７８科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ２０１０ ＮＯ．２８Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ工 程 技 术１ 前言海洋钢结构的腐蚀防护一直是海上开发关键的配套技术。
尤其在海洋浪花飞溅区,钢结构表面由于受到海水的周期润湿,长期处于干湿交替状态,氧供应充分,盐分不断浓缩,加上温度差异及风和海水同时作用时引起的波浪冲击等因素作用,腐蚀特别严重。
浪花飞溅区的腐蚀速度可比海水中高出3～10倍。
因此国内外对海洋钢结构浪花飞溅区的防腐技术都十分关注。
国外目前已研制成功一些防护新材料,如日本的Denso-EFT 及Denso —FRP 复层防蚀系统,并在施工、应用技术上积累了丰富的经验,成功地解决这个部位钢的腐蚀问题。
当前,国内对解决海洋钢结构物的大气和水下部位的腐蚀问题虽已获得较大进展,但对浪溅区这个关键部位的腐蚀问题,至今尚未有比较成熟的、经济有效的防护方法,基本上还停留在初步研究阶段。
埕岛石油开发区地处渤海湾西部,水深在20m 之内。
海水盐度在30.1～31.0之间,海水pH 8.05到8.21。
受黄河水的影响,图１ 腐蚀复层修复技术系统组成示意图ＣＢ２２单井海洋平台浪溅区腐蚀修复技术先导试验文世鹏１ 李言涛２ 路国章１ 朱长昊（１．中石化胜利油田分公司海洋采油厂 东营 ２５７２３７；２．中国科学院海洋研究所 青岛 ２６６０７１）摘 要:海洋钢结构的腐蚀防护一直是海上开发关键的配套技术,尤其在海洋浪花飞溅区,钢结构表面由于受到海水的周期润湿,长期处于干湿交替状态,氧供应充分,盐分不断浓缩,加上温度差异及风和海水同时作用时引起的波浪冲击等因素作用,腐蚀特别严重,本文就CB22单井的海洋钢结构物浪花飞溅区腐蚀复层修复技术进行了论证分析,并举有若干实例。
关键词:石油平台 浪溅区 腐蚀中图分类号:TGl72.6.TE985文献标识码:A文章编号:1674-098X(2010)10(a)-0078-03图２腐蚀复层修复技术系统施工工艺示意图图５平台施工的浪花飞溅区 潮差区部位图３ 平台修复全貌图４ 井口套管的腐蚀７９ 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ工 程 技 术２０１０ ＮＯ．２８Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ海水含沙量大,透明度低,渤海湾黄河入海口附近,海水含泥沙量较大,上表层海水最大含泥沙量为0.9kg/m3,海流速度也比较大,最大流速可达1.5m/s,在潮汐的作用下含沙海水可对海上钢铁构筑物(如平台桩腿)产生磨蚀,在冬季受流冰影响,流冰对装腿造成的破坏,极为严重,故而埕岛石油开发区的海洋石油平台较其它海域的平台,具有更为严酷的腐蚀环境。
目前,埕岛海上平台浪花飞溅区和潮差区采用的都是常规的防腐涂料,涂层破损、海生物附着现象严重,经对在役平台的检测表明浪花飞溅区的腐蚀也是最重的。
如何进行安全可靠、经济有效的修复,我们在材料、技术、经验上均处于空白,亟待解决。
我们引进日本的海洋钢结构物浪花飞溅区腐蚀复层修复技术,为了验证技术的可靠性,实现防护套材料的国产化,掌握相关的施工技术,选择埕岛油田CB22单井平台导管架进行现场修复试验。
２ 腐蚀复层修复技术系统概述腐蚀复层修复技术系统是一个提供更好保护的矿脂缠带和硬的玻璃钢(FRP)或者是增强玻璃钢(FRPP)或者是玻璃钢衬里的多重保护系统；更好的抗腐蚀性、持久的抗疲劳强度和冲击强度,复层腐蚀防护与修复系统可以给暴露在潮差区和浪花飞溅区的钢结构物提供更长时间的保护。
２．１系统组成（各层的结构）腐蚀复层修复技术系统包含4个保护层(如图1):矿脂膏,矿脂缠带或薄片,聚乙烯泡沫和玻璃钢或者增强玻璃钢外壳。
矿脂膏和矿脂缠带或者薄片作为腐蚀保护材料应用在钢铁上,玻璃钢或者增强玻璃钢外壳和聚乙烯泡沫作为保护层应用在矿脂膏或者是矿脂缠带上。
２．２特性表面处理简单,易操作,可靠性好,保护周期长·主要应用于浪花飞溅区或者潮差区的任何形状的结构物,对结构物无附加压力·优良的强度性能、弹性性能、抗冲击性·没有高温作业,无毒无污染。
２．３保护效果腐蚀复层修复技术系统中矿脂膏和矿脂缠带之所以具有更好的保护性,优秀的粘附性、与水隔绝性并且长期不会变质的特性,是因为添加有抗腐蚀材料。
正由于此原因,它们强有力的粘附在钢铁表面保护海水中的钢铁；另外,用一个坚硬的固体玻璃钢外壳保护矿脂缠带可以达到更好的保护效果(如表1）。
２．４腐蚀复层修复技术系统制作工序腐蚀复层修复技术系统的施工工序主要分四步:①表面处理:海生物、浮锈浮漆等要从钢表面清除。
②涂抹矿脂膏:矿脂膏涂抹在处理好的表面上。
③缠带子:矿脂缠带或薄片缠在矿脂膏上。
④安装外壳:保护外壳安装在带子上并用螺钉和螺母固定。
３ ＣＢ２２单井平台腐蚀修复实验３．１ＣＢ２２单井采油平台概况3.1.l 结构和防腐设计CB22单井平台结构由基础部分和上部平台两部分组成(如图2)。
平均设计水深为10.0m(黄海平均海平面),设计寿命15年。
导管架采用三腿导管架型式。
主导管采用φ1030×22钢管,成等边三角形布置,在标高2.2m 、-4.0m 处设加强段,采用φ1034×242钢管,导管架材料为D32钢。
平台甲板以下部分分布在飞溅区、潮差区和全浸区,要求防腐涂层具有突出的防蚀耐水性和良好的抗冲击性能,因而采用两道YJ06底漆、两道HS 厚浆性防腐漆、玻璃布增强厚浆型环氧沥青防腐漆特加强级的涂层配套结构。
考虑到飞溅区腐蚀的严重性和潮差区腐蚀环境的特殊性,对水下两米至平台甲板区域内的钢质结构,在上述防腐层上再涂三道HJ04-1面漆以提高涂层的耐干湿交替性能。
3.1.2平台腐蚀状况调查CB22单井平台桩腿的潮溅区涂层脱落出现明显锈蚀和海生物附着,局部保护层下腐蚀严重,出现鼓包和保护层破损现象(如图3)。
水平撑上部管壁薄厚大致相同,腐蚀程度较低(除掉表面保护层后,测得水平管壁厚分别为20.4,20.4,20.3,20.3,20.4mm),包覆的玻璃钢防护效果良好,但在节点处和与其他结构连接处出现明显的大面积腐蚀和局部腐蚀。
在最初缠绕玻璃丝布进行腐蚀保护的海管上的保护层基本破坏,一条自上而下的1m 长3cm 宽0.6cm 深的凹槽内因当初的处理不佳,在玻璃丝布内存满了污泥等杂物,基体腐蚀严重。
水平焊缝处玻璃丝布涨裂,基体腐蚀严重。
井口套管由于没有进行任何保护,锈蚀十分严重,锈层厚度10mm 左右,打掉锈层后,发现钢管表面布满半径不一的蚀坑,蚀坑最大深度在5mm 左右,浪溅区钢铁厚度最薄处只有4mm,最厚处也不到9mm(8.8,7.5,5.2(小坑),4.3(坑),4.0(大坑)mm)。
但中间桩锈蚀非常严重,管壁薄厚不一,最薄处只有4mm 左右,最厚处也不足9mm 。
３．２海上施工3.2.1防腐施工部位和面积施工高度低潮位上0.5～4m 。
实际防腐总面积49.0m 2,玻璃钢外壳数量和面积30.9m 2,现场制作玻璃钢面积18.1m 2(如图3、图4、图5）。
3.2.2施工过程(1)表面处理。
首先对大面积防腐部位用石英砂进行喷砂处理,达到一般刷涂涂料的Sa2级标准,其他部位采用手工除锈,中间的井口套管锈蚀较严重,先用锤子把浮锈敲掉。
其它桩用钢制铲刀和铲子将节点处浮锈鼓包去除,潮差区部分附着海生物主要是海蛎子,用钢铲铲除；附着的海藻等用钢刷和粗砂纸清除。
用氧乙炔气焊机将影响施工的分布在三根桩腿上三根废弃灌浆管线水面以上部分切除,并切除管桩上的一些明显的钢铁突起物。
(2)涂抹矿脂膏。
划定施工面积,有锈坑或凹陷处需要抹平,将孔隙堵塞。
光滑部分需矿脂膏300g/m 2左右,粗糙部分需矿脂膏400～500g/m 2左右。
(3)缠矿脂缠带。
第一圈缠两层,以后各层叠加一半,必须保证各处至少两层。
缠时稍用力将矿脂缠带拉紧铺平,将里面空气压出。
如果缠得不好,可以撕开重新缠好。
垂直部分缠好后。
在节点处可粘贴矿脂缠带,将矿脂缠带剪成合适的长度一段一段缠好,但必须保证各处至少缠了两层。
(4)节点处玻璃丝布缠法和玻璃钢衬里制作。
由于节点处不能使用玻璃钢外壳,故采用缠多层玻璃纤维制作玻璃钢衬里。
将节点处用矿脂缠带缠好后,再用无纺布缠表１ 使用矿脂缠带的腐蚀保护实验结果（实验周期：１１６８天）图６完工照片图７ 施工完成后一年半平台状况２０１０ ＮＯ．２８Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ工 程 技 术好,用绳子和胶带粘好。
无纺布起防水、隔热、防止油脂渗出的作用；不饱和聚酯树脂和固化剂及颜料混合搅匀后,刷于无纺布上；然后将剪成合适大小的短切毡贴上,再涂不饱和聚酯树脂,保证树脂充分浸润玻璃丝布,里面无气泡；一层完毕后,同样方法弄第二层,第三层。
1m2使用不饱和聚酯树脂大约为3.5kg。
在进行玻璃钢衬里现场制作时,一定要在海水溅不到的情况下进行施工,否则缠玻璃丝布时因水位太高而溅到了海水,不得不重新缠绕。
(5)安装玻璃钢外壳。
在直管部分安装玻璃钢外壳,以Φ600×1700L玻璃钢外壳做示范,在玻璃钢外壳对接处安装有挡板,挡板的作用是防止进水冲刷,尽量避免进水,但少量进水影响不大。
施工中,井口套管玻璃钢外套和导管架横撑玻璃钢外套结合处重叠,对玻璃钢外套进行破口加工,在缺口处应填满水中固化性环氧树脂进行密封。
(6)试片安装。
试片为尺寸:20 mm×50 mm的Q235A 钢片,未保护试片与保护试片保持同一高度,距平均低潮位的高度分别为+3.0m、+2.5m和+1.0m。
①未保护试片。
未保护试片安装在绝缘板上,用水中固化树脂密封周边及涂漆部分,用U形套管在电缆保护套管上安装未保护试片共六片,三组,C1、C2；C3、C4；C5、C6。
②保护试片的安装。
保护试片竖直平行安装在试验窗的上半部。
试片的数量:每个试验窗安装三片。
本次试验共计三个试验窗,P1,P2,P3；P4,P5,P6；P7,P8,P9分别安装在三个不同的试验窗。
试片表面涂上矿物油脂,贴两层14×14的矿脂缠带,安装试验窗口外盖,固定结实,安上玻璃钢螺丝帽,在试验窗口四周孔隙处,涂上水中固化环氧树脂。
(7)两端处理和螺栓紧固。
在玻璃钢外壳上部有1cm的槽,安装完毕后,需塞于水中固化型环氧树脂密封；水中固化环氧树脂的使用方法,环氧树脂与固化剂的比为1:1,固化时间为1～2h；在直管的外壳下部焊接固定铁箍,防止护套下滑；螺栓要隔天用专用扳手拧紧,共紧三遍,确保拧紧；玻璃钢外壳对接处采用橡胶垫密封代替挡板,效果会更好。