国际防腐蚀标准在海洋工程领域中的应用

魏静琼（广东省中山市质量技术监督标准与编码所）

国际防腐蚀标准在海洋工程领域中的应用

魏静琼（广东省中山市质量技术监督标准与编码所）

由于在恶劣的海洋环境中，承受着各种环境因素的影响，使得人们对海洋工程中的结构能否在营运期间安全运行格外关注。腐蚀是造成海底管道安全事故的重要原因之一，因此对腐蚀钢结构进行安全可靠性评估具有很强的现实意义。早期建造的导管架、平台大部分都未能严格执行标准进行防腐蚀涂装，在平台运作期间有部分结构因为涂层的过早失效，不得不进行涂层修补甚至结构更换，这无疑是一笔比较大的费用。随着海洋油气的开采与运输事业的不断发展，人们越来越重视防腐蚀工作，相应的国际防腐蚀标准（如ISO 12944, NACE SP0108, NORSOK M-501等）也在详设、生产、维护和评估过程中被严格地执行。

海洋工程 防腐蚀 标准

1 引言

海洋工程钢结构建设需要花费大量的投资，并且分布在世界各地。此外，越来越多的海上平台结构将处于深海区，因此，它们将会越来越庞大，结构越来越复杂，费用也越来越昂贵。海上平台的腐蚀控制对于维持油、气的正常生产、提供安全的工作和生活保障、避免对环境的潜在损害都是十分必要的[1]。

海洋工程防腐蚀涉及到国家海洋开发的战略，目前随着海洋工程的发展，越来越多的人意识到防腐蚀在海洋工程中所占有的重要地位，也越来越重视防腐蚀工作。腐蚀不仅对我国的资源和能源造成了很大的浪费，而且一些钢铁、水泥、混凝土材料的腐蚀也进一步导致相应的码头、船舶、桥梁等发生突发性灾难事件，给人们的生产生活安全带来了很大的危害。海洋环境中的腐蚀与其他环境下的腐蚀相比更为严重。

海洋防腐蚀是海洋工程的关键技术之一，金属在海洋中腐蚀导致的应力腐蚀断裂（SCC）、氢脆（HE）、腐蚀疲劳（CF）、晶间腐蚀（IC）等会使钢结构发生突然断裂，导致海洋环境生态灾难，造成巨大损失。此外，防腐蚀涂层的提前失效和涂层维修带来的停工损失也相当大。因此，必须采取合适的防腐蚀技术和标准的支持予以解决。

2 腐蚀的定义、原理以及防腐蚀的途径

腐蚀是材料变坏的现象，是材料与周围环境发生反应而产生的一种降解，它是一种自然过程，是材料“释放”能量并回归自然状态的一种倾向或趋势。

防腐蚀的三个途径：屏蔽、拟制、牺牲阳极。

3 海洋工程钢结构现况

海洋石油开采设施是一项投资较大的永久性工程, 一般设计寿命在15～30年, 其设施长期耐久地使用防腐蚀是极为重要的环节。在海洋这个严酷的腐蚀环境中, 以钢铁为主要结构的海上钻井平台、采油平台、FPSO（浮式生产储油卸油装置）、导管架、海底管道以及各种设备设施在这种环境中遭受到严重的腐蚀, 从而使平台构建壁厚减薄, 局部甚至产生穿孔, 海浪的周期作用还会引起腐蚀疲劳, 因此, 腐蚀是海上平台设计和制造中所要考虑的最重要的因素之一。

海洋腐蚀事故触目惊心。1980年3月，在北海大埃科菲斯克油田作业的亚历山大·基定德号钻井平台，在海浪的反复冲击下，5根巨大桩腿中的D号桩腿因6根撑管先后断裂，万余吨重的平台在25min内倾倒，123人遇难，造成近海石油钻探史上罕见的灾难。调查表明，该次事故是腐蚀疲劳所致。美国东部的一座铁桥，由于应力腐蚀开裂而塌落在俄亥俄河中，46人丧生。2010年9月7日23时，山东东营胜利油田位于渤海的作业3号修井作业平台受玛瑙台风影响（风力最大时阵风9级，浪高近4m），平台发生倾斜45°事故，出现了人员伤亡。平台的设计通常都考虑台风的影响，况且又是发生在中国的内海——渤海，所以出现平台倒塌事故与海洋腐蚀应是有一定的关联。

为了满足日益增加的能源需求，“走出陆地，走向海洋”已成为了一条必由之路。但是由于海上石油工程所处的环境条件复杂、恶劣，因此工程本身需要经受严酷的考验，做到安全、稳定、高效[2]。其中海洋环境腐蚀是造成工程能否长期运行的关键因素，因此在海洋油气工程的建设中，要综合考虑各方面因素，采用各种技术手段做好防腐蚀处理，减少作业期间的维修与保养费用，确保海洋油气工程长期稳定、安全地运转。

4 国际防腐蚀标准的应用情况

开展防腐蚀系统工程标准化工作，解决长期以来在防腐蚀工程中由于缺乏整体考虑、系统管理造成的防腐蚀效益难以最大化，以防腐蚀作为标准化主体对象，从工程防腐蚀的设计、选材、制造、施工、检测评定、使用、维护等开展全过程、全要素的综合标准化研究，特别是在一些重大防腐蚀工程，研制具有综合性、系统性、相互协调优化性、高效性的防腐蚀工程标准，通过标准来引导防腐蚀工程在安全、环保、节能方面发挥突出作用。防腐蚀的复杂性决定了防腐蚀标准化工作并非一项简单的工作，需要投入大量的人力、资源开展工作，在统一目标下，继续发挥各自作用，优化配合，最佳最优实现防腐蚀的最终要求。

近几年，我国的标准化进程非常迅速，参照部分国际防腐蚀标准，制定关于防腐蚀标准的数量越来越多，范围也越来越广。但由于我国的防腐蚀标准化工作起步较晚，与国外相比，我国的标准化工作是以政府管理为主导的行为，加之防腐蚀涉及面广、自身地位不突出、辅助性、服务性为主等特点，因此，形成了防腐蚀标准化工作发展中标准的制定和推广力度不够，企业未能广泛参与到标准的制定中来，造成标准的实用性、操作性不足的特点。并且目前国内好多管理人员和工作人员仍然抱有重法律轻标准的思想，致使我国有些应制定的标准不能及时制定，或者已存在的标准得不到很好地贯彻实施。

世界各国的防腐蚀实践证明：涂料涂层防腐蚀（涂装）是最有效、最经济、应用最为普遍的方法[3]。

Walling模型[17]假设侵蚀作用使土壤表层一定厚度的整个薄层土壤损失掉。设h(kg/m2)为土壤侵蚀的厚度，且h=RBe，土壤侵蚀速率RBe(kg/m2)可由公式(1)求得：

在海洋工程防腐蚀涂料领域内的国际组织主要有NACE（美国防腐工程师协会）、ISO、SSPC（美国防护涂料协会）、NORSOK（挪威石油标准化组织）、ASTM（美国材料与试验协会）等。其中NACE是目前世界上最大的防腐蚀技术专业组织，主要由其技术协调委员会（TCC）负责标准的制修订工作。NACE标准共分三大类，分别是：（1）作业标准［SP（RP），standard practice］；（2）检测方法标准（TM，test method）；（3）材料要求（MR，material requirement）。而ASTM（美国材料与试验协会）主要是制定材料、产品、系统和服务等领域的特性以及性能标准、试验方法和程序标准[4]。

目前国内尚未颁发Offshore专业防腐蚀涂装国家标准或中海油行业标准，而直接采用的海洋行业通用国际标准主要有：

（1）ISO 12944《防护涂料体系对钢结构的腐蚀防护》。这是一部在国际防腐蚀界通行的、权威的防护涂料与涂装技术指导性标准，共分八个部分：总则，环境分类，设计上的考虑，表面类型与表面处理，保护漆体系，试验方法，涂漆工艺，新工作和维护工作规范的制定[5]。

（2）NORSOK M-501《表面处理和保护涂料》。该标准为挪威石油工业标准，对海洋相关设备、设施等在建造和组装过程中，对用于保护涂层的涂料选择、表面处理、涂装系统、涂装系统检验、涂装施工、涂装检验、人员资格以及金属喷涂等，均作出了具体规定与要求。该标准在海洋领域被广为推崇与采用[6]。

（3）ISO 20340《近海及相关结构防护涂层体系的性能要求》。

（4）NACE SP0108《防护涂层对近海结构的腐蚀控制》。在国际上通用的海洋工程涂层设计标准是NACE SP0108，它涵盖了海上构筑物保护涂层、检验及涂覆施工等各个方面。该标准从NACE RP0176《海上固定式钢质石油生产平台的腐蚀控制》中独立出来，内容更加丰富和全面，基本涵盖了海上构筑物防腐蚀涂层的各个方面，反映了目前国际上的发展水平，对海洋石油开发生产设施防腐涂层的设计有很好的指导作用。目前中海油的项目详设中仍一直引用着该标准[1]。

（5）SSPC制定的系列标准。

在各个国家和国际组织已制定的标准中，海洋工程设计中应用较多的标准有NACE的 5个标准，为涂料和涂层标准；ISO的 5个标准，为性能试验方法标准；SSPC的 8个标准，为性能试验方法标准；ASTM 的3个标准，为涂料施工工艺标准[2]。这些标准在海洋工程中进行应用，在设计阶段可以就不同的腐蚀环境（海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区和海泥区）以及根据项目的使用年限设计不同的防腐蚀系统；在施工阶段应该严格按标准进行施工、检验。而涂装检验又是保证涂装质量，防止涂层过早失效的最终环节，也是非常重要的环节，必须由具有专业资质的检验人员来实施。

海洋工程钢结构使用环境恶劣，对防腐蚀要求很高，通常海洋工程钢结构和国际标准都要求实施涂层检验的人员必须受过NACE、SSPC、FROSIO（挪威涂装检查专家专业委员会）涂层检验的相关培训并取得相应职业资质，需要达到相应的级别才能进行此项工作。市场竞争归根到底是人才的竞争和管理水平的竞争，我国海洋工程建造企业的防腐蚀涂装部门与国外同类企业相比较，最薄弱的环节就在于此。目前从事涂料涂装技术工作的人员多数是从化工、机械或焊接专业转换过来的，由于专业设置原因，专业从事金属腐蚀防护的人员很少，因此知其然者多，知其所以然者少，缺乏既能够进行涂料防腐研究又精通涂装施工技术这样知识结构全面的工程研究人员。国内培养金属防腐蚀专业人才的院校屈指可数，不能满足当前海洋工程行业需求。同时，涂装施工人员为涂装工艺的最终实施者，其技术素质的高低将直接影响到涂装质量，甚至涂膜的防腐性能。目前在一线进行涂装施工的人员有些是未经专业培训的工人，专业知识欠缺，因此培养合格的涂装工人尤其是喷砂、喷涂操作工，也是涂装行业急待解决的问题。

我国近几年也有一部分培训机构引进了国外相关培训教材，按照国外标准进行系统地培训，培养专职涂装检验人员、涂装管理人员以及涂装施工人员，在海洋工程钢结构防腐蚀涂装项目中实施涂装检验资格、涂装施工资格的认证制度，大大提高了国内涂装检验水平以及海洋工程的涂装质量。可见人才资源才是“第一资源”，实现标准化防腐蚀事业的可持续发展，必须有一支既懂防腐蚀技术又懂防腐蚀标准的人才队伍作为保证，大力加强标准化知识的普及和宣传工作，提高标准化意识；充分利用各种渠道进行标准化知识的宣传，增进防腐蚀工程相关人员对标准化事业的了解，提高各个部门的管理人员、技术人员以及施工人员的标准化意识，同时对管理人员、技术人员和施工人员进行专门的标准化培训工作，提高相关的管理人员、技术人员和施工人员的标准化素质，进而达到提高防腐蚀工程的质量，延缓材料的腐蚀，避免或减少后期服役的维修、维护费用和因维修造成的经济损失，减少重大恶性事故的发生，充分发挥防腐蚀在环保、节能、民生、财产、安全等方面的作用，适应国内、国际市场的规范需求，开拓我国防腐蚀标准化工作的新局面。

5 结语

通过技术标准提供的统一平台，能使科学技术快速地过渡到生产领域，向现实的生产力转化，从而产生应有的效益。技术标准的应用与科技进步有着十分密切的关系，两者相辅相成、互相促进。技术标准是科技成果转化为生产力的重要“桥梁”，先进的科技成果可以通过标准化手段，转化为生产力，推动行业的进步[7]。

可见标准的水平标志着产品质量水平，没有高水平的标准，就没有高质量的产品。当前，由于能源日趋紧张，世界各国都加快了海上油气设施的开采进程，海上平台建设进入了一个高潮期。海上平台及相关结构由于具有腐蚀环境恶劣和要求防护期长等特点，受到各方的高度重视。一个完整有效的防腐蚀工程，包含了设计、选材、制造、施工、检测评定、使用、维护等多个要素的全过程系统控制。单从个别要素孤立地加以控制，并不能保证达到最佳防腐蚀效果。而需要系统、整体考虑，在保证各要素达到要求的同时，以系统最优化为目的，还要考虑各要素间的协调统一，形成环环相扣的系统工程。在海洋工程钢结构防腐施工的过程中严格地遵循技术标准进行设计、施工、检查和验收，能够达到很好的防腐效果，防止涂层的过早失效，减少维护的费用，稳定和提高产品、工程和服务的质量，促进企业走质量效益型发展道路，增强企业素质，提高企业竞争力；保护人体健康，保障人身和财产安全，保护人类生态环境，合理利用资源。

[1]NACE SP0108-2008 Standard Practice—Corrosion Control of Offshore Structures by Protective Coatings

[2]孟飞. 南海油气工程防腐要求及相关标准探讨[J]. 现代涂料与涂装，2014，17（8）：29-31.

[3]T N Nguyen. A mathematical model for the catholic blistering of organic coatings on steel immersed in electrolytes [J]. Journal of Coatings Technology，1991，63（794）：49.

[4]王昊，李济克，高扬，等. 防腐蚀标准化工作探究[J]. 全面腐蚀控制，2014，28（11）：33-36.

[5]ISO 12944 Paints and varnishes—Corrosion protection of steel structures by protective paint systems

[6]Norsok standard M-501-2004 Surface preparation and protective coating

[7]万方. 全国防腐蚀标准化技术委员会工作情况[J]. 全面腐蚀控制，2013，27（6）：66-67.

Application of International Anti-corrosive Standards in the Field of Ocean Engineering

Wei Jingqiong ( Zhongshan Institute of Standardization)

There are various environmental factors infl uenced by the harsh ocean environment, so we are particularly concerned about the safety of the operation of the structure of ocean engineering. Corrosion is one of the most important factors for the safety accident of submarine pipeline. Therefore, it has a profound and far reaching signifi cance for the evaluation of the safety and reliability of the corrosion of steel structures. Early-built jackets and platforms have failed to do the anticorrosion coating on the basis of the standards. Parts of the structure have to be recoated or replaced due to the premature invalid of the coating during the operation of the platform, which is no doubting a big-cost project. People pay more attention to anti-corrosion with the development of exploitation and transportation of the offshore oil and gas. Meanwhile, the corresponding international anti-corrosive standards are also strictly executed in the process of the design, production, maintenance and evaluation such as ISO 12944. NACE SP0108 and NORSOK satellite M-501 etc.

Ocean Engineering, anti-corrosive, standard