福建LNG专用卸料码头防腐工艺探讨

2013-12-23陈清兵李俊中沈宗荣李超平

天然气与石油 2013年1期

陈清兵李俊中沈宗荣李超平

中海福建天然气有限责任公司，福建莆田 351100

0 前言

中海福建天然气有限责任公司所属LNG专用卸料码头及栈桥的桥墩多数为钢管桩，还有少量灌注桩，投产四年以来，钢管桩表面附着了大量海生物，局部腐蚀严重，防腐效果远没有达到防腐设计要求。

为防止码头钢结构腐蚀，目前国内大多港口采用涂料或阴极保护方式，有些港口也采用涂料加阴极保护联合防腐方式，福建LNG卸料码头原来采用的就是这种联合防腐方式。鉴于目前福建LNG卸料码头钢管桩腐蚀严重，急需改变原来的防腐方式及防腐材料。目前新型防腐蚀材料开发迅速，不断有新型涂料或其它防腐材料出现。作为钢管缠绕材料的新型聚乙烯防腐带的应用越来越广泛。这种材料具有耐腐蚀性强、寿命长、施工简单、对环境污染小及投资小的特点，在码头防腐中呈现出逐渐替代涂料的趋势［1-5］。

1 码头钢管桩腐蚀原因及特点

码头钢管桩的腐蚀原因可重点从其所处的海洋环境分析。海洋腐蚀环境的划分与该处海水中含氧量、含盐量、风力、湿度、温度都有关系，同一个部位处于不同的海域，其腐蚀程度不同。根据海洋环境特点，其腐蚀环境可分成5个区域［6］，见图1。

大气区：钢管桩受海水浪花冲刷部分以上的区域，该区域主要受海洋潮湿空气的侵蚀，腐蚀较严重。

飞溅区：在海洋环境中腐蚀最严重的部位是在平均海潮以上的飞溅区。湿表面与干表面的交替作用和浪花冲刷会造成极其严重的腐蚀破坏。

潮差区：钢结构在潮差区的腐蚀速率较飞溅区低。潮差区水线上方与下方的氧浓度不同，形成回路，由此成为一个氧浓度差宏观腐蚀电池，即整个潮差区中每一点分别受到了不同程度的阴极保护，所以潮差区每一点受腐蚀程度都不尽相同。

水全浸区：水全浸区分为浅海区与深海区，在海水全浸区的腐蚀中，浅海区含氧量比深海区大，腐蚀速率也比深海区快得多。

海泥区：存在盐类与海底细菌，由于埋于地下受海水影响少，且温度低，腐蚀程度小，只是在海流作用交界处有一定腐蚀。

图1 码头钢管桩不同区域腐蚀速率

一般而言，处于飞溅区的钢管桩由于其表面连续不断地被海水湿润，且海水中含氧量充分、含盐量高，加上海水的冲击作用，腐蚀速度很快。处于潮差区的钢管桩由于低潮位以下全浸区供氧相对较少而成为阳极，使腐蚀加速；而最高潮位与最低潮位之间的部分因供氧充分，成为阴极，反而受到一定程度的保护，腐蚀减轻，但总体而言，其腐蚀环境对钢管桩依然有较强腐蚀力。

2 防腐方案筛选

2.1 阴极保护

自20世纪60年代初，阴极保护技术由英美等工业发达国家首先应用于海港钢结构防腐。目前该技术已成为一项成熟的防腐蚀技术。

阴极保护按其取得保护电流途径不同，可分为强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种。二者都是比较典型的保护方法，应用较多，发展较快，但使用时有很多限制。对于强制电流阴极保护，在阴极保护系统中要严格保证钢结构和阳极系统之间完全隔开，绝不允许有直接的金属接触，施工比较复杂。不同保护区域内的钢结构必须保证电绝缘，辅助阳极系统与被保护钢结构之间电绝缘，否则会引起“杂散电流”腐蚀。而对于因防雷需要而将钻孔桩、承台、墩身、箱梁钢筋全部连接成回路的桥梁而言，实施阴极保护不仅难度大，且可能遭受雷击。此外，采用强制电流阴极保护法时电流来源无法保证，故该方法可操作性不高。

牺牲阳极保护法是比较适合码头钢结构防腐的方法，设计布局相对容易，结构简单，不需专人管理，一次投用无需维护；投资和运行所需一次性成本不高；稳定性高，几乎不存在电位不均匀和电源中断问题；不易产生过保护、欠保护所带来的“氢脆”和“电干扰”等现象；避免了强制电流阴极保护法的各种限制，因此比较适合福建LNG专用卸料码头钢管桩防腐［6-7］。

2.2 码头钢管桩外防腐层筛选

2.2.1 涂层防腐

涂层防腐是应用最为广泛的防腐措施。由于码头钢管桩长期处于恶劣的腐蚀环境中，使用期间维修困难，一般情况下多采用高性能重防腐涂料防腐，主要品种有环氧粉末涂料、聚氨酯涂料、改性环氧玻璃鳞片涂料和聚酯玻璃鳞片涂料等，目前国内外对应钢管桩大气区、飞溅区、潮差区及全浸区分别有些应用效果较好的组合［8］。

2.2.1.1 大气区

大气区应用效果较好的重防腐涂料组合［9］，见表1。

表1 大气区应用效果较好的重防腐涂料组合

2.2.1.2 飞溅区

飞溅区是整个钢管桩腐蚀情况最严重的区域，也是最难实现良好防腐效果的区域，目前针对飞溅区防腐涂层主要采用热喷锌铝涂层，涂层组合一般为热喷锌铝涂层+封闭涂层，厚度达到200 μm的热喷锌铝涂层在飞溅区可以起到一定防腐作用［6］。

2.2.1.3 潮差区

潮差区因腐蚀环境比较恶劣，目前多使用玻璃鳞片涂料+富锌底漆组合，应用效果较好［8-9］，见表2。

表2 潮差区应用效果较好的防腐涂料组合

2.2.1.4 全浸区

全浸区的腐蚀程度比大气区严重，但比飞溅区轻。全浸区一般采用阴极保护或涂料与阴极保护的联合保护，很少单独采用涂料保护，原因是目前防锈、防污涂料使用期限很难实现对码头钢结构的长期有效保护。目前全浸区应用效果较好的防腐涂料组合见表3。

虽然针对钢管桩不同区域均可选择合适的涂装涂料，施工却是个很大的问题。困难在于：钢管桩表面处理除锈和清洁该如何做，尤其是水下部分和受海浪冲击的部位；水下部分涂漆如何保证涂装均匀，并减少材料浪费；怎样确立每一工序的施工质量标准，以及如何进行质量检验和监督；如何克服施工时钢管桩区段受潮位制约的影响因素。目前针对以上问题虽有不同解决方案，但总体实施起来太过复杂，难以完全实现，而且分别涂刷的施工成本也较大。

表3 全浸区应用效果较好的防腐涂料组合

2.2.2 聚乙烯防腐带防腐

从20世纪60年代开始，聚乙烯防腐带就在油气钢质管道上作为外防腐材料广泛应用。由于防腐性能优良且施工方便，其在管道防腐材料体系中占有一定地位。

聚乙烯防腐带防腐体系一般由：底漆—防腐带—保护带构成，体系中底漆由丁基橡胶和增粘树脂经有机溶剂配制而成，保证与钢管具有很好的粘接力；防腐带由聚乙烯基膜和丁基橡胶胶粘剂组合构成，机械强度和粘接密封性能较好，并且丁基橡胶还具有自融粘接的自修复功能；保护带一般是由机械强度较好的聚丙烯材料制成。目前有些改性聚乙烯防腐带防腐体系可以做到不需要底漆与外保护带，直接缠绕依然有良好的防腐效果［10］。

改性聚乙烯防腐带多年的现场应用经验证明聚乙烯防腐带具有优异的使用性［11］。

a）与钢管粘接较好，剥离强度可以达到18～30 N/cm，可有效阻止液体介质渗入钢管表面。

b）延展性较好，可在较大温度范围内应用并保持其柔韧性。

c）具有良好的抗阴极剥离性能，在油气管道及码头钢管桩防腐中可采用阴极保护与外缠聚乙烯防腐带两种方法联合防腐，提高防腐效果，且不存在相互排斥的现象。

d）电绝缘性较高和吸水性及水气渗透率较低。在码头钢管桩防腐中可有效防止水气渗透，延长钢管桩适用寿命。

e）施工工艺简单，首先表面处理无需很高要求，水面部分除去钢管桩表面锈迹、脱落漆膜及海生物即可缠绕施工，水下部分可采用高压水枪清除海生物及其它附着在钢管桩表面的杂质，缠绕施工可采用工具缠绕也可手工缠绕，操作灵活。

f）目前国内外均有部分改性聚乙烯防腐带施工不需要涂刷底漆，节约成本，减少环境污染。

2011年7至10月，选用德国防腐带供应商Vogelsong的C50型新型改性丁基橡胶防腐热缩带进行实验。在福建LNG卸料码头，其中一根钢管桩采用该防腐热缩带进行现场缠绕实验，同时在实验室环境中进行了模拟水下状态的缠绕实验，实验其在水下状态中缠绕作业可操作性及防水效果，然后将实验室缠绕的钢管放入海水中观察记录其防腐效果。结果显示此类防腐带产品施工简单，对表面处理要求较低，且缠绕施工方便，可手动缠绕也可用简易自制工具缠绕。观察记录三个月后我们对防腐效果进行检验，结果表明，钢管缠绕防腐带部分的表面情况与刚经过表面处理后的表面情况相同，无腐蚀且有金属光泽，防水效果良好，防腐带附着情况良好，剥离强度可达到33 N/cm，粘接性能好。