ISO 8502-3-2017[2]規定的2級。噴砂處理后在第一道油漆施工前，碳鋼結構表面可接受的水溶性鹽份最大值一般不超過3 μg/cm2。檢測水溶性鹽份度，一般按照標準ISO 8502-6-2006[3]相關規定從基材表面提取污染物，并按照標準ISO 8502-9-2015[4]相關規定對水溶性鹽進行定量檢測。

1.3 涂裝前準備

涂裝施工前，應對油漆進行充分的混合攪拌，確保多組分油漆按配比混合。有的雙組份涂料必須按說明書的要求進行熟化；熟化可以避免涂料“移滑”。海洋工程領域主流油漆品牌多采用雙組份油漆配套，一套油漆分基料桶和固化劑桶成套供貨，攪拌時只要將固化劑倒入基料桶進行充分混合、攪拌即可。

一般不推薦在油漆中添加稀釋劑，若需要只能使用涂料供應商指定的稀釋劑，并嚴格按照涂料供應商要求進行添加。稀釋劑添加過多易導致涂層流掛、氣孔等漆病，影響涂層質量。

涂裝施工時，應保證待涂鋼板表面溫度不低于露點以上3℃，空氣相對濕度不大于85%或涂料供應商的推薦值，施工環境溫度一般不低于10℃，鋼板溫度不高于45℃。環境條件應按照標準ISO 8502-4-2017[5]定期監測。

1.4 船級社的驗證和審核

在正式涂裝施工之前業主和船級社需要提前審核涂裝施工程序、三方檢驗協議、海水壓載艙涂裝施工程序、淡水艙洗艙泡艙方案等關鍵涂層技術文件。完工階段還需要提供海水壓載艙涂層技術文件(PSPC CTF)等文件，以及完善三方檢驗協議，供業主和船級社審查，備入級和簽發船機證書使用。

在審查PSPC CTF文件之前，業主和船級社會核查油漆產品說明書和關鍵涂層系統配套符合證明或認可證書符合相關規范要求；審查涂層檢驗員的資格；核查檢驗員關于表面處理和涂層涂裝的報告；對檢驗員使用三方檢查協議中所述的設備、技術和報告方法的情況進行檢查。涂裝施工前，業主、建造方和涂料生產商就表面處理和涂裝過程的檢查協商一致后達成一個協議，該協議由建造方提交船級社審查[6]。

在涂裝施工階段，業主涂裝檢驗代表、船級社檢驗代表，在三方檢查協議規定各檢查點參與或監督涂裝質量檢測。

1.5 涂裝施工

預涂是保證不易涂裝區域獲得良好涂層厚度的重要措施。構件大面積噴涂前，必須進行預涂。預涂一般采用手工刷涂，個別情況采用噴涂。預涂部位包括型材反面、板材邊口、各種孔、粗糙的焊道、表面的凹凸不平、焊道裂縫、咬口、自由邊、扶梯和扶手、螺絲和螺栓、結構復雜難以噴涂的部位。預涂油漆應使用與前道油漆有對比顏色的油漆。

為獲得規定的名義干膜厚度(NDFT)，噴涂過程中應隨時用濕膜測厚儀測試濕膜厚度(WFT)，然后根據濕膜厚度進行調整，以確保達到規定的干膜厚度。SEMI FPU專用海水壓載艙和貨油艙油漆干膜厚度(DFT)測量需按照IMO PSPC標準要求執行90/10規則；其他部位一般遵循80/20規則，并按照ISO 2808-2019[7]和ISO 19840-2012[8]標準執行。各部位的DFT最大值參照涂料供應商的推薦。

涂料與基底、各涂層之間應具有良好的附著力，這是保證涂層防腐性能的重要保障。當涂層NDFT超過150 μm須按照ASTM D4541-2017[9]標準采用拉拔試驗儀檢測拉力要求： 富鋅底漆涂層體系≥5 MPa(725 psi)；非富鋅底漆涂層體系≥7 MPa(1 015 psi)；液艙涂層或罐內襯體系≥10 MPa(1 450 psi)；當涂層NDFT不高于150 μm時，須按照ISO 2409-2013[10]交叉切割附著力試驗檢測結果要求為0級。

1.6 淡水艙特涂及洗艙泡艙

淡水艙涂料不僅要保護鋼質水艙不受腐蝕，還要保證水的質量。因此該涂料要有很好的耐水性和耐化學品性，不因漂白粉和其他消毒劑的作用而導致漆膜破壞，也不能使水產生異味，更不能使有毒物質滲透到水中，一般采用無溶劑類型涂料。飲用水艙無溶劑環氧油漆，對施工溫度、通風等要求高。同時，該類型油漆硬度高，修補困難，若修補不好極易產生針孔等缺陷，易造成水質污染。

當溫度低于10℃，無溶劑環氧漆中固化劑與空氣不能發生反應，不能固化成膜時，易產生流掛和胺分解，胺與空氣中的二氧化碳和水汽發生反應，在其表面形成白色物質；致使漆膜發黏，繼續施工下一道油漆將導致涂層附著力降低。當基材溫度過高時，漆膜中的溶劑或空氣釋放會形成氣泡并爆裂，濕膜來不及自流平形成連續漆膜，將造成縮孔。因此，涂裝施工時鋼板的溫度需控制在10～40℃之間；油漆固化過程中艙板及艙室環境溫度需維持在10℃以上，持續半個月時間；艙室空氣相對濕度也應控制在55%以下。

飲用淡水艙油漆完全固化后需進行洗艙泡艙作業，確保艙內涂層不會對盛裝的淡水符合地方法規產生影響后，方可交付使用。

2 涂層缺陷修補及維保檢驗

2.1 涂層缺陷修補

涂層缺陷的修復伴隨建造施工全過程，鋼基材涂層缺陷修補采用原涂裝系統進行修復。熱浸鍍鋅構件因施工過程中由切割、焊接、機械磕碰等造成的破壞，應盡可能返廠重新浸鍍。小面積熱浸鍍鋅層損壞若無法重新浸鍍修復，可按照標準ASTM A780-2015[11]相關推薦做法進行修補，優先推薦采用熱噴涂鋅修補，其次采用油漆修補。

油艙、化學品艙內部防腐采用厚膜型酚醛環氧漆，漆膜致密、腳鏈密度高、耐高溫、耐化學品性能極佳。但酚醛環氧類油漆產品的固化反應對環境溫度、通風等要求較高。若固化時的溫度低于10℃，環氧基與氨基的反應受到影響，漆膜無法正常固化的風險極大。所以該類型產品通常都要求干燥溫度在10℃以上，施工完畢后保持溫度、通風、連續干燥至少192小時，保證產品的初期固化性能良好。當固化不充分時，其固化劑中的小分子胺容易游離至漆膜表面，繼而與空氣中CO2和水反應，形成銨鹽，即胺析出現象。胺析出會影響涂層間的附著力，及漆膜分身的性能。

酚醛環氧低溫施工、固化后涂層表現出結合力不足、分層、脫落等現象，表明已經發生胺析出現象，需要進行重新噴砂處理，按施工程序要求重新涂裝施工。

2.2 涂層維保檢驗

油漆質保一般包含油漆質量質保和施工質量質保2個方面，一般由項目建造方聯合油漆制造商一同提供聯合質保。油漆制造商應保證所有關鍵油漆系統的性能在一般條件和數據規范規定的保證期內保持令人滿意。而建造方涂裝施工過程各環節都由油漆商技術服務支持人員全程指導，并簽署報檢單，證明施工過程符合要求。所以，如果油漆在質保期內出現缺陷，油漆制造商應免費采取任何必要的補救行動。油漆商應按照與建造方、業主之間的合同規定，支付油漆失效或缺陷區域的修理、更換和全部重涂油漆費用。

銹蝕程度依據標準ISO 4628-3-2003[12]判定3年內不超過Ri2級；之后2年銹蝕等級不超過Ri3級。10年之內涂層因磨蝕或粉化造成的干膜厚度減薄量應小于原涂層總膜厚的15%。油漆不得有任何缺陷，如側蝕、開裂、龜裂、起皺、任何尺寸的起泡、脫皮、剝落、層間脫層和任何其他可歸因于不正確的油漆配方和生產、油漆系統規范和/或油漆應用的異常現象。油漆招投標需油漆商同時提交一份涵蓋主要區域和關鍵區域油漆產品性能的擔保函。

3 結 語

(1) 預處理車間底漆的可焊接性是影響船板拼接作業、分片組立功效的關鍵。

(2) 表面處理質量和施工環境影響涂層質量，應予以特別關注。

(3) 涂裝施工及檢驗過程應嚴格遵照經審核同意的程序方案，應盡量減少涂層破損修補。