海洋石油钢结构飞溅区的防腐处理.pdf

第1 1 期 ． 6 3． 海洋石油钢结构飞溅区的防腐处理 杜增彬，高秉峰，吴员 海洋 石油 工程股份 有限公司 ， 天津 3 0 0 4 5 2 [ 摘 要]海洋石油钢结构飞溅区处于恶劣的腐蚀环境中，现有的腐蚀防护措施中，外覆蒙乃尔合金的方法综合性能较优 越，在钢结构防腐工程中应用广泛。本文以中国海洋石油工程股份有限公司首个中东油气工程项目 K C R O P 为例，系统介 绍了蒙乃尔合金在海洋钢结构飞溅区防腐保护中的应用。 [ 关键词】海洋石油钢结构；飞溅区；蒙乃尔合金；腐蚀防护 海洋环境对钢结构是一种非常严 重的腐蚀环 境 ，其 中海平面 以上 的海水飞溅区 由于存在恶劣 的应力腐蚀条件，常常是腐蚀最严重的部分，而 蒙乃尔合金 Mo n e 1 具有优 良的抗还原酸 、抗强碱 介质和抗海水腐蚀性能 ，可 以显著减 缓海水对钢 结构 的腐蚀 。本文 以海洋石油工程股份有 限公 司 首个中东项 目 KC RO P为例 ，探讨 了蒙乃尔合 金在海洋钢结构飞溅 区防腐保护 的应用 ，提 出了 一 些改进意 见。 1 海洋结构飞溅区及其防腐保护 根据海洋环境对钢 结构 的腐蚀机理 ，可将海 洋环境分为大气区、飞溅 区、潮差 区、全浸 区及 海泥 区。由于各区存在着腐蚀 因子 的差异 ，导致 钢结构在其沿纵 向腐蚀 速度 方面存在差异 ，见 图 l 有关研究表明，海洋飞溅 区由于多种腐蚀 因素 的共同作用导致其腐蚀速度最高[ 1 】 。 对于飞溅 区钢结构 的防腐 问题 ，国际上 目前 比较成熟的做法有金 属热喷涂层体系 、有机涂 层体系、无机 防护层体 系三种方式 。三种方式在 成本、寿命及防护能力方面各有优劣 。 金属热喷涂层的缺点是施工时对表面光洁度 要求较高，从而导致施工成本上升【 2 ] ；有机涂层适 用广泛 ，但 易受温度 、外力作用 的影 响，难 以保 证2 0 年 以上的使用寿命 ；无机 防护层使用寿命较 长 ，但初期投入较高。 中东KC R OP 项 目工作区域位于波斯湾 ，石油 平 台设计寿命超过2 0 年 ，防腐层需要长时间承受 高温 夏季表面温度 可达6 0 ℃以上 ，且需要一 定 的抗冲击能力 。综合考虑成本和 效益 因素 ，选 择无机防护层的外加 防护套技术作 为较好 的腐蚀 mnl 5 4 j 2 1 图1 海洋环境中钢材腐蚀速率 防护措施 。 2 导管架防护套的设计及MO N E L 材料选用 2 ． 1防护套设计 外加防护套是应 用较为广泛 的防腐蚀结构 。 美国防腐协会NAC E R P 0 1 7 6 2 0 0 3 标准中重点推荐 了飞溅区防护套保护体系，包括包覆镍． 铜合金4 0 0 或9 0 ／ 1 0 铜． 镍合金层，壁厚4 5 mm。标准建议将合 金板焊接在 飞溅区的柱形构件表面 ，外层覆盖合 金钢板 ，可 以防止海水冲击钢结构造成损伤。 2 ． 2材料选择 蒙乃尔合金 Mo n e 1 具有优 良的抗腐蚀性能， 作者简介杜增彬 1 9 8 7 一，男。山东临沂人，大学本科，助 理工程师。在海洋石油工程股份有限公司主要从事海洋石油工程钢 结构外观检验工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 6 4 ■ 腐蚀防护 石 油 和 化工 设 备 2 0 1 3 年第1 6 卷 其 中Mo n e l 4 0 0 合金是该系列中使用量最大、用途 最广 、综合性能极佳 的耐蚀合金 。该合金在氢氟 酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性 ，对热浓碱液 也有优 良的耐蚀性 。同时还耐中性溶液 、水、海 水、大气、有机化合物等物质的腐蚀p 】 ，但其机械 强度和硬度略低。相 比之下 ，Mo n e l K5 0 0 具备同 样优 良的耐蚀性，具有 L Mo n e l 4 0 0 更高 的机械强 度和硬度 ，具有较好 的耐热腐蚀性能和长期组织 稳定性 ，可 以满足本项 目导管架性能设计要求， 故选择Mo n e l K5 0 0 作为防护套材料。 3 蒙乃尔合金施工方案 3 ． 1施 工方案概述 根据原料尺寸，绘制施工 图纸并编制用于指 导现场施工的方案 ，蒙乃尔合金材料切割后卷制 成半圆 ，两个 半圆组对至导管外部 ，然后将各片 蒙乃尔合金焊接组装成型，完工 的焊缝在无损检 验合格后做气密测试 ，以确保 防护套结构的完整 性 。 3 ． 2施工步骤 3 ． 2 ． 1 蒙乃尔合金下料 根据欲包裹的导管或拉筋 的管径 ，将蒙乃尔 合金切割成长方形 ，长度为L，宽度为1 2 1 9 mm， 计算公式如下L Ⅱf D 3 2 5 ，其 中D为蒙乃 尔合金所包覆的导管架导管腿或拉筋 的直径 ，L 为 切害 0 长度 ，1 2 1 9 为业主提供 的蒙乃尔合金 的固定 宽度。 3 ． 2 ． 2卷制 在卷 制过 程 中 ，如果 钢制 轧辊 与 蒙乃尔 合 金直接接触 ，将造成局部接触部位 的电化学腐蚀 问题 ，腐蚀面积会随着 时间 的延长而扩大 ．因此 在 蒙乃尔合金卷制成形过程 中，应将一层胶垫包 裹 在钢制轧辊外面，起到隔离碳钢 与不锈钢的作 用 ，确保蒙乃尔合金不受污染。 3 ． 2 ． 3包裹蒙乃尔合金套筒 3 ． 2 ． 3 ． 1待导管拉筋喷砂完成后，包裹蒙乃尔合金 套筒 ，包裹前应确保导管或拉筋没有锈迹 ，在蒙 乃 尔合金安装期间均应避免直接接触钢丝绳 、铁 链或其他不同种类的金属物体。 根据 业主 的要 求 ，焊接 接 头型 式为 搭接 接 头，蒙乃尔套筒问的对接部位 径向与轴 向均 需采用搭接 搭接尺寸为2 5 r n l T 1 ，见图2 所示。 蒙乃尔合金 立柱或拉筋 图2 蒙乃尔合金搭接形式 3 ． 2 ． 3 ． 2对于不同壁厚段 的蒙乃尔合金套筒的对接 部位采用拼接。由于不同壁厚段存在 1 4 的过渡坡 口，不便于搭接，因此先将过渡段处大小 口与相 邻部分通过对接焊 ，预制成整体 ，分两部分搭接 拼于导管上 。导管腿拉筋相交处 T KY节点 ， 导管腿包裹 的蒙乃尔合金板应预先开孔 。导管腿 上的拉筋焊接完成后，应该插入一个蒙乃 尔合金 板去密封。 3 ． 2 ． 4焊接蒙乃尔合金套筒 3 ． 2 ． 4 ． 1蒙 乃尔合金焊接方 式应按照焊接 工艺要 求 ，所有节 点焊接前 需用金属软刷和稀料去除所 有的划痕和杂质 ，并用洁净的软布彻底擦干净 。 3 ． 2 ． 4 ． 2根据现场实际情况，每根拉筋或立柱的拼 接处最后一段可增加 一个蒙乃尔合金套筒环 ，以 保证拼接的完整性。 3 ． 2 _ 5气密试验 3 ． 2 ． 5 ． 1 气密试验前准备工作 进行气密检查前 ，所有 的焊接点都应暴露 出 来 ；蒙乃尔合金应施工完毕 ，并符合设计要求； 焊接和热 处理工作结束，并检验合格 ；对试验压 力表进行标定并记录，压力表校准 间隔不超过 一 个月；测试系统中应包含一个安全泄放阀。 3 ． 2 ． 5 ． 2试验介质、压力及温度 试验介质应为仪表空气或氮气 ，优先选用氮 气；所有蒙乃尔合金焊缝应按照AS T M E 5 1 5 液 体应用技术的要求 ，在0 ． 0 7 MP a 1 0 p s i 压力下 ， 进行 气密 试验 来确保 密封 的完整 性 。气密试 验 时，材料试验温度应控制在金属的延性一 脆性转变 温度之上 。若试验过程 中接近该温 度时，应采取 措施 ，以防发生脆性破坏。 3 ． 2 ． 5 ． 3试验时间 试压时需保持一定 的时问以彻底检查泄漏 ， 保压半小时。 3 ． 2 ． 5 ． 4试验程序 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 1 期 杜增彬等 海洋石油钢结构飞溅区的防腐处理 ． 6 5一 检 查被试 验 的蒙乃 尔合 金 焊缝 ，确 认 已具 备气密试验条件 。在试验过程中，初始压力打到 1 0 k P a ，并且保持此压力直 到用 高效发泡溶液 如 肥皂水 对所有接 口检查完毕 ，未发现渗漏，以约 5 k P a 的级差增高压力 ，直至最终达到试验压力 。 每级均应有足够的保压 时间以使蒙尔合金充分地 变形 ，在试验压力下须至少保压3 0 分钟无泄漏 ， 然后使压力降到9 0 ％的试验压力，并用泡沫液检查 所有焊缝处 。在试验过程 中，如发现泄漏 ，不得 带压修理 ，须降至常压后方可进行 ，修理后重新 试验 ，直至气密试验合格为止。 3 ． 2 ． 6 涂装 3 ． 2 ． 6 ． 1 表面处理 蒙乃尔合金层与碳钢 如导管、拉筋、立管 等处间的环焊缝需按 以下要求处理 对环焊缝进行喷砂清理 ，处理等级不得低 于 S A 2 ． 5 级 ；对焊接区域进行彻底 的喷砂清理，毗邻 的蒙乃尔合金要进行扫沙 ，扫沙范 围约7 5 mm 3 i n c h e s 。 3 ． 2 ． 6 ． 2涂装 涂 层要 从焊 缝 区域 覆 盖毗 邻 的蒙 乃尔 合 金 层，约为7 5 mm 3 i n c h e s ； 在焊接 区域首先喷涂一层无机锌底漆 ，干膜 厚度为6 4 - 1 0 2 u m 2 ． 5 - - 4 ． 0 mi l s ； 然 后 在焊 接 区域 先刷 涂 一层 环氧 底漆 ，再 喷涂环氧底漆至指定厚度 ，环氧底漆应覆盖全部 无机锌底漆并覆盖毗邻 的蒙乃尔合金约7 5 mm 3 i n c h e s ； 按 上述 方法 在涂 完 底漆 的区域 依 次喷涂 中 漆，面漆 。 4结语 由于海洋钢结构物飞溅区所处的特 殊物 理化 学环境 ，决定了其防腐过程需采取有别于一般钢 结构 的防腐 措施 ，蒙乃尔合金保护套作为一种抗 冲击 、抗腐蚀 的综合腐蚀防护措施，不但具有施 工较简便、防腐性 能可靠 、耐候性高的优 点，还 可与其它 防腐措施 有机涂层 相配合 ，达到抗 冲击、隔绝腐蚀 因子 的作用 ，抑制或减轻腐蚀 。 从长远看 ，蒙乃尔合金保护套对 降低海洋钢结构 后期的防腐维护费用、延 长海洋钢结构 的使用寿 命是很有益的。 ◆参考文献 【 1 ] 邵怀启，韩文礼等． 海洋飞溅区钢结构的腐蚀规律与防护 措施[ J ] ． 腐蚀与防护，2 0 0 8 ， 1 1 6 4 6 ． 6 4 9 ． [ 2 】 DK - KT i o n g ． E x p e r i e n c e o n” t h e r ma l s p r a y a l u mi n u mf r s A ” c o a t i n g o n o ff s h o r e s t r u c t u r e s【 C ] ／ ／ C o r r o s i o n ／ 2 0 0 4 ， Ho u s t o n NACE， 2 0 0 4 ． [ 3 ] W w柯克，思捷译． 海水中钢的腐蚀保护用金属包套[ J 】 ． 造 船技术，1 9 8 8 ， 3 7 - 4 2 ． l巳 兰 j l 薯 邮局征订代号2 6 ． 1 0 请 到当地 邮局订 阅 压力容器杂志由经国家新闻出版署批准出版的中央级技术刊物，中国科学技术协会主管、中国机械工 程学会压力容器分会主办、合肥通用机械研究院承办，国内外公开发行，国内统一刊号C N 3 4 ． 1 0 5 8 ／ T H，国 际连续 出版物编 号I S S N1 0 0 1 4 8 3 7 。月刊 ，大1 6 开本 ，每期定价8 ． o 0 元 ，全年定价9 6 ． o 0 元 含邮寄费 。国 外发行中国国际图书贸易总公司 北京3 9 9 信箱，国外发行代号1 5 2 9 B M。 压力容器杂志是中国压力容器学会会刊，自1 9 8 4 年创刊以来，一直坚持学术性与实用性相结合的办刊 方针，是压力容器行业的权威杂志之一。 压力容器杂志被评定为 “ 中文核心期刊”，编入 中文核心期刊 要 目总览 2 0 0 8 年版；被科技部 “ 中国科技论文统计源”期刊数据库确定为 “ 中国科技核心期刊”等。杂 志已加入了国内所有知名期刊数据库。 需要订阅2 0 1 4 年度 压力容器杂志的读者与订户，请及时到当地邮局订阅。如错过邮局征订期，可向压 力容器杂志社索取2 0 1 4 年杂志订单。 通信地址安徽省合肥市高新区天湖路2 9 号，邮编2 3 0 0 8 8 联系电话 0 5 5 1 6 5 3 3 5 5 1 5 ，6 5 3 3 5 4 5 6 ，传真0 5 5 1 6 5 3 3 5 4 5 3 电子信箱p v t c h i n a p v t ． c o rn，网址w w w ． c h i n a p v t ． t o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m