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0 引言

伴隨著工業社會快速發展對能源需求的不斷增長，陸地油氣資源已不能滿足社會發展的需求，各國加大了對海洋油氣資源的探索與開發，越來越多的海洋工程裝備出現在海洋之中。固定式海洋平臺作業海域水深＜300m，由于其位置固定，發生腐蝕后不便于維修保養，因此已不能滿足深海油氣資源開發使用要求。圓筒型FPSO（浮式生產儲油裝置）具有作業水域深、靈活移動、發生腐蝕后便于回塢維修等優點，已經逐漸成為海洋油氣開采中的主力軍涂料在線coatingol.com。通過分析圓筒型FPSO所處海洋作業的腐蝕環境和腐蝕機理，探究建造階段腐蝕與防護措施與工藝，總結相關防腐蝕工藝特點與經驗，為新建圓筒型FPSO腐蝕與防護提供相應的參考意見。

1 海洋腐蝕環境及腐蝕機理

1.1 圓筒型FPSO所處的海洋腐蝕環境

海洋腐蝕環境惡劣復雜，海洋工程金屬設備設施受水分、鹽分、溫度等腐蝕因素影響較多，海洋環境下的腐蝕具有多樣性和復雜性的特點。由于海洋環境中不同位置所處的腐蝕環境不同，因此可以將海洋腐蝕環境分為海洋大氣區環境、海洋飛濺區環境、潮差區環境、海水浸沒區環境、海底土壤區環境5種，如圖1所示。圓筒型FPSO屬于浮式設備，所處的海洋腐蝕環境涉及以下4種：

圖1 圓筒型FPSO腐蝕環境

1.1.1海洋大氣區環境腐蝕

海洋大氣區環境腐蝕受多種因素的綜合影響，海洋大氣環境中的含有活性陰離子（主要為氯離子），此外大氣中還含有氮硫化物，同時海洋大氣環境濕度高，大氣液膜容易在圓筒型FPSO金屬表面形成，使金屬具備發生電化學腐蝕的條件，促使海洋金屬設備設施發生腐蝕。

1.1.2海洋飛濺區環境腐蝕

海洋飛濺區由于受到波浪沖擊、漂浮物碰撞，油漆保護層更容易發生脫落，造成油漆防護失效。海洋飛濺區的海水在海浪和潮差的作用下與圓筒型FPSO表面干濕交替接觸，為電化學腐蝕的發生提供了充足的水分和氧氣。

1.1.3潮差區環境腐蝕

潮差區同時具有飛濺區和浸沒區的特性，圓筒型FPSO結構常年處于潮汐運動中，陽光照射溫度變化大，干濕交替明顯，提供了腐蝕發生所需要的條件。

1.1.4海水浸沒區環境腐蝕

圓筒型FPSO位于海水浸沒區的部分受海水中氧氣、活性氯離子、溫度等因素的影響，表層浸沒區的海水含氧量及溫度相對最高，因此發生腐蝕的程度也最為嚴重。隨著海水深度的加深，腐蝕程度也逐漸減弱。

1.2 圓筒型FPSO的腐蝕機理

腐蝕過程指的是一種物質（通常是一種金屬）或其屬性因與周圍環境發生反應而產生降解（破壞或變質）的過程。金屬腐蝕（以鋼鐵為例）本質上，腐蝕過程將鋼中的鐵變成另一種不同屬性（例如強度、硬度）的物質。其中最常見的腐蝕產物是氧化鐵（鐵的氧化物或“銹”）。

根據腐蝕發生的機理，可將其分為化學腐蝕、物理腐蝕和電化學腐蝕3大類。物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解而引起的破壞；化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質發生電化學反應而引起的破壞。反應過程中均包括陽極反應和陰極反應2個過程，在腐蝕過程中有電流流動（電子和離子的運動）。電化學腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕，圓筒型FPSO在海洋環境下的腐蝕就是電化學腐蝕。

如表1和圖2所示，圓筒型FPSO在海洋環境下發生電化學腐蝕，必須具備4個基本條件（陽極、陰極、回路/金屬通道、電解質溶液）。發生電化學腐蝕時，金屬作為陽極失去電子，電位高的金屬或非金屬作為陰極，氧化劑氧氣在陰極得電子被還原（電解質溶液氧氣含量高的地方首先發生吸氧腐蝕，析氫腐蝕更容易發生在閉塞電池內部），金屬由于本身結構的特殊性形成回路/電子通道，海洋環境下潮濕的大氣和海水等都能在金屬表面形成電解質溶液。

表1 電化學腐蝕電極反應

圖2 電化學腐蝕機理

2 圓筒型建造階段腐蝕與防護工藝

圓筒型FPSO由船體和上部模塊兩部分組成。其中船體區域和部分主甲板區域屬于船體，生產區域、公共區域和部分主甲板區域屬于上部模塊。建造過程中船體與上部模塊腐蝕與防護也是分開進行的。

圓筒型FPSO船體海水浸沒區以上部分和上部模塊所采取的腐蝕與防護工藝是涂層和陰極保護防腐，如圖3所示。常規涂層防護為底、中、面3道涂層，具有屏蔽作用、緩蝕作用和陰極保護作用。涂層防腐的特點為施工比較簡單、維護及重涂方便，同時可與其他防腐措施搭配使用。

圖3 涂層保護原理

外加陰極電流與犧牲陽極都屬于陰極保護，陰極保護屬于電化學保護，是通過給被保護金屬施加微小陰極電流保護其不發生腐蝕。如圖4所示，陰極保護常用在圓筒型FPSO船體海水浸沒區，同時與油漆涂層搭配進行腐蝕防護。陰極保護可以在油漆涂層失效金屬鋼結構暴露于海水中的情況下，使金屬鋼結構自身在發生腐蝕的時候不參與氧化還原反應，而是由替代它的陽極或者陰極電流來進行氧化反應，從而達到了防腐的目的。

圖4 陰極保護原理圖

2.1 圓筒型FPSO船體涂裝工藝

圓筒型FPSO 主船體包括主甲板、管路、艙室（如壓載艙、貨艙、淡水艙、溢流艙、柴油儲存艙、錨鏈艙、空艙等）。如圖5所示，圓筒型FPSO船體水上部位進行涂裝施工，通過涂層進行防護。水下部位采用涂層與陰極保護(外加電流和犧牲陽極)的結合防護措施。

船體涂裝施工一般采用無氣噴涂，在無法實施噴涂的部位可采用傳統噴涂、刷涂或輥涂。當使用無氣噴涂不能確保某些部位達到規定的干膜厚時，應進行預涂以確保涂層的質量及干膜的厚度。每刀涂層應具有均勻的膜厚和無缺陷的外觀。應注意防止過噴、溢出或涂在非涂裝區，一經發現必須清除干噴、過噴、刷痕/輥涂污染等。每道涂層的干膜厚度不能超過規定的干膜范圍。由于不同涂裝階段/時間和涂層老化而產生的色差，只有液艙內部和水下部位被認為是自然狀態，其他部位應與RAL色卡一致。為了指導后續工作，除最后涂層外，每道涂層施工后需測量干膜厚，總膜厚在最后一道涂層施工完后須得到確認。

圖5 圓筒型FPSO船體示意圖

2.2 圓筒型FPSO上部模塊涂裝工藝

如圖6所示，圓筒型FPSO上部模塊包括模塊化功能單元和非模塊化工藝甲板，每個單元都將作為獨立的模塊進行建造。圓筒型FPSO上部模塊碳鋼和低合金表面涂裝時應按照ISO 8501-1 標準規定噴砂清理至Sa2?。設備內表面宜噴砂至Sa3。除ISO 8501-1標準要求以外，噴砂清理的碳鋼表面應檢測是否含有氧化皮。鋼結構車間內噴砂清理應予以特別關注，焊縫（包括焊道）和腐蝕或化學污染或破損的區域進行涂料修補時表面清理應采用噴砂清理。噴砂后的表面應有適宜的粗糙度。

所有設備和結構都應得到充分保護，避免受機械損壞、磨料進入和噴砂灰塵的影響。應避免產生流掛、液滴和涂料過噴(包括干噴)。鄰近未涂料或未完工的區域應予以保護。任何區域在完成工作后，應清除所有掩蔽材料、廢磨料、設備等。

圖6 圓筒型FPSO上部模塊示意圖

3 建造階段腐蝕與防護施工特點

圓筒型FPSO上部模塊建造過程中盡可能采用模塊化和一體化建造方式，即較大模塊上的每層甲板將被分割成較小的結構分片進行預制。如圖7所示，該分片上的所有結構附件、設備底座、滑道梁、多專業支架、配管標準支架、電儀標準支架、通風支撐、鋼制墻皮、保溫固定釘、管線穿甲板護件、電纜穿甲板護件、通道蓋等將在結構分片進入涂裝車間前完成安裝，以減少涂裝修補工作量。

圖7 上部模塊一體化噴涂

圓筒型FPSO船體涂裝面臨結構復雜，分段面積較大、分區較多、涂料種類較多、分段和合攏階段多為密閉艙室,通風要求較高等施工難點。打砂前結構處理需將自由邊、銳邊、孔、角落、焊縫打磨平順。船體分段打砂時鋼板處理及表面清潔應嚴格按照施工程序要求進行。

如圖8所示，由于壓載艙分段一般較大，需搭設多層腳手架，在噴漆前完全清潔后，需對最底層腳手架吊頂，以防止涂料噴涂時，腳手架上未清潔干凈的砂子掉落，造成涂料的污染，所有人員確保佩戴鞋套，保持腳部清潔再上分段，避免噴砂過的表面被污染。

圖8 壓載艙最底層腳手架吊頂

船體分段涂料施工階段，船體外板相較于船體艙室在涂料系統配套上略有差別。船體外板涂料系統底漆為耐磨環氧漆，中漆及面漆按照吃水深度分為乙烯環氧漆與自拋光防污漆、環氧玻璃鱗片漆與聚氨酯面漆、耐磨環氧漆與聚氨酯面漆的搭配方案進行施工。船體艙室內由于不受到陽光照射，因此防紫外線粉化的聚氨酯面漆可不做，兩道涂料均為環氧類，在符合艙室附著力情況下同時發揮其屏蔽作用。

涂料噴涂施工前，需對未做密性試驗的焊縫及預留合攏縫邊緣用膠帶紙保護，待噴涂的底漆干燥后需要對漏鐵和漏底部位進行找補，同時處理相關的涂層缺陷，標記膜厚，清潔、準備預涂報驗，預涂報驗完成后用環氧類涂料進行預涂，然后再進行下一道涂層的噴涂工作。由于壓載艙結構復雜，自由邊、焊縫等區域噴涂時厚度難以保證，因此應進行預涂施工，以達到相應的涂層厚度，良好的預涂應如圖9所示。

圖9 分段預涂

在合攏階段，如圖10所示，需對分段階段施工的涂層做保護，以減少壓載艙涂層的破壞，減少壓載艙涂層破損率。

圖10 分段涂料施工保護

4 結 語

綜上所述，圓筒型FPSO建造階段的防腐蝕工作對其交付后設備設施運行的安全性與可靠性起著至關重要的作用。圓筒型FPSO的腐蝕與防護不僅僅是單一的防腐形式，需要將幾種防腐形式聯合起來，這樣才能達到最優的防腐效果。圓筒型FPSO建造過程中上部模塊的一體化建造噴涂方案能夠在提高涂裝施工效率的同時節省涂裝修補工作量，為項目后期節省建造時間。針對船體艙室結構復雜等難點，要做好前期結構處理，同時保證預涂施工效果和分段油漆清潔保護工作，減少油漆破損率。通過重視圓筒型FPSO在建造階段對腐蝕與防護工作，從而保證其在漫長的服役周期內能夠正常的運行。

參考文獻（略）

作者|劉書法，孫德光，宋振，等

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島266520）