南海深水油气田浮式生产设施防护涂层施工及检验

刘 存， 张有慧， 刘俊斐， 万秀林， 王瑞平

(海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

0 引 言

我国南海油气资源极其丰富，石油地质储量在230～300亿吨之间，70%蕴藏于深海，但深水区域特色的自然环境和复杂的油气储藏条件决定了深水油气勘探开发具有高投入、高回报、高技术、高风险的特点[1]。深水油气资源开发多采用SEMI FPU+水下生产系统或“海底工厂”+外输管线联合模式、FPSO+水下井口联合开发模式、TLP(或SPAR)+水下井口+外输管线开发模式等。深水油气开采设施结构复杂、服役寿命长、防腐要求高、涂层维护难度大。

国际海事组织海上安全委员会相关决议内容——保护涂层性能标准(IMO PSPC)规定的涂层性能要求通常基于涂层达到15年的目标使用寿命，而半潜浮式生产平台一般目标使用寿命设计为25～30年，对涂层系统保护性能要求更为苛刻。涂层系统达到其目标使用寿命取决于涂层系统设计、表面处理、涂装施工质量，以及涂层检查及维护等。

1 涂装施工及检验

1.1 一次表面处理与车间底漆

钢材运抵建造场地，在使用之前一般会存储一段时间，受存放条件制约，暴露在露天环境下，因雨雪、凝露、盐雾离子等腐蚀因素，造成钢材发生腐蚀。特别工程上俗称“麻点”的点蚀，“麻点”板导致钢板理论可用厚度减薄，严重时导致钢板降级使用。笔者所在建造场地就曾发生过70 mm厚板，存放过程中因点蚀原因导致板材实际使用厚度不满足图纸要求，不得以重新采办新板替换的案例。所以钢材进厂后，在加工以前对钢材的原材料先进行处理，除去表面的氧化皮和锈蚀，达到除锈标准后涂上临时保护车间底漆，以确保钢材在加工制造构件过程中不会再继续腐蚀，这一阶段的钢板处理称为钢材的表面预处理或一次表面处理，其优点是施工方便、保证涂装质量、节约人力财力、缩短后期涂装的施工周期。

一次表面处理通常采用自动化生产线对钢板或型钢进行自动喷砂处理，喷涂预处理车间底漆。采用钢丸作为喷砂磨料，表面处理后粗糙度等级达到近Sa 2.5等级，表面处理残余可溶性盐等效NaCl含量≤5 μg/cm2。预处理阶段使用的车间底漆对板拼板作业、结构分段组立等各阶段焊接效率影响较大，应选用可焊接性车间底漆，且漆膜厚度应控制在10～30 μm之间。

1.2 二次表面处理

表面处理另一个阶段则是在钢材加工成工件后合拢成整体时，要进行涂装所做的钢材表面处理，称为“二次表面处理”。表面处理的目的主要如下： ①结构处理——对于底材本身必须进行一定的处理，如锐边的打磨、侧角的磨圆、飞溅的去除、焊孔的补焊和磨平，这些问题对于涂层的完整性，附着力有很大影响，所以必须在除锈前进行处理。②表面清理——除去表面上对涂料有损害的物质，特别是氧化皮、铁锈、可溶性盐、油脂、水分等，如果表面处理不彻底，残留杂质污物将影响涂层的保护效果。③表面粗糙度——表面粗糙度增大了对涂层接触表面，并有机械接合作用，提高涂层对底材附着力，但粗糙度不能过大，否则在波峰处往往会引起油漆膜度不足，引起早期点蚀，而且在较深的凹坑里截留气泡，成为涂层鼓泡根源。

对于车间底漆的存留，普通船舶建造涂装参照国际海事组织IMO-PSPC MSC.215—2006《所有类型船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》的相关规定要求进行，完好部位车间底漆可保留作为整个涂层系统的一部分，降低了二次表面处理等级的要求。但是，SEMI FPU防腐涂装要求高，预处理底漆一般仅作为钢材表面临时保护，在二次表面处理时，所有钢材表面的预处理底漆都应100%去除，重新喷砂处理至Sa 2.5等级；表面粗糙度介于50～80 μm；清洁度一般要求至少达到标准ISO 8502-3-2017[2]规定的2级。喷砂处理后在第一道油漆施工前，碳钢结构表面可接受的水溶性盐份最大值一般不超过3 μg/cm2。检测水溶性盐份度，一般按照标准ISO 8502-6-2006[3]相关规定从基材表面提取污染物，并按照标准ISO 8502-9-2015[4]相关规定对水溶性盐进行定量检测。

1.3 涂装前准备

涂装施工前，应对油漆进行充分的混合搅拌，确保多组分油漆按配比混合。有的双组份涂料必须按说明书的要求进行熟化；熟化可以避免涂料“移滑”。海洋工程领域主流油漆品牌多采用双组份油漆配套，一套油漆分基料桶和固化剂桶成套供货，搅拌时只要将固化剂倒入基料桶进行充分混合、搅拌即可。

一般不推荐在油漆中添加稀释剂，若需要只能使用涂料供应商指定的稀释剂，并严格按照涂料供应商要求进行添加。稀释剂添加过多易导致涂层流挂、气孔等漆病，影响涂层质量。

涂装施工时，应保证待涂钢板表面温度不低于露点以上3℃，空气相对湿度不大于85%或涂料供应商的推荐值，施工环境温度一般不低于10℃，钢板温度不高于45℃。环境条件应按照标准ISO 8502-4-2017[5]定期监测。

1.4 船级社的验证和审核

在正式涂装施工之前业主和船级社需要提前审核涂装施工程序、三方检验协议、海水压载舱涂装施工程序、淡水舱洗舱泡舱方案等关键涂层技术文件。完工阶段还需要提供海水压载舱涂层技术文件(PSPC CTF)等文件，以及完善三方检验协议，供业主和船级社审查，备入级和签发船机证书使用。

在审查PSPC CTF文件之前，业主和船级社会核查油漆产品说明书和关键涂层系统配套符合证明或认可证书符合相关规范要求；审查涂层检验员的资格；核查检验员关于表面处理和涂层涂装的报告；对检验员使用三方检查协议中所述的设备、技术和报告方法的情况进行检查。涂装施工前，业主、建造方和涂料生产商就表面处理和涂装过程的检查协商一致后达成一个协议，该协议由建造方提交船级社审查[6]。

在涂装施工阶段，业主涂装检验代表、船级社检验代表，在三方检查协议规定各检查点参与或监督涂装质量检测。

1.5 涂装施工

预涂是保证不易涂装区域获得良好涂层厚度的重要措施。构件大面积喷涂前，必须进行预涂。预涂一般采用手工刷涂，个别情况采用喷涂。预涂部位包括型材反面、板材边口、各种孔、粗糙的焊道、表面的凹凸不平、焊道裂缝、咬口、自由边、扶梯和扶手、螺丝和螺栓、结构复杂难以喷涂的部位。预涂油漆应使用与前道油漆有对比颜色的油漆。

为获得规定的名义干膜厚度(NDFT)，喷涂过程中应随时用湿膜测厚仪测试湿膜厚度(WFT)，然后根据湿膜厚度进行调整，以确保达到规定的干膜厚度。SEMI FPU专用海水压载舱和货油舱油漆干膜厚度(DFT)测量需按照IMO PSPC标准要求执行90/10规则；其他部位一般遵循80/20规则，并按照ISO 2808-2019[7]和ISO 19840-2012[8]标准执行。各部位的DFT最大值参照涂料供应商的推荐。

涂料与基底、各涂层之间应具有良好的附着力，这是保证涂层防腐性能的重要保障。当涂层NDFT超过150 μm须按照ASTM D4541-2017[9]标准采用拉拔试验仪检测拉力要求： 富锌底漆涂层体系≥5 MPa(725 psi)；非富锌底漆涂层体系≥7 MPa(1 015 psi)；液舱涂层或罐内衬体系≥10 MPa(1 450 psi)；当涂层NDFT不高于150 μm时，须按照ISO 2409-2013[10]交叉切割附着力试验检测结果要求为0级。

1.6 淡水舱特涂及洗舱泡舱

淡水舱涂料不仅要保护钢质水舱不受腐蚀，还要保证水的质量。因此该涂料要有很好的耐水性和耐化学品性，不因漂白粉和其他消毒剂的作用而导致漆膜破坏，也不能使水产生异味，更不能使有毒物质渗透到水中，一般采用无溶剂类型涂料。饮用水舱无溶剂环氧油漆，对施工温度、通风等要求高。同时，该类型油漆硬度高，修补困难，若修补不好极易产生针孔等缺陷，易造成水质污染。

当温度低于10℃，无溶剂环氧漆中固化剂与空气不能发生反应，不能固化成膜时，易产生流挂和胺分解，胺与空气中的二氧化碳和水汽发生反应，在其表面形成白色物质；致使漆膜发黏，继续施工下一道油漆将导致涂层附着力降低。当基材温度过高时，漆膜中的溶剂或空气释放会形成气泡并爆裂，湿膜来不及自流平形成连续漆膜，将造成缩孔。因此，涂装施工时钢板的温度需控制在10～40℃之间；油漆固化过程中舱板及舱室环境温度需维持在10℃以上，持续半个月时间；舱室空气相对湿度也应控制在55%以下。

饮用淡水舱油漆完全固化后需进行洗舱泡舱作业，确保舱内涂层不会对盛装的淡水符合地方法规产生影响后，方可交付使用。

2 涂层缺陷修补及维保检验

2.1 涂层缺陷修补

涂层缺陷的修复伴随建造施工全过程，钢基材涂层缺陷修补采用原涂装系统进行修复。热浸镀锌构件因施工过程中由切割、焊接、机械磕碰等造成的破坏，应尽可能返厂重新浸镀。小面积热浸镀锌层损坏若无法重新浸镀修复，可按照标准ASTM A780-2015[11]相关推荐做法进行修补，优先推荐采用热喷涂锌修补，其次采用油漆修补。

油舱、化学品舱内部防腐采用厚膜型酚醛环氧漆，漆膜致密、脚链密度高、耐高温、耐化学品性能极佳。但酚醛环氧类油漆产品的固化反应对环境温度、通风等要求较高。若固化时的温度低于10℃，环氧基与氨基的反应受到影响，漆膜无法正常固化的风险极大。所以该类型产品通常都要求干燥温度在10℃以上，施工完毕后保持温度、通风、连续干燥至少192小时，保证产品的初期固化性能良好。当固化不充分时，其固化剂中的小分子胺容易游离至漆膜表面，继而与空气中CO2和水反应，形成铵盐，即胺析出现象。胺析出会影响涂层间的附着力，及漆膜分身的性能。

酚醛环氧低温施工、固化后涂层表现出结合力不足、分层、脱落等现象，表明已经发生胺析出现象，需要进行重新喷砂处理，按施工程序要求重新涂装施工。

2.2 涂层维保检验

油漆质保一般包含油漆质量质保和施工质量质保2个方面，一般由项目建造方联合油漆制造商一同提供联合质保。油漆制造商应保证所有关键油漆系统的性能在一般条件和数据规范规定的保证期内保持令人满意。而建造方涂装施工过程各环节都由油漆商技术服务支持人员全程指导，并签署报检单，证明施工过程符合要求。所以，如果油漆在质保期内出现缺陷，油漆制造商应免费采取任何必要的补救行动。油漆商应按照与建造方、业主之间的合同规定，支付油漆失效或缺陷区域的修理、更换和全部重涂油漆费用。

锈蚀程度依据标准ISO 4628-3-2003[12]判定3年内不超过Ri2级；之后2年锈蚀等级不超过Ri3级。10年之内涂层因磨蚀或粉化造成的干膜厚度减薄量应小于原涂层总膜厚的15%。油漆不得有任何缺陷，如侧蚀、开裂、龟裂、起皱、任何尺寸的起泡、脱皮、剥落、层间脱层和任何其他可归因于不正确的油漆配方和生产、油漆系统规范和/或油漆应用的异常现象。油漆招投标需油漆商同时提交一份涵盖主要区域和关键区域油漆产品性能的担保函。

3 结 语

(1) 预处理车间底漆的可焊接性是影响船板拼接作业、分片组立功效的关键。

(2) 表面处理质量和施工环境影响涂层质量，应予以特别关注。

(3) 涂装施工及检验过程应严格遵照经审核同意的程序方案，应尽量减少涂层破损修补。