海洋油气开发设施关键腐蚀部位新型控制技术 中科院海洋研究所

1、李言涛中国科学院海洋研究所 国家海洋腐蚀防护工程技术研究中心天津塘沽 2015.01.22,海洋油气开发设施关键腐蚀部位新型控制技术腐蚀防护修复技术,二、海洋环境钢结构腐蚀规律,三、复层矿脂包覆腐蚀修复技术,五、热缩套管道补口防腐技术,一、腐蚀危害与破坏事例,汇报内容,四、氧化聚合型包覆防腐技术,六、海洋平台阴极保护及监测技术,1. 腐蚀危害的严重性,美国2001年发布了第七次腐蚀损失调查报告，表明1998年美国因腐蚀带来的直接经济损失达2760亿美元，占GDP的3.1% 2016年我国的GDP首超60万亿元，按照3%计算，腐蚀损失约2万亿元。,带水涂装,涂装寿命短，保护效果差,南海石油平台钢结构浪花飞溅区情况,2. 海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀破坏实例,带缆走道的格栅板和护拦严重腐蚀,桩帽部位涂层脱落严重，测厚部分坑蚀达2个MM,桩腿、斜撑涂层破损左右，无破损的地方涂层老化掉色。破损处有锈蚀，部分地方有锈层堆积,立管及立管卡子腐蚀状况,井口区隔水套管涂层全部脱落，有大面积锈蚀,渤海某平台浪溅区腐蚀情况,中石化胜利油田浅海石油平台,井口套管表面腐蚀状况,10天后表面状况,喷砂处理,腐蚀严重

2、,（凹槽中充满污物，腐蚀严重）和表面处理情况,包覆玻璃钢防护的立管腐蚀,青岛港液体化工码头,天津LNG码头,福建LNG码头,册子岛油库码头,焊接部位,风电场塔筒腐蚀严重,风电机基础环,风电基础环腐蚀严重,风电机基础环,二、海洋环境钢结构腐蚀规律,三、复层矿脂包覆腐蚀修复技术,五、热缩套管道补口防腐技术,一、腐蚀危害与破坏事例,汇报内容,四、氧化聚合型包覆防腐技术,六、海洋平台阴极保护及监测技术,全浸区,大气区,腐蚀速率,浪溅区,潮差区,海泥区,钢桩,大气区：由于海盐微粒的影响和陆地大气的 共同作用使腐蚀加剧。,浪溅区：海水飞溅造成的干湿环境以及阳光 照射导致的温度升高，形成最苛刻腐蚀环境。,潮差区：由于全浸区海水受到潮汐的作用， 造成其腐蚀相对较轻。,全浸区：海水的腐蚀性主要受溶解氧、流速、 温度、盐度、pH值、以及污染因素和生物因 素等的共同作用的影响。,海泥区：溶解氧、温度以及厌氧生物的作用 是影响腐蚀性的主要因素。,海洋钢铁设施腐蚀规律及环境特性,浪溅区腐蚀严重,在浪溅区部位，钢表面由于受到海水的周期润湿，经常处于干湿交替状态，氧供应充分，盐分不断浓缩，加上温度差异及风和海水同时

3、作用时引起的波浪冲击等因素作用，腐蚀特别严重。,同一种钢，在浪溅区的腐蚀速度可比海水中高出310倍,厚0.25英寸钢板，5年即穿孔,进入海水中的气泡，使海水能更有力地冲击破坏保护膜或覆盖层，局部腐蚀十分严重。 阴极保护在这个部位不能发挥丝毫作用。 严重的局部腐蚀破坏，使整座钢结构物大大降低承载力而影响安全生产多提前报废，缩短使用寿命。,浪花飞溅区钢结构腐蚀的破坏性,电连接方法结果 美国外海实验结果,我国第一次进行热轧带钢实海长尺试验（广西北海，173d）,浪花飞溅区的腐蚀机理,普通碳钢在海水和飞溅区的极化曲线,二者阳极溶解速度几乎相等，飞溅区的阴极电流明显大于海水的阴极电流,在浪花飞溅区的干湿交替过程中，钢的 阴极电流比在海水中的阴极电流大。 在海水中钢的阴极反应是溶解氧的还原反 应，在浪花飞溅区中钢由于锈层自身 氧化剂的作用使阴极电流变大,Q235A钢锈层X射线,3.5% NaCl 溶液,干湿交替20天,锈层结构,Fe,FeOOH, ,Fe3O4,Fe,FeOOH, ,Fe3O4,3.5% NaCl 溶液,(非结晶态),(结晶和非结晶态),干湿交替,干燥过程后，表面锈层在湿润过程中作

4、为一种强氧化剂在起作用，锈层中发生还原反应：Fe3+Fe2+ 在干燥过程中，由于空气氧化，锈层中的Fe2+Fe3+。 上述的锈层自氧化过程在海洋浪溅区反复进行，从而加快了钢铁的腐蚀。,6FeOOH+2e 2Fe3O4+2H2O+2OH-,二、海洋环境钢结构腐蚀规律,三、复层矿脂包覆腐蚀修复技术,五、热缩套管道补口防腐技术,一、腐蚀危害与破坏事例,汇报内容,四、氧化聚合型包覆防腐技术,六、海洋平台阴极保护及监测技术,平均潮位线,【A】,【B】,【C】,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,平均低潮线,平均高潮线,海底面,海洋钢铁设施适宜防腐方法,1、腐蚀余量（牺牲钢、加厚钢板）早期的腐蚀防护方法局部腐蚀浪费钢材在发达国家已被淘汰,2、 耐海水钢美国，1951年最先研制Ni-Cu-P系的“玛丽娜”钢 右图是9年的对比暴露试验数据。 价格昂贵 可焊接性差 在不同区带耐蚀性不同,左：P-Cu-Ni耐海水钢；右：普通碳钢,3、涂层和衬材保护适用于新建结构物 寿命较短 对表面处理要求严格 施工环境要求严格 难以修补,4、 包覆金属、合金或非金属材料蒙乃尔合金护套(板)铜镍合金

5、（90-10，70-30）不锈钢 聚氨酯缺点：价格昂贵 接触腐蚀 施工困难,钢管腐蚀倾向与防腐对策,矿脂包覆复层防腐方法,钢结构浪花飞溅区 复层矿脂包覆防腐技术,矿脂包覆腐蚀防护修复技术系统组成剖面图,产品体系组成,矿脂包覆腐蚀防护修复系统包含个保护层：矿脂膏，矿脂防蚀带，密封缓冲层和防蚀保护罩。发明专利号ZL200610084137.5 矿脂膏和矿脂防蚀带作为腐蚀保护材料应用在钢铁上。 防蚀保护罩和密封缓冲层作为护层应用在矿脂膏和矿脂防蚀带上。,2012年度国家标准修订2项,2012年度山东省地方标准3项,缠绕防蚀矿脂带后，安装防蚀保护罩，用不锈钢螺丝固定,施工程序,除掉钢材表面贝类、海藻、浮游生物、浮漆。满足ISO St2要求。,在表面处理后的钢结构表面上涂抹矿脂膏,涂抹脂膏后，缠绕防蚀矿脂带（搭接率55 ）, 表面处理, 涂矿脂膏, 缠防蚀矿脂带, 固定防蚀保护罩,低潮时, 搭脚手架, 表面处理, 涂刷防蚀膏,包覆防护技术施工工序,低潮时,完成, 安装保护罩, 端部处理, 缠绕防蚀带,一、胜利油田现役海洋石油平台（2005.9） 二、胜利油田新建海洋石油平台（2008.7） 三、

6、湛江港400#码头（2011.4） 四、江苏盐城大丰港（2011.8） 五、宁波中化兴中码头（2011.8） 六、宁波北仑港（2011.6） 七、天津港（2011.5） 八、毛里塔尼亚友谊港（2010.2） 九、青岛港液体化工码头（2008.11） 十、福建LNG接收码头（2014.11）,工程实例,平台全貌,将防腐的平台浪溅区和潮差区部分,1.胜利油田CB22单井现役平台（2005.9）,设计方案,绿色表示使用预制玻璃钢外壳，蓝色表示现场制作玻璃钢外壳,表面处理-除锈和去除海生物,涂抹缓蚀油脂膏和缠带,预制玻璃钢外套安装,现场制作玻璃钢,保护试片安装,施工完成后平台状况,海上40个月状况,初始状况,保护效果检查（48个月）,防护效果分析,施工部位,施工部位,2.胜利油田CB273新建计量平台（2008.7）,施工前 施工后,红色部分为施工区,海上完工和36个月状况,2012年4月状况,应用4年的整体没有任何破层,特别是节点处保护层完整无缺,3 湛江港400#码头(2011.4 ),霞山港区的25万吨级铁矿石码头（编号400#码头）的钢管桩。 施工范围从设计低潮位0.43米0m左右到支

7、撑平台下端（+3.8m），长度约为 3.6m，钢桩直径1100mm。 每个桩墩3根钢桩，1根垂直钢桩，2根斜桩。,施工完成,腐蚀形貌,4 江苏盐城大丰港(2011.8),施工完毕后整体效果图,施工完毕后整体效果图,5 宁波中化兴中码头(2011.6),6 宁波北仑港煤码头(2008.5),钢桩修复前,施工完毕后整体效果图,7 天津联盟港（2011.5）,腐蚀形貌,施工完毕后效果图,8 毛里塔尼亚友谊港（2010.2）,码头钢管桩外径为1000mm和1200mm两种，材质为Q345B ，表面涂层防腐，设计使用寿命50年。码头平均高潮位3.85m，平均低潮位1.08m；设计高水位4.32m，设计低水位0.47m，潮差带3m左右。码头2005年建成投产后，钢管桩潮差带及以上部位，陆续出现局部锈蚀情况，局部修补效果不佳，锈蚀情况日趋严重。,9 青岛港液体化工码头 (2008.11),施工完成,本次工程分两期完成，使用效果均达到预期： 一期于2008年12月底完工，施工作业温度达到-8，工程顺利完成。 二期于2009年08月底结束，施工作业温度达33，工程顺利完成。,施工完成全貌,施工完成全貌,

8、海上风电基础防护工程,外罩部分技术改进,工程整体完工照片,预应力高强混凝土管桩(PHC 桩)包覆修复,PHC桩裂缝现象，内外贯通，约2m,福建LNG码头、火炬平台（2014.11）,设计水位（理论最低潮面）： 设计高水位: 7.35米设计低水位: 0.78米极端高水位: 8.61米极端低水位: -0.06米,中海福建天然气有限责任公司接收站码头、火炬2007年建成，项目包覆钢桩数81根，包覆范围延伸至设计低水位下一米，其中栈桥码头钢管桩61根，火炬栈桥钢管桩20根，包覆面积约3025m2。,福建LNG码头栈桥长343.32m，栈桥宽12.5m，栈桥桩基为灌注桩及钢管桩。桩帽底高程为8.65m，1000mm钢管桩，共25根，钢管桩所用材质选用Q345B，钢管桩防腐涂层采用环氧体系。灌注桩1500mm，36根，材质选用Q235B 。牺牲阳极采用铝-锌-铟-镁-钛合金。,码头设计概况,火炬塔架平台：火炬塔架平台长19.5m，宽19.5m，为桩基墩台结构。基础为16根1000mm的钢管桩，材质为Q345B，环氧类防腐涂层；栈桥桥墩：栈桥桥墩长6.65m，宽6.0m，为桩基墩台结构。基础为4根1

9、000mm的钢管桩，材质、涂层同上 ；选用铝-锌-铟-镁-钛牺牲阳极,火炬设计概况,1.1钢管桩,腐蚀状况,1、栈桥码头腐蚀状况,1.2灌注桩,码头钢管桩和灌注桩浪花飞溅区部分位置腐蚀深度达10mm。,2、火炬平台腐蚀状况,火炬平台钢管桩腐蚀深度达11mm。,施工过程,一、表面处理,一、表面处理,二、涂抹防蚀膏,二、涂抹防蚀膏,三、缠绕防蚀带,三、缠绕防蚀带,四、安装防护罩,四、安装防护罩,四、安装防护罩,五、两端及接缝处密封,六、安装支撑卡箍,施工部分完成全貌,表面处理不高于St2级 施工过程无需干燥、无需固化 施工方便，周期短，可带水作业 具有良好的密封性和抗冲击性 质量轻，对结构物无附加载重压力 维护简单易行，检测方便 绿色环保，无毒无污染 超长保护周期（30年）,技术特点,新建和现役海洋设施：港口码头、海上风电、跨海桥梁和钻采平台等， 各种腐蚀环境下的管线、陆上建筑物和船舶甲板设备保护,应用范围,二、海洋环境钢结构腐蚀规律,三、复层矿脂包覆腐蚀修复技术,五、热缩套管道补口防腐技术,一、腐蚀危害与破坏事例,汇报内容,四、氧化聚合型包覆防腐技术,六、海洋平台阴极保护及监测技术,氧化聚合型包覆防腐技术,氧化聚合型包覆防腐材料 氧化聚合型防蚀膏 氧化聚合型防蚀带 外防护剂,技术应用示范,（1）大连国际会议中心,直接带锈施工,（2）汕头电厂螺栓,技术应用示范,（3）丹东华能电厂,技术应用示范,（4）丹东华能电厂,技术应用示范,（5）湛江港螺栓,技术应用示范,（6）中石化青岛炼油厂电梯井,技术应用示范,（1）中化潍坊一新建储罐防腐,包覆前 包覆后,储罐边缘板腐蚀防护工程示范,（2）青岛钢铁一煤气柜边缘板防腐修复,包覆前 包覆后,

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