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引  言

液化天然氣（LNG）作為一種經濟實惠、綠色環保、安全性能高的能源越來越廣泛地應用于各個領域。同時由于LNG具有易泄漏、易揮發、易燃易爆的特性，一旦發生泄漏，會產生低溫、燃燒爆炸等危害，可能造成災難性事故。以往LNG鋼結構項目中，由于所處環境和LNG的易揮發特性，鋼結構表面涂層只關注火災導致的危害，僅采用涂裝被動防火涂料的方法來降低火焰傳播速度涂料在線coatingol.com。本文所述項目液化模塊位于北極極寒地區，不但涂層系統要考慮鋼結構受到的火焰侵害，同時要考慮超低溫泄露導致的鋼結構失效問題。本文主要針對第一個液化模塊建造過程中CSP系統所遇到的開裂問題，通過工藝優化后在后續相同的模塊進行驗證，對后續的CSP涂層厚度設計和質量控制具有指導意義。

01、CSP開裂問題描述及原因分析

1.1 CSP開裂問題描述

在某LNG項目中，海洋石油工程股份有限公司青島場地（海油工程）承擔著三列相同核心模塊的建造。在第一列某模塊114-V-013設備（291.4t）安裝后發現CSP油漆系統出現了大量裂紋，模塊示意圖如圖1所示，涂層系統見表1所示。設備與結構接觸位置位于3層和4、5層間小夾層（EL+128.785），在2015年12月至2016年2月檢查期間，裂紋呈現不斷擴展趨勢，從最初的104處（12.4 m）不斷拓展到851處（69 m）。

表1  項目涂層系統

圖1  某模塊三維圖

裂紋累計長度主要發生在3層即EL+119.000m，長度占比達到總數的33.95%，長度達23.58 m。開裂情況最嚴重的位于EL+131.700 m,部分區域CSP與底材完全分離,涂層與基材間隙達1.5 cm，如圖2、圖3所示。

 圖2  CSP開裂圖片                             圖3  CSP開裂圖片    

1.2 CSP開裂原因分析

1.2.1施工環境條件及材料存儲條件進行調查分析

施工日期主要集中在6—9月，材料存儲環境滿足最低5 ℃的要求，施工環境滿足程序要求空氣溫度最小10 ℃，相對濕度≤85%，鋼板溫度高于露點3 ℃。

1.2.2涂層固化和附著力性能測試

通過CSP現場涂層材料取樣進行外觀和理化性能測試以及設備參數記錄信息，材料固化良好，對噴涂過程設備參數及表面處理情況等記錄進行查詢，均滿足符合施工要求。涂層外觀、厚度滿足程序要求，涂層整體脫落未出現分層脫落現象，施工后通過鑿擊實驗證實滿足程序附著力要求。鑿擊實驗可以定性測量出不同涂層間的附著力，方法如下：

標示出一個尺寸約為250mm x 250mm的矩形。使用圓形砂輪，沿著所標示的邊界線向下切入基材。應注意確保拐角位置要切透，以確保區域完全無束縛。使用一個寬度不超過50mm的尖鑿子，向內切入補丁的中心。一般情況下，如果250mm x 250mm的區域在拆除時成為4塊或更多塊，系統的粘附力則被視為可接受的。見圖4、圖5。

圖4 鑿擊實驗位置選取                  圖5 鑿擊后涂層附著力良好

1.2.3 鋼板表面粗糙度檢查

鋼材合適的表面粗糙度有利于漆膜保護性的提高，粗糙度過大造成漆膜厚度分布不均勻，特別波峰處漆膜厚度薄易引起早期腐蝕；粗糙度過小易導致附著力差等問題。經過現場復查，粗糙度范圍為62~70 μm，滿足項目粗糙度50~75 μm要求。

1.2.4 涂層厚度測試情況

通過對每層甲板片厚度數據測量，發現所有測試點均超過要求厚度，最高厚度達到60 mm，超出要求厚度的46.3%，平均厚度最大超出17.56%。

1.2.5裂紋分布情況分析

初期裂紋主要集中在靠近設備區域。距離設備越近、裂紋越嚴重，根據EL+131.700m開裂的情況判斷，此處型材已發生變形，而CSP不能完全隨結構的形變而變化，因此造成了嚴重開裂和剝離的狀態；同時設備安裝之后才出現大量肉眼可見的開裂，也佐證了結構形變外力造成CSP開裂這一情況的可能性。同時由于力的傳導和CSP內部應力的逐漸釋放，導致裂紋不斷擴展的現象發生。

1.2.6吊裝過程影響分析

利用SACS（海事分析電腦系統）軟件模擬冷飛濺油漆區域結構吊裝運輸過程中的變形，通過分析冷飛濺油漆區域的變形值和CSP材料性能比較，得出結論CSP開裂與吊裝和運輸結構相關性較小。

02、 CSP施工工藝優化及對比

方案優化過程：項目初期，CSP未考慮每個區域危險系數，系統均按照最嚴格的條件設計，施工過程業主要求“就高不就低”，所有施工不能低于要求的膜厚，未設定最高膜厚限制，導致所有施工厚度均高于程序要求。隨著CSP厚度降低，拉伸率逐漸增加，將至12 mm時拉伸率提高了83%。見表2。系統優化從減薄CSP材料的厚度方面考慮優化涂裝系統，綜合考慮安全系數和材料性能，CSP厚度最厚從26 mm厚減至15 mm，優化后CSP涂層系統見表3，且最高膜厚設定為不超過要求的1.1倍。

表2  CSP厚度與拉伸增長率關系

表3 優化后CSP涂層系統

效果對比：優化后的CSP涂層系統全部應用于相同結構的第三列相同模塊上，設備安裝后未出現CSP開裂現象。

結  語

（1）CSP厚度設計需充分考慮服役環境和安全系數、在滿足要求前提下盡量降低CSP系統整體厚度，施工過程需嚴格按照程序和說明書施工，需嚴格控制單道涂層厚度和整體厚度，防止涂層施工過厚使涂層內應力的增加，導致開裂風險的增大；

（2）對于大的CSP系統的結構框架需優化吊裝方案，防止吊裝過程中應力不均勻造成CSP開裂；

（3）施工過程應保證材料存儲、施工環境、和鋼板表面處理滿足規格書要求,嚴格按照程序施工，保證施工過程滿足要求。