海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀防护技术探析.pdf

109技术应用与研究引言海洋是一种特殊的自然资源，在我国的国家发展战略国策中，大力开发海洋资源，推动蓝色经济发展，实现对海洋资源有效保护与和平利用也是至关重要的内容。在海洋资源开发过程中，需要面对和解决海洋环境腐蚀问题，才能实现可持续发展。较之其他环境的腐蚀问题，海洋腐蚀尤为特殊与严重。海洋环境具备较为明显的复杂性，产生的腐蚀影响也较为特殊。海水属于强电解质溶液，海水的温度、pH值、流动速度、氧溶解量、海洋生物等，都会对海洋钢结构产生腐蚀影响。相较于陆地环境的腐蚀性，海洋环境的腐蚀性则要更高。所以，海洋钢结构的应用面临着十分严峻的腐蚀环境。海洋腐蚀会造成极为严重的损失，对各种基础设施、设备以及构筑物等产生的腐蚀影响会导致这些设施设备、构筑物的功能丧失，严重缩短材料与构筑物的使用时长，资源、材料、能源等都会出现严重浪费，并且会大大增加突发事故、灾难的发生概率，出现大面积的油气泄漏、污染，甚至会引发严重的爆炸、人员伤亡。由此可见，加强对海洋新型防腐蚀技术的研究、探讨，推动海洋工业设施设备防腐蚀战略发展，延长海洋钢结构基础设施、平台的使用寿命，保障海上生产安全，对于我国蓝色经济战略的实施与可持续推动有着十分重要的现实意义。一、海洋钢结构浪花飞溅区的腐蚀规律分析就海洋环境的结构而言，其腐蚀区带由上至下分别为海洋大气区、浪花飞溅区、海水潮差区、海水全浸区、海底泥土区。我国对于钢结构设施在海洋环境不同腐蚀区带产生的腐蚀规律的研究主要起源于20世纪70年代，采用了电连接的方式对海洋的腐蚀环境进行模拟实验。同时结合对国外长期的海洋腐蚀研究分析，可知在海洋环境不同的腐蚀区带中，钢结构发生腐蚀的速度有着较为明显的差异性。其中，钢结构设施在浪花飞溅区产生的腐蚀影响最为严重，浪花飞溅区也是海洋环境中最为严峻的腐蚀环境。究其原因，主要是由于处于浪花飞溅区的钢结构表面会受到海水的周期性浸润，形成周期性的干湿交替环境，在外界环境氧气供应充足，钢结构上的盐分不断浓缩的影响下，为腐蚀影响提供了有利条件。同时，由于受到阳光、风吹、海水环境其他因素的影响，进一步加剧了钢结构的腐蚀速度。相关调查显示，通常来说，在海洋大气结构中，钢结构的平均腐蚀速度为0.030.08mm/a。但是，在海洋结构的浪花飞溅区产生的腐蚀速度是平均腐蚀速度的10以上。相同属性的钢结构，在浪花飞溅区产生的腐蚀速率是海水全浸区的310倍。相关实验证明，长期裸露在海面之外的钢结构部件中，处于浪花飞溅区产生的腐蚀速度甚至会超过1mm/a。但是处于低潮位之下的全浸区域产生的腐蚀速度仅为0.10.3mm/a。即便是碳钢和低合金钢，在海洋腐蚀环境的腐蚀区带中，浪花飞溅区的腐蚀影响也是最为严重。因此，在进行海上钢结构工程设计与建设过程中，如何抵御浪花飞溅区的腐蚀影响成为各个相关单位、人员必须慎重考虑与解决的问题。二、海洋钢结构浪花飞溅区常用的腐蚀防护方法经过多年来的研究与发展，对于海洋钢结构浪花飞海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀防护技术探析米军中海油能源发展装备技术有限公司【摘要】海洋环境的腐蚀区带主要划分为海洋大气区、海洋潮差区、海水全浸区、海底泥土区以及浪花飞溅区等。尤其是浪花飞溅区对海洋钢结构的腐蚀影响最为严重。浪花飞溅区的钢结构表面会受到海水的周期性润湿，钢结构长期处于干湿交替状态，氧气供应充足的同时海水的盐分不断浓缩、累积，再加上光照、风吹、海水等其他腐蚀因素的协同影响，使得海洋钢结构出现严重腐蚀。浪花飞溅区的钢结构腐蚀中，锈层自氧化反应的腐蚀影响最为严重。涂料保护是当前海洋钢铁结构设施防腐保护的长远方式，对于海水全浸区域则采用主要采用电化学保护的方式，能够获得较好的防腐效果。然而，这些方式在浪花飞溅区的防腐效果却不甚理想，需要结合实际情况探讨合理的防腐技术应用，确保在浪花飞溅区的钢结构获得较好的防腐效果。基于此，主要对海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀防护技术及其相关进行了深入分析与探讨，以供相关参考。【关键词】海洋腐蚀；浪花飞溅区；矿脂包覆；钢结构【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.18.037110技术应用与研究溅区的腐蚀防护主要形成了以下几种方法、措施：一是增加腐蚀余量。这种方法虽然能够有效缓解钢结构的腐蚀问题，但是会产生较为严重的钢材材料浪费，以及产生局部孔蚀的问题仍然难以解决，并且存在一定的安全隐患，当前的实际应用也越来越少；二是采用耐海水腐蚀的低合金钢。这种材料的耐海水腐蚀性虽较常规碳钢好，但是也需要采取相应的防护措施来强化效果，并且对于已建成的、老旧的钢结构的适用性较低；三是采用无机、有机涂层保护。这是海洋钢结构腐蚀保护较为经济、有效的方式，但是在涂层防护的表面处理方面有着较高要求，并且由于海水的特殊性，常规的涂层材料难以抵挡海水的长时间冲击、腐蚀，涂层极易发生鼓泡、脱落，进而引发严重的结构局部腐蚀，对于正在使用中的钢结构表面往往难以满足涂装要求；四是金属喷涂方法。这种方法的应用的防腐效果较好，但是对于现场施工的技术要求较高，尤其是结构较为复杂的位置存在施工困难的问题，必须结合其他防护措施才能发挥防腐作用；五是采用蒙乃尔合金、钛合金、耐海水不锈钢护套包覆的防腐方法，这一方法的应用具备较好的耐腐蚀效果好，但材料的经济成本较高，导致在推广应用方面存在较大制约，需要加强对包覆材料的进一步研究，形成经济、有效、施工便捷的防腐保护方法，有效保护和延长浪花飞溅区的钢结构的使用安全与使用寿命。下文就包覆防腐技术的具体应用进行分析、探讨。三、复层矿脂包覆防腐技术的应用分析中国科学院海洋研究所在“十一五”期间，就国家科技支撑计划项目的实施，研发形成了一套具备自主知识产权的海洋钢结构浪花飞溅区包覆防腐技术，这一技术的应用能够实现带水操作，采用了新型复层矿脂包覆的防腐方法。在保护层的应用方面，主要采用了性能较好的缓蚀剂以及采用了隔离氧气的密封技术，在钢结构外层构建形成了由矿脂防蚀膏、矿脂防蚀带、密封缓冲层、防蚀保护罩等四层紧密相连的保护结构。其中，矿脂防蚀膏作为复层矿脂包覆防腐技术应用的主要防腐材料，直接涂刷在钢结构的表面结构，与钢结构形成密切接触，隔离空气与海水。在矿脂防蚀膏中应用了多种防锈物质，即便是海洋的潮湿环境中也能形成较好的防腐保护效果，能够长期、高效、稳定地应对钢结构恶劣的海洋腐蚀环境影响，避免钢结构遭到直接腐蚀。矿脂防蚀带则主要是采用一种经过浸渍的特制防蚀材料，这种材料的主要成分是人造纤维，这种材料与矿脂防蚀膏的成分与性能都较为相似，在发挥防腐蚀作用的同时还具备增强密闭性、密封性的效果，能够有效提高防腐结构的整体强度与耐久性。密封缓冲层主要安装于矿脂防腐蚀带由于防腐蚀保护罩之间，能够发挥密封、缓冲外界冲击的作用，主要用于防蚀保护罩的预制，更是复层矿脂防腐技术防护体系中的重要环节。防蚀保护罩，主要是在矿脂防蚀膏与矿脂防蚀带外层包裹的，具备较好坚固性、耐久性的保护罩，能够有效提升复层矿脂包覆防腐技术的防腐性能与耐久性能。制作防蚀保护罩的材料多种多样，其中以玻璃纤维增强保护罩的应用较为广泛。在海洋钢结构浪花飞溅区防腐过程中，复层矿脂包覆防腐技术的应用具备更为显著的防腐效果，并且具备较好的持久抗疲劳强度与耐冲击性，能够实现对最低潮位以下1m到浪花飞溅区范围的包覆，对于暴露在覆盖区域的钢结构能够实现长时间、半永久性的有效保护。在海洋钢结构的浪花飞溅区防腐保护过程中，复层矿脂包覆技术的应用在实现全寿命、全周期的防腐维护方面已经形成了较为成熟的技术应用体系，并表现出了较为明显的应用优势。复层矿脂包覆防腐技术在海洋结构浪花飞溅区防腐方面的应用，能够有效延长海洋钢结构设施的维修周期，降低维修成本，有效节约了人力物力资源，同时还能够有效提升构筑物的耐久性，很好地提高了海洋钢结构及相关设施的使用效率。复层矿脂包覆防腐技术在暴露在浪花飞溅区的钢结构的防腐保护有着较为广泛的适应性，无论是在跨海大桥、海洋平台，还是在港口码头等的建设中，都有着较为重要的应用，同时也能够在各种海洋管道管线保护中发挥重要作用。除此之外，对于已建成的表面形成旧钢铁的设施设备的防腐修复，以及新建的钢铁设施腐蚀修复都具备较好的适用性，获得较好的腐蚀保护效果。因此，复层矿脂包覆防腐技术在海洋钢结构的保护，以及确保相关设施设备、构筑物的安全运行方面有着较为重要的经济价值与社会价值。复层矿脂包覆防腐技术是一项针对性较强的专门防腐技术，在施工技术应用方面有着较为特殊的要求，但是并不复杂与困难。这一技术在海洋钢结构防腐中的应用主要包括工程设计、表面处理、矿脂防蚀膏涂抹、矿脂防蚀带缠绕、缓冲层安装、防蚀保护罩安装等施工步骤与环节。对于钢结构中较为复杂的节点，在不能使用预制玻璃作为防腐保护罩的情况下，可采用现场制作玻璃防蚀保护罩的方式解决。在安装完成后，可采用安装保护和未保护试片的方式对海洋钢结构的防腐效果进行检验，并测试腐蚀速率，以便及时调整防腐技术应用方案。111技术应用与研究四、复层矿脂包覆防腐技术在海洋钢结构浪花飞溅区防腐的实际应用复层矿脂包覆防腐技术在海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀防护中的应用，具备经济性、长效性的防腐效果，在暴露在海洋浪花飞溅区的钢结构、设施、设备、构筑物等的腐蚀防护方面有着较为广泛的适用性。这一技术在我国的海洋工程建设中也有着许多成功应用案例。例如，目前运行的海洋石油平台中，在对浅海平台钢结构腐蚀规律进行分析的前提下，结合对浪花飞溅区腐蚀控制与结构维护需要考虑，在埕岛油田CB22单海洋平台等防腐工程建设中获得了较好的应用效果。在海洋码头设施中的应用，就我国当前的海洋码头腐蚀规律而言，钢管桩是浪花飞溅区发生腐蚀最为严重的钢结构，对这一结构采用了新型的包覆层修复措施，很好的修复腐蚀，延长了海洋码头的使用寿命。在新建采油平台中的应用，如我国的渤海某井组平台建设过程中，通过对浪花飞溅区腐蚀控制与维护工作需要分析，对新建采油平台基础与平台的上部采用复层矿脂包覆防腐技术，也获得了较好效果。五、海洋钢结构浪花飞溅区其他防腐技术的应用1.涂装防腐技术在海洋钢结构浪花飞溅区防腐技术应用体系中，涂装技术应用是十分重要的组成部分。涂装系统的应用主要是通过在钢结构表面涂刷各种类型的涂装材料的方式，在钢结构表面形成涂覆层，避免钢结构与海水、空气发生直接接触，有效降低浪花飞溅区的腐蚀概率与腐蚀深度。在实际应用过程中，为能够获得较好的防腐保护效果，对钢结构中的管道、构建、支撑、平台等结构的外表面需进行全面的清洁、干燥，确保喷涂的表面没有任何污染，才能进行涂装施工。一般来说，浪花飞溅区的构件表面的粗糙度需能够达到50100m，以及底漆与面漆的土层厚度需要大于1000m，才能达到有效的防腐效果。2.海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀防护措施在海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀防护技术的具体应用过程中，腐蚀防护措施的应用前提需要完成对钢结构浪花飞溅区腐蚀量的准确测定。结合对具体测定数据的分析，采取针对性的腐蚀保护措施，进而实现防腐效果的最优化，很好地规避钢结构空隙腐蚀的影响。在选择海洋浪花飞溅区钢结构材料时，通常采用碳钢材料以获得较高的结构强度。然而，为了提高整体的防护效果并满足海洋钢结构腐蚀防护的要求，必须采取必要的腐蚀防护措施。一种常用的腐蚀防护措施是涂覆保护层。通过在钢结构表面涂覆特殊的防护涂料，可以形成一层坚固的保护层，隔绝钢结构与海水之间的接触，从而减少腐蚀的发生。这种涂覆保护层通常包括底漆、中间涂层和面漆，每层都有特定的功能和防护性能。另一种常见的腐蚀防护措施是阴极保护。通过在钢结构表面安装阴极保护系统，如阴极保护电流源和阴极保护阳极，可以通过电化学原理实现对钢结构的保护。阴极保护系统会产生一种保护电流，使钢结构成为阴极，从而减少腐蚀的发生。此外，还可以采用电镀、镀锌、热浸镀等技术对钢结构进行防腐处理。这些方法通过在钢结构表面形成一层金属覆盖层，起到防腐和防护的作用。六、结束语总而言之，在海洋资源开采过程中，不可避免需要进行钢结构构筑物的建设与使用，如何做好海洋环境下的钢结构设施腐蚀防护成为海洋资源开采与利用过程中必须慎重解决的问题。而在海洋环境中浪花飞溅区的钢结构腐蚀最为严重，自然也成了当前海洋钢结构防腐保护的薄弱环节。做好浪花飞溅区的钢结构腐蚀防护，对于确保整个海洋构筑物的使用安全与使用寿命有着决定性作用，因此必须重视和大力加强对浪花飞溅区的腐蚀防护作业。相关单位、人员需结合浪花飞溅区钢结构腐蚀规律分析，采用合适的钢结构设计与防腐方法，合理运用复层矿脂包覆等防腐技术、措施，实现对海洋钢结构浪花飞溅区的长期、有效保护。参考文献：1张杰，魏莉洁.海洋环境下港珠澳大桥钢结构防腐涂装技术研究J.南通航运职业技术学院学报，2020，19(02):63-65.2袁鹏园，冯立明，刘宇，尹晓彤.我国海洋环境中钢结构件防腐研究进展J.山东建筑大学学报，2019，34(03):68-73.3侯保荣.海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀防护技术J.中国材料进展，2014，33(01):26-31.4杜增彬，高秉峰，吴员.海洋石油钢结构飞溅区的防腐处理J.石油和化工设备，2013，16(11):63-65.5马桂君，王伊诺，晏学兵，等.海洋飞溅区钢结构涂装质量控制J.涂料技术与文摘，2021(009):042.作者简介：米军（1982），男，汉族，天津人，本科，工程师，研究方向：工程管理、海洋结构。