海洋工程结构与船舶防腐蚀技术探究

王 剑

（烟台顺捷海上安全技术咨询开发公司，山东 烟台 264010）

0 引言

海洋工程建设是国民经济发展的重要项目之一，也是一项作业环境极其特殊的工程，由于海洋具有独特的环境特点，在施工作业过程中相关设备极容易受腐蚀。海水的含盐量极高，海水内含有充足的氧气，再加上存在大量的微生物，更大程度加剧了腐蚀现象的发生。在海洋工程的建设中将使用大量的材料，其中也包括钢铁、混凝土以及复合材料等，其中，钢筋混凝土和钢铁用量最大，不同的施工材料具有不同的特性，要保证海洋工程的安全性和稳定性，必须依据材料的特性采用有效的防腐蚀防护技术，才能提高防腐蚀的效果，充分保障海洋工程结构与船舶的安全稳定性。

1 海洋工程结构与船舶防腐蚀技术的基本概述

海洋工程的建设极其复杂，施工作业环境与众不同，存在多种腐蚀性的影响因素。在地球上海洋的占地面积占据70%以上，人们的生产生活也从内陆逐步延伸到了海洋中的各个角落，在世界经济发展中海洋产业已经成为支柱性产业之一，海洋运输能力能够为90%以上的贸易活动提供动力和支持[1]。可以说，海洋产业的发展是促进国际贸易得以持续和快速发展的重要基础。海上作业的方式较多，具体包括石油开采、天然气开发以及海洋运输等，同时海上风电供电设备还能够为人类提供清洁能源，因此海洋资源的开发能够为人类的进步和发展带来极大的产出效应。海洋资源开发过程中，面临最大的困扰是腐蚀问题，每年由此而产生的经济损失极大。在此过程中，有大量的海洋基础设备、设施会由于腐蚀而直接报废，这也是造成海洋设备受到损害报废的重要原因之一，海洋腐蚀所导致的经济损失，甚至高于其他自然灾害。以海洋生物来讲，海洋生物广泛分布于海洋的各个区域，对于海洋工程结构和船舶的污损、腐蚀几乎无处不在，腐蚀问题已经成为航运业发展中所面临的最主要问题。据相关研究显示，对海洋工程结构和船舶的能够造成污损的常见海洋生物多达2000多种，包括最常见的海洋藻类、藤壶等。它们可以附着在海洋结构设施和船舶上，进而对建筑物或船体造成极大危害，严重影响海洋经济的快速发展。同时，各种海洋生物在船体上的附着，还会导致船舶自重增加，进而加大航行摩擦力，增加电力消耗以及燃料消耗等，甚至还会造成海洋内的各类输送管道出现堵塞或是一些海洋仪器发生故障等，直接导致海洋运输费用的增加，给世界经济贸易的发展和海运贸易的发展都带来了严重影响。因此，提升海洋防腐蚀能力，提高海洋工程结构和船舶的安全性、耐久性，全面降低海洋产业发展中腐蚀所导致的经济损失，对于海洋产业的发展具有重要的意义。为了提高海洋工程结构和船舶的安全稳定性，应当高度重视防腐蚀技术的应用，持续提升海洋工程结构与船舶的安全稳定性和耐久性，不断提高海洋开发的能力和水平[2]。

2 海洋工程结构与船舶防腐蚀技术的挑战

2.1 海水中大量隐含成分存在腐蚀性

海洋中的整体环境相对恶劣，且海水中含有大量的隐含成分，包括盐分、氧气、微生物等。这些都是对海洋工程结构和船舶产生腐蚀的温床，会进一步加快各类建筑材料的腐蚀程度，从腐蚀评级的角度来进行分析，海洋腐蚀也是极其严重的一种类型。同时，由于海水的飞沫中含有大量的氯化钠成分，这些物质能够侵害方圆百里以内的沿海地带，腐蚀性强、腐蚀范围广。而长期在海上作业的船舶，会受到非常严重的海洋腐蚀，伴随着运行时间的持续增加，也会导致其他海洋工程的结构遭到腐蚀，影响安全性和可用性。

以钢结构的应用为例，根据不同施工作业的环境特点，可以将海洋工程大致分为4个类别，包括海泥区、海水浸没区、浪溅区和海洋大气区，不同地方的海洋工程结构会遭受不同类型的海洋腐蚀。在海泥土区的海洋工程会受到土壤的侵蚀，在工程作业过程中海泥区的土壤盐分极高，同时还含有其它腐蚀性成分，主要通过渗透的方式影响海洋建筑物的安全性[3]。在海水浸没区，由于钢结构需要长时间淹没于海水中作业，进而导致钢结构容易受到腐蚀，影响结构安全性。浪溅区海水的氧气充足，海浪和泥沙对钢结构的建筑物会产生强烈的冲刷与破坏，在氧化作用下腐蚀速度会加快。在海洋大气区，工程设备将面临含盐量极高，湿度较大的复杂环境，在此过程中容易发生电解质反应，造成腐蚀。通常情况下，在大气区长期运行的钢结构腐蚀的速度会比内陆同纬度地区的速度快4倍。

除了海洋工程结构，船舶由于其本身结构庞大复杂，长期在海洋中运行也容易遭受腐蚀。腐蚀的部位包括船壳、上层建筑、压载舱等，每个部分由于与海水接触的时间不同，具体的腐蚀类型和腐蚀特性也有极大的差别。

2.2 受腐蚀的海洋工程数量持续增加

在科技快速进步的新时代，人类的生产生活对于各项能源的需求快速加大，而海洋中储存有大量的资源，包括天然气、风能、石油等，能够为人类的生产生活提供充足的能源。为加大海洋资源的开发，海洋工程建设获得极大发展，大量的海洋工程投入建设。海洋工程结构类型众多，主要包括钢结构、混凝土其它复合材料的海岸工程等。为了有效增强海洋工程以及船舶的安全性和稳定性，应当根据实际需求开发性能优异的抗腐蚀材料和技术，以此增强海洋产业发展的水平[4]。但在此过程中，需要注意，我国的海岸线较长，且包含大量的海港和码头，在海洋资源开发的基础建设上，海底管线以及运输行业得到了快速的发展，这就意味着有大量的海洋工程结构与船舶正在遭受不同程度的腐蚀。在防腐蚀技术研发的过程中，必须充分考虑到建筑材料的多样性、防腐结构数量大、腐蚀类型多等特点，需要根据不同的海洋建筑结构受到的腐蚀情况进行分类分析，在防腐蚀技术和材料的研发过程中，充分遵循施工简单、性能优异、安全性较高、环保性较强和成本降低的基本原则，才能在有效提高设备防腐能力的基础上，同时控制经济投入，确保海洋产业经济效益的稳步提升。

3 海洋工程结构与船舶防腐蚀技术的应用策略

3.1 防腐涂层技术能隔绝腐蚀成分的侵袭

在防腐蚀技术的应用过程中，通过涂料实现涂层防腐是有效的手段之一。防腐涂层主要是指在需要保护的切面上涂敷材料使该表面与周围的腐蚀性介质实现隔离，进而形成一层能够保护结构安全稳定的覆盖层，实现防腐蚀的效果。防腐涂层是一种特殊的材料，具有极好的电绝缘性和隔水性，能够适应海底复杂的环境。该涂层与防腐蚀的结构表面能够形成较强的附着力，能够防止不同类型的化学破坏，且具有机械强度，能够达到较好的保护效果。在具体的使用中，防腐涂层的施工通常由3个层面组成。第一层的涂料是涂抹在被保护结构表面的一层底漆，这层保护膜能够增强保护面与涂料之间的粘结力。第二层的涂料是实现防腐效果的主要涂料，常用材料包括石油沥青、环氧树脂、聚烯烃涂层等。第三层涂料是保护层的包扎带，主要是让保护层稳定附着，且具有一定的机械强度，能够提高保护层的稳定性，避免在施工过程中涂层受损，影响防腐蚀的效果[5]。涂抹操作完成后，必须对保护层进行多项检测，包括涂抹层的耐冲击性、抗剥离性、电绝缘性等，各方检测达到使用标准才能够投入使用。根据防腐对象在材质上的不同以及腐蚀的机理不同，防腐材料可分为钢结构和非钢结构。其中，钢结构主要是针对船舶、码头钢铁设施、集装箱输油管道和其他大型海上平台等海洋工程设施的防腐涂料。而非钢结构主要是指混凝土构造物，能够将腐蚀成分与混凝土结构进行有效隔离，由于混凝土结构的特性，该类型的海洋工程必须使用防腐涂料，具体方式方法需要根据混凝土的结构特点和材质特点进行防护。

3.2 防污涂层技术能确保材料表面光滑和清洁

在防腐蚀技术应用中，可以通过使用防污涂料达到防腐蚀的目的，通过防污涂料的使用能够使海洋各个建筑物以及船舶的材料表面相对光滑、清洁，避免被海底生物附着，减少对结构和船体的污染，提高安全性。也就是说，通过使用防污涂料能够有效防止各类海洋生物的附着和污损，有效保持海洋浸水结构的安全稳定性。在具体的应用中，需要将涂料涂于防锈的底漆之上，利用涂料中所含的毒剂在涂膜的表面上形成一层有毒的表面层，能够将附着在涂膜上的各类海洋生物杀死，进而达到防污目的。通常情况下，涂料主要包含氧化亚铜和氧化锌等，应用的过程中除了要考虑防污的性能，同时还要考虑到环境保护，对于会产生污染问题的防污原料要禁止使用。但由于海洋工程和船舶在使用中会附着不同的生物及其附着机理不同，产生污损的具体特点也不同，在此过程中还需要展开大量的研究，才能在更大程度上抑制各类海洋生物与材料的接触，减少附着，减少污染和腐蚀的发生。

3.3 耐腐蚀材料技术能提高材料本身的防腐蚀性能

在工程建造和船舶建造中，选择耐腐蚀的材料也是一种有效的方法，在当前的工程建设中，主要以钢结构为主要施工原料，为此全面提高钢结构本身材料的耐腐蚀性，是提高海洋工程结构耐腐蚀性能的重要方面。当前，钢结构的类型较多，包括耐海水腐蚀钢、钛合金以及高分子材料等。在建筑过程中需选择钢结构性能更好的金属，持续提高金属的化学成分，通过金属性的改变能够在更大程度上提高钢材的耐腐蚀性。同时，还可以通过在金属表面镀金的方式提高耐腐蚀性，进而降低腐蚀现象的反应速度，提高工程结构的安全稳定性。海洋工程防腐蚀的主要对象包括工程结构和船舶海洋工程，结构主要是以混凝土结构、钢结构或其他复合材料为主，已经应用到了海上资源的平台中，而船舶的零件主要是以钢材料为主。在防腐蚀技术的应用中，应当充分考虑到材料防护[6]。当前，防腐涂料的类型较多，环氧类防腐涂料应用最广。在今后的发展中，涂料将不断提高功能性，不仅要考虑到防腐性能，同时还将促进资源节约，提高水性化。

3.4 包裹防腐技术能控制海洋飞溅区的金属腐蚀

在海洋中含有极高的盐分，浪花的盐分含量也极高，浪花飞溅的过程会对工程结构造成极大的腐蚀。为了有效减少飞溅区钢结构被腐蚀的问题，可以通过采用材料隔离的方式实现腐蚀介质的切断，进而有效控制飞溅区的金属腐蚀。例如，可以通过包裹技术完成防腐蚀防护工作，将结构表面与腐蚀介质切断与隔离，能够有效保障浪花盐分对结构和船体的腐蚀。该技术已经在实践中得到应用。例如，在国内某大桥的建设中就结合国外先进技术进行改造，使用包覆防腐蚀的技术实现对桥体的保护[7]。

4 结语

海洋工程项目的发展是国民经济发展的重要产业之一，具有高产出、高附加值的优势，同时，其本身也属于高技术、高风险、高投入的复杂工程。在工程建设过程中，如何通过有效的策略确保工程实施的安全性，增强海洋工程设备使用的寿命，是海洋事业发展中的关键所在。为进一步保护海洋资源，促进海洋工程结构与船舶的安全稳定性，在海洋产业的发展过程中应当积极开发和使用各类防腐材料，结合实际需求创新开发出新型防腐蚀技术和方法，从根本上降低海洋工程的建造和维护成本，有效推动海洋事业发展，为社会发展和经济价值的提升作出更大贡献。