4 包覆材料防腐

包覆材料防腐技术采用了3层相连的保护层，从内到外分别是防腐膏、防蚀带和外部保护剂。此外，异形件防护还采用防蚀胶泥填充局部空隙。防腐膏是包覆材料防腐中最重要的一部分，防腐膏直接与金属表面接触，其含有的锈转化成分可将表面锈蚀的部分转化为黑色保护膜，保护性密封层的形成可以防止钢基体的进一步氧化腐蚀，起到除锈和防锈的双重作用。防蚀带是纤维无纺布在防蚀溶液中浸泡而成，较为柔软，在各种复杂的架构表面均可粘贴。

防蚀带在施工后，外表面会发生氧化聚合反应变得干燥，内表面与钢基体紧密接触，以保持柔软状态并达到最佳的防腐性能。同时，浸渍有特殊调制的防腐材料的防蚀带具有良好的密封性能，可以将基体表面与水、盐、空气等腐蚀介质隔离开，从而达到最佳的防护性能。此外，防蚀带还具有良好的阻燃性和耐候性。最外层的保护剂是可固化的表面保护材料，可以直接涂刷在防腐蚀带的表面。外表面防护剂可以在空气中短时间氧化形成耐候性能优异、密封性好、坚韧完整的保护膜，有效防止腐蚀介质的侵入和自然老化 。

包覆材料防腐具有长久性，防护效果好，通常可以防护15~20a。但是，目前包覆材料防腐成本较高，还不具备大规模应用的条件，另外，针对经常发生内漏的法兰也不适合采用包覆材料防腐技术。

5 防护套防护

根据螺栓等异形件的形状和规格，加工标准的防护套，在防护套中添加密封胶，能有效隔绝空气和水分侵入基体表面。防护套的拆卸十分简单，并且不影响设备的检修和拆卸，是一种行之有效的防护方法，适用于大批量标准化施工，以增加美观性。但是螺栓保护套不适合用于介质浸泡或有水流动的环境中。

结语

（1）随着海洋强国战略的实施，我国对海洋环境下的腐蚀问题越来越重视。螺栓等异形件虽然只是工程项目上的小部件，但大都裸露在表面，如果出现腐蚀等问题，轻则影响美观，重则影响整体构件的强度。螺栓等异形件的防护措施很多，通常单一的防腐蚀措施很难满足长效防护的要求，必须采取多种方案有效结合，同时开发新方法、新技术，才能不断提高异形件的长效防护能力；

（2）针对异形件防护，可根据使用条件，从服役时间、防护特点、成本等诸多方面综合分析，可先采取小规模试点，并逐步形成标准化的施工方案；

（3）研究异形件在含水、含锈等条件下的防护材料及施工技术，同时开发适合异形件、耐高温、便于清理和养护的长效防护材料，是目前异形件防护领域急需解决的问题。

1 材料及表面处理工艺

生产螺栓、螺母所用的钢材都是经过轧制或者锻造工艺的，通常为珠光体、铁素体或者奥氏体，此外生产原料当中的硫磷成分含量对产品的防腐性能具有一定的影响。除了硫磷等特殊成分以外，为了适应不同的使用环境，生产原料中还会限定其他成分的含量。螺栓、螺母等结构件的化学成分不是提高防腐性能的主要因素，其主要的防护手段还是通过外涂层防护。螺栓等异形件的表面处理工艺通常有表面光亮处理、热浸镀、电镀、电镀+特殊防腐层、发蓝处理，此外还有一些特殊的处理工艺，如达克罗工艺、不锈钢处理、特氟龙工艺、合金共渗等。

2 涂层防护

涂层防护是海洋大气环境下最常用的防腐措施，其主要优点是成本低、工艺简单，但是对于基材表面的处理要求很高，而螺栓等异形件因其形状不规则，表面处理很难达到要求。此外，防腐涂料在施工操作过程中易产生流挂、漏涂等现象，导致在异形件的局部区域或者边缘区域很难达到所要求的膜厚。因此，在这些区域表面的涂层易产生鼓泡、剥离现象，并且由于保护时间短，在后期的养护施工时，表面涂层和锈层难以清除，维护成本高。目前，通常考虑选择厚浆型可覆涂涂料，如环氧类、聚氨酯类、橡胶类等。

3 涂油防护

涂油防腐主要是在螺栓等异形件的表面涂覆一层特质油脂（碳钢螺栓通常采用黄油、不锈钢螺栓采用石墨锂基润滑脂），通过隔绝空气达到防腐效果。涂油防护施工方便、快捷，无需特殊设备。但是也存在一定的局限性。针对异形件防护时，局部位置不能完全覆盖，并且防锈油脂长时间与水接触会产生乳化反应，在干燥环境中也容易干结。

因此，采用涂油防护时，通常需要采取定期检查和养护的措施，防止由于防锈油的干燥、乳化、挥发等原因引起的防护措施失效。防锈油也会在空气当中发生氧化反应，生成酸性的物质，一方面会加速金属构件的腐蚀，同时也会破坏防护油脂的结构，使得滴点下降、基础油黏度增加、流动性变差，另外使用环境中的水分、尘埃以及有害气体等也会导致防锈油的劣化。

目前部分跨海大桥螺栓等异形件的防护采用涂油防护，螺栓、螺母表面涂抹黄油，外部添加PVC（聚氯乙烯）防护罩，阻止外界水分及空气与构件的直接接触，达到防护作用。但是海洋腐蚀环境恶劣，防护罩容易出现劣化脱落，黄油液化流失，后期导致钢构件产生严重腐蚀，严重影响安全服役。

海洋环境是自然界当中最严苛的腐蚀环境之一。金属材料在海洋大气环境或者海水当中极易产生严重的腐蚀现象。很多长期暴露在海洋大气环境下的螺栓等异形件腐蚀情况严重，导致部分螺栓等异形件拆卸困难，结构件之间的连接强度降低，同时给结构件的正常服役和日常的维护保养带来了新的难题。

异形件的腐蚀是普遍存在的，长期以来并未引起人们的关注。而设计者通常比较关心异形件的应力应变状况、疲劳寿命、冲击负荷以及断裂失效等力学性能的变化，忽视由于异形件腐蚀可能带来的问题。异形件在腐蚀初期阶段，表面会产生锈迹，影响美观，同时，如果腐蚀未得到及时处理，甚至会导致结构件产生腐蚀断裂，不仅会影响结构件的安全使用，还可能引起安全事故。螺栓等异形件在腐蚀很严重的情况下才被发现和重视，某些设备的螺栓腐蚀、失效甚至会影响结构件的功能，可能会导致设备事故及人员伤亡事故，造成不可估量的损失。所以对于螺栓等异形件的腐蚀情况和防腐措施应给予高度的关注。

螺栓是连接和固定钢结构的重要零件，但是往往也是腐蚀最严重的区域，设计者对螺栓的防腐要求一般仅限于螺栓出厂运输、存储防护，并且在工程应用中，由于间隙较小、结构复杂导致的防护困难，设计通常不会提出具体的防护方案，往往导致其他部位完好，但是螺栓已经开始产生腐蚀。如果不进一步采取措施，腐蚀不断加剧，直接导致钢构件的连接强度减小，存在严重的安全隐患。与此同时，跨海大桥的钢索、钢构件的焊接部分、海上设备的球形节点、法兰以及储罐的边缘板等异形件由于其结构特殊，在腐蚀防护过程中可能存在较多的缺陷、棱角和缝隙，导致结构件的局部不平整，易产生积水，进而发生应力腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和电偶腐蚀行为，异形件的腐蚀问题往往很严重，是海洋环境下钢构件腐蚀防护的短板。

随着我国对海洋资源的开发，海洋钢结构的腐蚀控制技术越来越受到关注。海洋环境可以分为大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区5个腐蚀区带。其中，钢结构在飞溅区的腐蚀最为严重。在飞溅区，钢材表面受到海水的周期性润湿，处于干湿交替状态，氧供应充分，盐分不断浓缩，加之阳光、风吹和海水环境等协同作用导致发生最严重的腐蚀。有机涂层保护是目前经济、有效的防腐方法，一般选择重防腐蚀涂料对服役于飞溅区的钢结构进行保护。

钢结构飞溅区腐蚀对整体钢结构的寿命起着决定性作用，通过控制涂层系统设计、表面处理、无气喷涂施工、喷涂施工环境控制等相关质量及关键工序，可有效的确保涂层防腐性能的发挥，进而保证钢结构能够在设计寿命内有效的运行。

海洋石油工程股份有限公司是我国海洋石油、天然气开发工程建设项目的总承包公司之一，近年来，公司承揽越来越多的LNG类项目，受限于LNG类格栅的形式，对于甲板片涂层防护的要求越来越高，同时业主也注重涂层表面完整性及外观的平整性，对于甲板片在涂装车间释放后，如何对甲板片涂层进行防护，公司进行了深入研究，最终探讨出一种适用于海工建造过程的甲板片涂层防护方案。

海洋石油工程模块甲板片通常采用环氧富锌底漆、高固含环氧类中间漆及聚氨酯面漆作为配套，膜厚通常在320μm左右（底漆60μm，中漆200μm，面漆60μm），此配套已是海工重防腐中通用配套。由于膜厚较高，以及现场多专业交叉施工过程不可避免地造成部分破坏，比如：焊接作业烧糊、运输吊装磕碰、安装过程磕碰、现场文明施工不当污染等，特别是在冬季施工，由于涂层膜厚及天气温度问题，通常甲板片油漆修补需要7~10天时间完成，对项目工期挑战极大，同时会增加项目额外施工及涂料成本，因此为了进一步减少甲板片涂层的破坏，重点研究了甲板片涂层防护并最终形成了本文的甲板片防护方案。

通过在LNG类项目上的应用，甲板片防护方案具备以下效果：

（1）格栅区域后期无需大面积翻新，只需将格栅拆除后，清理帆布或者将可剥离涂料进行去除，降低了格栅区域涂料翻新的质量风险，同时节省了翻新工期；

（2）由于甲板片进行了有效防护，减少了现场翻新工作量，通过对比翻新工作人工及材料投入和可剥离施工及去除的人工及材料投入，对于万吨级LNG类模块，单个模块可以节省近20万的综合成本。

质保风险应对

工程项目要求进行涂层质保，总承包单位或者施工单位应根据合同要求对涂层材料入场检测，包括涂料光谱指纹、固体成分含量、云母含量、锌粉含量、细度以及树脂含量等进行测试是否与涂料公司提供母本成分一致；留存好检验报检记录；工艺评定记录；施工过程中交底记录等文件性资料。同时总承包或施工单位应与涂料厂家签订相关的材料质保协议；与施工厂家签订质量保证协议，并且对重点项目进行工程投保以规避合同质保风险。

目前国内对涂层质保体系还不完善，容易被忽视。涉外项目如未能仔细理解技术要求，很容易出现涂层质保真空带。通常国外在工程项目开工前涂料制造商提供的大多数担保都可以保护业主免受因涂装作业后短时间内可能导致开裂、起泡、剥落和不均匀褪色等常见涂层缺陷。资料表明，长期担保的涂料和涂层施工的工程项目能够确保一定的质量水平，项目涂层首次维修时间明显长于无质保的项目，对于业主而言，可以节省大量时间和金钱，也可以提升承包商涂层施工质量。

涂层质保

国外海洋平台和液化天然气模块项目在规格书中规定了涂层的质保年限和要求，大部分石油公司的企业标准也提出涂层质保要求，比如壳牌石油公司的工程设计标准DEP30.48.00.31陆上和海上涂层保护中明确对涂层质量保证是5a，储罐和压力容器内涂层质保为10a，热喷铝涂层为10a。表3为笔者对涉及质保的项目进行对比分析，其中涂层缺陷采用标准为ISO 4628-2016或者ASTM D610；质保期限最长达25a，最少是5a；不同项目对锈蚀等级、起泡、涂层粉化、开裂、附着力、颜色等均做不同等级要求。

防火涂层质保

防火涂层质保一般要求“缺陷区域”的第1年和第2年不能超过构件面积或长度的0.5%；第3、第4和第5年不能超过构件面积或长度的1%；第6年和第7年不能超过构件面积或长度的3%；第8年、第9年和第10年不能超过构件面积或长度的5%。缺陷区域是指对照涂装参考区域的防火涂层系统与索赔标的物已剥离或至少与参考面的严重程度相同情况下的目视无损检测显示的每个离散区域或连续出现开裂或涂层剥离区域面积大小或长度的总和：涂层从面积＞1 m2的基材上剥离；涂层面积＞1 m2的层间剥离或者涂层长度＞1m的基材开裂，防火涂层开裂的程度通常按照SY/T 7396-2017《石油天然气工业陆上生产设施被动防火推荐做法》9.3章节进行处理。

修复

在涂层质保期间内出现质量问题，如果项目相关方确定涂层系统因工艺缺陷或涂层制造缺陷而失效，涂层失效和腐蚀区域应按照施工时使用的原始涂层施工要求进行修复，包括表面处理程序和业主可接受的标准。在任何情况下，涂层修复应在临时验收证书后的质保期满前完成。

海洋工程项目的构件面临腐蚀风险，在ISO 12944-2017系列标准中定义为腐蚀高级别CX，属于海洋气候腐蚀条件，涂料质量和施工质量对交付后产品质量能否满足产品的设计寿命至关重要。一旦产品交付后涂层出现质量问题，在服役状态下的维修保养所需要的费用高昂，笔者查阅资料发现，在壳牌石油公司某澳大利亚FLNG项目涂层质量出现问题，维修费用包含直接费用和间接费用大约每平米10万美元。

通过涂层质保中参考面选择、技术标准、实际项目应用案例解析海洋工程防腐涂层质保程序，为海洋工程防腐涂层质保提供参考。

1、涂层质保程序

涂层质保年限不同于涂层设计寿命，涂层质保年限通常短于涂层设计寿命。涂层质保属于项目质保的一部分，通常在项目规格书中规定涂层质保年限和质保要求。根据质保年限和质保要求，油漆厂家根据设计要求推荐油漆配套系统，经业主批准后签订包含质保年限和质保要求的质保合同。在涂装施工启动前根据推荐的油漆配套系统开展工艺评定试验，评定试验由业主、油漆厂家、施工单位、总包单位等各方进行见证。在工程件进行涂装前，需要前述的涂装工程参与各方在工程件上选择质保参考面，并进行见证确认后按照推荐配套系统进行施工，各方需要全程见证施工过程，并在施工记录上签字确认。

2、油漆涂层老化评价标准

涂层评价根据质保年限，通常要求经过一定的年限按照ISO 4628-2016或ASTM D610标准针对涂层的表面生锈、开裂、剥落、起泡、变色、粉化、丝状腐蚀等缺陷做定性和定量评价，其中包括对缺陷数量评价、缺陷尺寸评价、颜色变化程度评价。

5、生物基涂料

环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚酯等都是石油基聚合物，其合成和应用过程会排放挥发性有机化合物而污染环境和危害人类身体健康。因此，人们正寻找和探索其他绿色和可再生来源的聚合物树脂，减少对化石或石油基材料的依赖。利用生物基材料合成聚合物/树脂是解决这些挑战的可能途径之一。这些生物基材料来源于自然，从而有助于在不消耗稀缺资源的情况下实现全球可持续性。利用生物基材料，包括淀粉、木质素、蛋白质、纤维素、蔗糖、糖、壳聚糖、紫胶、松香、多羟基烷酸酯、呋喃酮、海藻酸钠、羊毛纤维、植物油和动物油等，作为涂料添加剂、改性剂，用于树脂合成、粘合剂、涂料、复合材料等各种应用。

腰果酚是一种从天然腰果壳油中经先进技术提炼而成，可以代替或者部分代替苯酚用于制造环氧固化剂、液体酚醛树脂、液体或者粉末状的热固性酚醛树脂，腰果酚以其特殊的化学结构还具有以下特点：（1）含苯环结构，具有耐高温性能；（2）极性的羟基可提供体系对接触面的润湿和活性；（3）间位含不饱和双键的碳15直链，能提供体系良好的韧性，优异的憎水性和低渗透性和自干性。目前，腰果酚已经在涂料行业中大量应用，特别是其良好的自干性，腰果酚对环氧树脂固化剂改性可以使环氧涂料在较低温度环境下固化。腰果酚改性固化剂的快干型涂料在海洋石油行业使用的冬用型油漆中广泛应用。

由于微裂纹或划痕造成的保护涂层损坏会导致腐蚀性物质穿透损坏的孔，导致涂层材料劣化，并显著降低其使用性能。因此，有必要在涂层中引入自修复机制，以确保高水平的性能和延长的使用寿命，同时降低维护和维修的能源和成本。这对于海上设施上的涂层应用尤其重要，因为在海上设施上，定期维护和维修费用昂贵且不容易执行。Finkenstadt等从乳酸菌中制备了生物基胞外多糖，添加了胞外多糖的涂层通过降低离子扩散速率来抑制低碳钢基体上的腐蚀，该涂层在划伤后显示出良好的自我修复能力。Chen等通过将微胶囊桐油作为愈合剂添加到常规环氧涂料中，在涂层发生裂纹或划痕时，微胶囊破裂修复防腐涂层裂缝。此类自修复涂层有望带来防护涂层的长服役寿命，希望在不久的将来在海洋石油设施防腐涂层中大规模应用。

4、粉末涂料

粉末涂料是一种有机聚合物涂料，它以固体树脂和颜填料及助剂等组成。施工时它以自由流动的干粉形式涂覆，然后在加热条件下固化。与传统的液体涂层相比，粉末涂层系统不需要溶剂来保持粘合剂和填充物处于液体悬浮状态，它的分散介质是空气，具有无溶剂污染、100%成膜的优势。最常用的聚合物有聚酯、聚氨酯、聚酯环氧树脂、熔结环氧树脂、丙烯酸树脂。

熔结环氧涂层具有良好的耐溶剂性能，能够抵御硫化氢、酸、碱，有机物等物质的化学腐蚀，并能长期抵御海水、土壤中微生物产生的各种有机酸等物质的腐蚀；涂层具有良好的绝缘性，具有很强的耐阴极剥离能力，能够和阴极保护联合应用，达到长期保护的目的。因此熔结环氧树脂涂料广泛应用在油井管内防腐以及海底输油管线防腐。熔结环氧树脂涂料是一种热固性的涂料，管线在喷涂前经过喷砂处理和中频加热，再采用静电喷涂方法将环氧粉末涂料喷涂在加热的钢管表面后熔融粘结在钢管表面，固化形成涂层。油管内防腐常使用单层熔结环氧涂层，管线外部采用熔结环氧涂层加三层聚乙烯热缩带或三层聚丙烯热缩带防腐。

粉末涂料施工过程中需要对施工工件加热和旋转，施工时需要喷粉室、加热室等，该涂层只适用于车间内流水线施工，无法在车间外进行大规模施工，且也不适用于结构复杂构件的施工，主要应用于管道防腐。