PTC矿脂包覆防腐蚀技术在国内的应用进展

潘 杰,侯保荣,刘佳利,张卫国,侯佩民,王 晓

(1. 海洋化工研究院有限公司,海洋涂料国家重点实验室,青岛 266071; 2. 中国科学院海洋研究所,青岛 266071;3. 潍坊滨海旅游度假区建设管理办公室,潍坊 261108)



专论

PTC矿脂包覆防腐蚀技术在国内的应用进展

潘 杰1,侯保荣2,刘佳利3,张卫国1,侯佩民1,王 晓1

(1. 海洋化工研究院有限公司,海洋涂料国家重点实验室,青岛 266071; 2. 中国科学院海洋研究所,青岛 266071;3. 潍坊滨海旅游度假区建设管理办公室,潍坊 261108)

综述了PTC矿脂包覆防腐蚀技术在国内的应用领域，并从经济和安全角度对该技术进行了分析，提出重点治理与常规保护、多技术综合治理腐蚀问题应是防腐蚀行业的发展和应用重点。PTC矿脂包覆防腐蚀技术具有表面处理要求低、结构和环境适应性强、长效防护、全寿命成本低等优势，可对钢制设施设备关键部位进行长效防腐蚀保护，如海洋钢结构浪花飞溅区部位、管道接口、阀门、海上风机基础等，弥补了涂层等技术的局限性，与涂层等传统技术一起，对被保护物起到全面、长效的防护。

防腐蚀；矿脂包覆(PTC)；钢结构

涂层保护是目前钢制结构及设备设施的传统的防护方法，具有经济有效，且施工简便快捷等优点。但涂层防护也具有明显的局限性，例如在海洋浪花飞溅区和潮差区钢结构设施的钢结构连接部件、管道接口、阀门等因易损伤、难施工、难修复等缺点，很难达到长效防护效果[1-3]。自20世纪20年代开 始，英、美、德、日等发达国家相继研发了包覆、热缩带(套)等防腐蚀保护技术，针对钢材制造物的关键部位的长效保护，效果显著。这些技术从20世纪80年代开始引入我国，但主要限于海洋钢桩、长输管道的保护，其防腐蚀保护效果明显优于涂层技术，但依然存在许多缺憾。如DENSO海洋钢桩包覆技术，由于外壳抗划伤能力差，在我国北方结冰海域应用受到限制；用于管道补口的热缩带(套)技术，对操作工人的技术和责任心依赖性大，工程中经常出现收缩不均而形成缝隙，不能隔绝腐蚀介质侵入，从而失去对管道的保护作用[4-7]。

国内侯保荣院士团队，借鉴国外的包覆防腐蚀技术，经过不断研发、改进，形成具有自主知识产权的PTC矿脂包覆防腐蚀技术(Petrolatum Tape Cover anticorrosion technology)，其防腐蚀效果显著，应用领域不断拓展，已不仅限于浪花飞溅区海洋钢桩的保护，在风电、管道等领域均已开展工程应用，在防腐蚀关键点替代涂层、热缩带(套)等技术，应用效果反馈良好[8-15]。

1　技术组成及优势

PTC矿脂包覆防腐蚀体系的核心组成是矿脂防蚀膏和矿脂防蚀带，内含优良的缓蚀剂和铁锈转化剂等，长期不变质失效，在钢铁表面形成稳定的防腐蚀保护层，并根据被保护部位所处环境、受力等要求，以FRP、聚合物胶带等为外层保护，或辅以密封胶泥、缓冲层等，形成密闭防护系统，阻止腐蚀介质侵入，达到长效防腐蚀效果。

在钢结构及设施关键部位的保护方面，与涂层、FRP包覆、热缩带(套)等防护保护技术相比，PTC矿脂包覆防腐蚀技术优势明显。①表面处理要求低,低于St2，表面可有少量的水分、油污、浮锈等；②结构适应性强,能够在任何复杂结构表面完成包覆，并能抵抗一定范围内的裂缝收缩与膨胀变化而不被破坏；③环境适应性强,-10～40 ℃气温条件下，潮湿环境甚至水下均可施工；④施工简便，施工时间短,非现场制作FRP防腐蚀保护罩的部位，各工序可连续施工，不需专业设备，不需固化等待，工艺简单易学；⑤长效防腐蚀,由于材料具有优良的防腐蚀性能，以及整体技术形成高度密封性防护体系，经过实践验证，该技术防护效果可达30 a[2]。

2　主要应用领域

根据PTC矿脂包覆防腐蚀技术的特点和优势，其保护对象主要为存在应力腐蚀、电偶腐蚀、电化学腐蚀、空泡腐蚀等腐蚀比较集中且常规防腐蚀技术难以有效保护的部位，如海洋钢桩和海上平台的浪花飞溅区部位、海上风电基础、管道补口等防腐蚀难点、重点部位。

2.1海洋钢桩防护

用于浪花飞溅区和潮差区海洋钢桩的矿脂包覆防腐蚀技术，主要有DENSO技术和PTC技术，与传统防腐蚀包括涂层、FRP包覆、金属包覆等技术相比，具有明显的技术和施工成本优势[4]。PTC矿脂包覆防腐蚀技术在国外已经非常成熟，防护优势明显，抗冲击能力强，还可避免海洋生物对钢管桩表面的破坏[5-6,16]。

PTC矿脂包覆防腐蚀技术钢管桩防护体系(如图1所示)，与DENSO技术相比，由于FRP防蚀保护罩比HDPE护甲的机械强度高，抗横纵向冲击、抗划伤能力强等，可在北方结冰海域使用，能有效抵抗冰凌冲击，适应海域更加广阔[5]。

PTC矿脂包覆钢管桩防腐蚀技术的另一独特优势是，根据检测需要，在FRP防蚀保护罩上可开设多个检查窗，以便随时观测被保护物的腐蚀状况[17]。DENSO体系则因HDPE护甲材料本身的劣势，在结冰海域适应性较差。

图1　钢管桩PTC包覆防腐技术示意图Fig. 1　Schematic diagram of petrolatum tape cover anticorrosion technology for steel pipe pile

2.2海上风机基础防护

风力发电机基础方向不确定的大倾覆弯矩，使得风机基础结构构件具有较大的交变拉应力。同时风机基础结构构件要承受海洋环境荷载和风机运行过程中产生的动力荷载作用，应力与腐蚀、疲劳与腐蚀交织作用突出，重要部位的防腐保护系统一旦发生局部破坏，极易造成结构破坏，因而风机基础对寿命期内防腐蚀保护措施的可靠性需求极高。

目前已广泛采用的单桩式海上风电基础，直径一般在5 m左右。桩径大，辅助结构多而复杂，为包覆防腐蚀技术提出了新的挑战，如图2所示。中科院海洋所与龙源风电共同开发了大桩径单桩风电基础PTC矿脂包覆防护技术，解决了防腐蚀保护罩的安装难题，开发了大尺寸保护罩的紧固连接工艺、结构异形位置固定修补等材料和施工技术难题，为大直径海上风机基础的长效防护提供了新的技术支撑[15,18-20]。

图2　海上风机单桩基础结构照片Fig. 2　Photo of offshore single pile aerogenerator foundation

2.3管道防护

燃油、燃气输送管道，因内容物泄漏引发的事故往往是灾难性的[21-22]。管道泄漏事故中，由于腐蚀原因造成的泄漏事故在26%左右。由于存在电偶腐蚀、焊接热应力、安装应力、土壤应力等各种形式引起的腐蚀与应力的叠加，造成管道补口成为腐蚀破坏的最危险区域。国内研究表明，80%左右的热收缩补口存在质量问题。国内外通用的热收缩带(套)补口技术的施工质量很大程度上受现场环境、操作人员技术水平和责任心等影响，工程质量难以保证，以致泄漏事故频发。管道上的阀门、法兰等结构设施也尚无有效的防腐蚀保护措施，给检修、维护和抢险造成很大困扰[7,23]。

PTC矿脂包覆体系与其他防腐蚀层兼容性好，无阴极剥离现象，施工人员容易掌握工艺要求，工程质量有保障，能够保证补口、法兰、阀门免于腐蚀，且可在管道正常运行条件下施工[12-13,24]。根据青岛、济南、武汉、苏州等多个城市燃气项目的示范应用反馈，该技术既满足了工程质量要求，也满足了不同客户的特定需求。因其能良好阻断腐蚀介质侵蚀管道表面和防止螺栓锈死，保证日常检修、维护和事故抢险能够顺利进行，大大提高了管道运行的安全性和操作工的人身安全，减少恶性泄漏事故的发生。

3　经济和安全分析

3.1经济分析

对于码头钢桩修复，综合施工与材料的远期成本，PTC矿脂包覆防腐蚀修复技术与水下涂料修复技术基本持平，但PTC矿脂包覆防腐蚀技术更容易维护管理[16]。对于海上风电基础，因易受渔船等作业船只碰撞，涂层破坏较为频繁，巡查、维护作业工作量和费用都较大。PTC矿脂包覆防腐蚀技术因维护周期长而长期成本比涂层技术的低，且大大降低风机基础结构撞击破坏的风险。管道补口、阀门等方面，PTC矿脂包覆防腐蚀技术单次投入成本是热缩带(套)技术的3倍左右，但从全寿命周期分析，PTC矿脂包覆防腐蚀技术的维护管理总成本比热缩带(套)技术的略低或持平。这还不包括因设施安全性提高而增加的间接效益。

3.2安全分析

局部腐蚀泄漏是燃气、燃油管道事故的重要因素之一[25-27]。PTC矿脂包覆防腐体系由于矿脂防蚀带和矿脂防蚀膏不固化、不硬化，在防护区域形成完整的柔性保护层，外防护层、矿脂防蚀带、矿脂防蚀膏形成由外及里的多层防护体系，即使外防护层、矿脂防蚀带被外力破坏剥离，柔性矿脂防蚀膏层仍具有完整性,从而阻断腐蚀介质侵入的通道，使钢材表面不被腐蚀，大大降低局部腐蚀破坏的危险性。而涂层、热缩带(套)、FRP包覆等技术，一旦出现局部破坏，则在破坏点范围内的钢材表面就会形成局部腐蚀，这种局部腐蚀因在防腐蚀层下进行扩展而具有隐蔽性，往往被忽视，极易造成灾难性后果。从技术和施工角度分析，PTC矿脂包覆防腐蚀技术相对于涂层和热缩带(套)等技术，安全系数更高。

4　结束语

PTC矿脂包覆防腐蚀技术具有表面处理级别低、施工简便、结构和环境适应性强、长效防腐蚀、安全、经济等特点，为海洋钢桩、海上平台、阀门、连接法兰、管道接口、海上风机基础等大型工业设施关键部位提供良好防腐蚀保护，适应于新建设施保护和在役设施修复，在石化、燃气、港口等行业已被广泛应用。在技术、经济、安全方面，PTC矿脂包覆防腐蚀技术具有涂层、热收缩带(套)等技术无可比拟的优越性。该技术未来发展方向，可向舰船、水利、机械、矿业、电力、建筑、通讯等众多行业拓展，解决各行业中钢铁设备设施的防腐蚀难点，应用前景广阔。

这种关键部位特别防护技术与常规部位常规防护技术相结合的多技术、多层次、常规与重点相结合的综合保护措施，对被保护物形成更全面、更细致、更有效的防腐保护，是防腐蚀行业的设计重点和必然发展趋势。

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Advances in Application of Petrolatum Tape Cover Anticorrosion Technology in China

PAN Jie1, HOU Bao-rong2, LIU Jia-li3, ZHANG Wei-guo1, HOU Pei-min1, WANG Xiao1

(1. State Key Laboratory of Marine Coatings, Marine Chemical Research Institute Co., Ltd., Qingdao 266071, China;2. Institute of Oceanology Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;3. Weifang Coastal Resort Construction Management Office, Weifang 261108, China)

The application fields of petrolatum tape cover (PTC) anticorrosion technology in China are reriewed, and economy and safety of this technology are analyzed. It is proposed that the development and application of anticorrosion industry should focus on comprehensive control by multi-technique and by a combination of key governance and conventional protection. The petrolatum tape cover anticorrosion technology has many advantages, such as low requirements surface treatment, acclimatization, structure adaptability, long-term anticorrosion and low full-life cost. It is a powerful supplement to the technical limitations of paint and coating on critical part of steel structures and facilities, such as marine steel structures exposed to splash zone, butt welded pipeline joints, valves, offshore aerogenerator foundation, and so on. The PTC anticorrosion technology forms comprehensive and long-term protection to protected objects, together with the other traditional anticorrosion technologies.

anticorrosion; petrolatum tape cover(PTC); steel structure

2014-12-15

国家重点基础研究发展计划(973计划)(2014CB643304)资助

潘 杰(1970-),工程师,博士,从事海洋防腐新材料与工程技术、金属材料保护等研究,18653230013,panjie1970@hotmail.com

10.11973/fsyfh-201512013

TG174； TU593； U657.3

A

1005-748X(2015)12-1170-04