海洋平台防腐施工工艺培训ppt课件.ppt

,石油工程学院海洋工程系,第二章 海洋平台建造工艺,第四节 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,2-4 海洋平台防腐施工工艺,海洋是一个严酷的腐蚀环境，在油气田的开发生产中，以钢铁为主要结构的海上钻井平台、采油平台等各种工艺设备随时都面临着腐蚀的危害。在对钢结构进行腐蚀保护时，应该了解材料所处的腐蚀环境及造成腐蚀的主要因素，以便采取相应的保护措施。本章主要介绍平台的导管架、上部组块的钢表面处理、防腐涂层的施工、检验，阴极保护施工及安全环保等。,一、概述,石油工程学院海洋工程系,海洋平台在不同的海洋环境下，腐蚀行为和腐蚀特点会有比较大的差异。其中飞溅区腐蚀最为严重，其腐蚀速度是海底是全浸区的35倍。要对海洋平台结构在海洋环境中腐蚀区域的腐蚀情况进行分析和界定，才能针对性地提出有效的保护措施。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,海洋大气区：平台结构完全在大气中的部分。海洋大气区海盐粒子使腐蚀加快，干燥表面与含盐的湿膜交替变换形成物理、化学和电化学作用影响金属腐蚀，受到的腐蚀是陆地的数倍。尤其是甲板下部，长期处于潮湿地带，是该区腐蚀最为严重的地方。飞溅区和潮差区：平台在潮汐和波浪作用下干湿交替的区间。是在海洋环境中腐蚀最严重的部位。由于经常成潮湿表面，又与空气接触，表面供氧充足。长时间润湿表面与短时间干燥表面的交替作用和浪花冲刷，造成物理与电化学为主的腐蚀破坏，且破坏最大。,1、海洋钢结构腐蚀规律,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,1、海洋钢结构腐蚀规律,海水全浸区：平台在飞溅区以下泥土中以上部分。在海水全浸区的腐蚀中，浅海腐蚀可能比海洋大气中更迅速，深海区的氧含量往往比表层低得多，水温近于OC，腐蚀较轻。海底泥土区：平台完全插入海底泥土中部分。存在硫酸盐和还原菌等细菌，海底沉积物的来源及特征不一。这个区域平台受海水影响少，且温度低，腐蚀程度小，只是在海流作用交界处有一定腐蚀。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,1、海洋钢结构防腐系统,防腐系统应根据平台的环境条件、结构部位、使用年限、施工和维护的可能以及技术经济效果等因素确定。大气区的平台结构及有关设备外表面，应采用涂层保护；结构形状复杂，难于采用涂层保护时，可采用镀层保护。飞溅区的平台结构，应采用经CCS同意的特种防腐系统（涂层、包覆层，增加腐蚀裕量等）加以保护。全浸区的平台结构，应采用阴极保护，也可同时采用阴极保护和涂层保护。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,2、防腐施工设计的主要内容,导管架涂装程序上部组块涂装程序涂装工艺方案导管架阳极制造程序阳极施工工艺导管架阳极分布图,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,3、防腐工艺设计依据,1、项目基础设计文件如平台所在海域的自然气候条件，基体材料性质，涂装范围，涂装面和非涂装面的划分等2、平台设计使用寿命涂层设计耐久年限，维修维护的要求等；3、结构所处的服务环境设备管线的工艺介质、温度、流速等工艺操作条件和使用环境；4、适用的国际或国家标准主要有：ISO-12944，NACE SP0108-2008，NACE RP0176-2003，NORSOK M501-2004等；5、国家或地区安全环保法令法规文件；6、业主涂装规格书和涂料厂家提供的涂料产品技术数据手册,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,1、涂料与涂层的技术要求,（1）、涂料与涂层具有流动性、扩散性、能成膜的具有一定附着力的有机或无机液体状物质称为涂料，将涂料涂敷在物体表面，干燥后形成涂膜，叫涂层，一般干膜厚度在1000m以下。（2）、涂料特性：一定程度的防水、防湿气、耐冲击、耐摩擦、附着性能、一定的耐化学性、一定的保护作用、装饰作用。平台防腐涂装施工一般需要较附着的工艺和特涂设备。（3）、重防腐涂料：是指能够应用于苛刻腐蚀环境下长效防护的一类高性能防腐蚀涂料。按照国际标准，防腐寿命大于15年的涂层系统使用于海洋石油平台。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,二、涂装工艺,石油工程学院海洋工程系,（4）、涂料种类：底漆：平台结构用的底漆可为富锌底漆、磷化底漆或高性能防锈底漆。富锌底漆要求是含高比例锌粉的涂料，同时要求与基材附着力强。富锌底漆作用之一是起阴极保护，另外当涂层中有破坏或不连续时，锌粉可以起牺牲阳极作用而保护基材。富锌底漆一般采用无机富锌底漆、环氧富锌底漆等。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,1、涂料与涂层的技术要求,石油工程学院海洋工程系,（4）、涂料种类：,中间漆：中间漆要求综合防腐能力强，中间漆的特点是含高效的防锈材料或防渗透材料，如颗粒状或鳞片状锌粉、玻璃鳞片、不锈钢鳞片、纳米级的钛粉等为主的屏蔽型和阴极保护型涂料及各种新型缓蚀型涂料等等。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,1、涂料与涂层的技术要求,石油工程学院海洋工程系,（4）、涂料种类：,面漆：面漆的作用是为底漆和中间漆提供一个保护层，减缓和限制水气、氧及化学活性离子的渗入。还要求有抗冲击性、抗老化性和抗溶性等。大气区平台结构或设备用的面漆可为环氧树脂、氯化橡胶、乙烯树脂、聚氯酯或丙烯酸树脂涂料；飞溅区或全浸区结构用的面漆可为氯化橡胶、环氧树脂或环氧沥青涂料。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,1、涂料与涂层的技术要求,二、涂装工艺,石油工程学院海洋工程系,2、涂装系统,（1）、重防腐涂装系统：是指能应用于苛刻环境下长效防腐的一类高性能防腐蚀涂装系统。（2）、海洋石油平台重防腐涂装系统的选择：1）经济性：经济适用且总体经济效果优越 2）施工性：施工性能好，配套性能好，工艺不复杂且能满足要求。3）耐腐蚀性和耐化学性：满足防腐寿命15年的要求。4）物理性能：耐气候性好、耐水性好、耐老化，在水中能防污，火灾危险区防火，在罐内耐油、耐温、耐压、耐酸碱盐等 5）抗冰性：在北方海区能抗冰的冲击和磨损，6）抗剥离性:飞溅区和海水区涂装系统满足国际标准 7）美观性：具有光滑明亮的海上安全色 8）环保性：涂料不含铅。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,二、涂装工艺,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,2、涂装系统,（3）、涂装体系设计：是根据不同材质所处的腐蚀环境确定腐蚀类型和腐蚀等级；根据要求的防腐寿命确定防腐蚀的级别；按照相应的技术要求和产品资料确定所选用的涂装体系及其产品；涂装体系的基本要素：金属结构名称、材质所在的服务区域操作服务温度保温与否表面处理的要求涂料体系（涂料类型、涂装道数、涂层厚度等）,2-4 海洋平台防腐施工工艺,二、涂装工艺,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,3、涂装表面处理,（1）、概述 黑色金属、有色金属，在其表面进行防腐涂装之前，都必须对其表面进行预处理，清除表面的水分、油污、尘垢、外来杂质、铁锈和氧化皮，以确保界面黏结，这个过程至关重要。,各种因素对涂层质量的影响,结论：表面清理的质量是影响涂层质量的主要因素。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,二、涂装工艺,石油工程学院海洋工程系,3、涂装表面处理,（2）、金属表面特性,清洁度 钢铁表面经常有一层铁锈或氧化皮，且常被油污、焊接附着物、可溶性盐、水等污染，影响涂衬粘结。孔隙度 基体表面存在通底或不通底的细孔。粘结剂可以通过毛细孔作用深入到孔内，起到镶嵌作用。粗糙度 粗糙度反映了固体表面的粗糙程度，适当地将表面粗化，可提高粘结强度，但过分粗化反而会降低粘结强度。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,二、涂装工艺,石油工程学院海洋工程系,3、涂装表面处理,（3）、铁锈的生成与危害钢铁在大气中的腐蚀，一般是一个电化学过程，最终腐蚀产物是铁锈，主要成分是氧化铁，分子式为Fe2O3-H2O,此外，铁锈还含有大气污染物与钢铁反应的多种生成物，如FeSO4.在高温轧制或热加工过程中，钢铁表面会生成一层氧化膜，称为黑锈或轧制氧化皮，相对于一般铁锈而言，它灰黑发亮而结实完整的表面对钢铁表面有一定的保护作用。但是，轧制氧化皮有许多肉眼无法察觉的的缝隙，这些缝隙将成为腐蚀源。因此，轧制氧化皮看起来灰黑完整，但在涂装前应彻底清除。,二、涂装工艺,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,3、涂装表面处理,（4）、表面除锈的方法按除锈顺序：一次除锈，二次除锈按工艺阶段：车间除锈，整体除锈按除锈方式：喷射除锈，动力工具除锈，酸洗除锈等,喷射除锈是一种除锈最彻底、效率最高且能实现自动流水线作业的先进除锈方法。喷射除锈常用的有抛丸、喷丸、喷砂和真空喷射等方法。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,二、涂装工艺,石油工程学院海洋工程系,3、涂装表面处理,（5）、钢材表面除锈验收准则为了判别锈蚀程度与质量等级，一般将钢材的各种表面状态和除锈质量等级用彩色照片清楚地对照说明。表面处理标准钢材表面锈蚀等级和除锈等级，ISO 8501在国际上应用较多，还有瑞典标准SIS055900，国家标准GB8923-88等。1）钢材的锈蚀等级,分为A,B,C,D四级。规范用照片表示锈蚀等级，按锈蚀程度不同依次排列。A较轻，D锈蚀最为严重。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,钢材的锈蚀等级,A：钢表面完全被氧化皮所覆盖，而即使有锈也极少,B：钢表面开始生锈，由此氧化皮进而开始片落,C：钢表面上氧化皮已锈落掉，然而可以用肉眼看到极少的点蚀。,D：钢表面上氧化皮已锈落掉，肉眼可见到相当量的点蚀。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,（5）、钢材表面除锈验收准则2）钢材表面的除锈等级也即清洁度，根据瑞典76年制订的标准“SIS055900)为国际惯常通用标准。“Sa-”（即喷射除锈法），它分为四个等级，,3、涂装表面处理,金属表面清理等级-D类锈蚀清理后等级,Sa1级工件表面应不可见油污、油脂、残留氧化皮、锈斑、和残留油漆等污物。也叫清扫级。,Sa2级和Sa1级要求一样，表面疵点限定为不超过每平方米表面的33%，可包括轻微阴影；也叫商品清理级。,Sa2.5级是工业上普遍使用的并可以作为验收技术要求及标准的级别。与Sa2要求前半部一样，但疵点限定为不超过每平方米表面的5%，也叫近白清理级。,Sa3级是工业上的最高处理级别，也叫做白色清理级。Sa3级处理的技术标准：与Sa2.5级一样但5%的阴影、疵点、锈蚀等都不存在了。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,(6)、海洋钢结构涂装碳钢表面处理一般要求：清洁度不低于ISO8501-1 Sa2.5级（对于设备内涂层、飞溅区和全浸区的表面其清洁度的要求Sa3级），粗糙度为ISO8503 G（50m-85m，Ry5），不锈钢表面用非金属磨料扫砂获得清洁粗糙的表面，粗糙度大约在25m-45m；表面盐份的含量不超过20-50mg/m2NaCl；表面尘埃清洁级别在ISO8502-3的2级以上。,3、涂装表面处理,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,四、海洋石油平台涂装体系,1、A组涂装系统1）普通碳钢结构：区域：在海平面以上，除防滑工作甲板、热浸锌、电镀部分之外的所有钢结构表面（环境温度93C）该区域典型的涂装体系为：环氧富锌底漆（50-75）环氧云铁中间漆（125-175）聚氨酯面漆（50-75），涂层总厚度200-300m；（-50120）,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,2)防滑工作甲板：甲板行走区域、逃生通道区域和装卸甲板区域须满足耐磨防滑抗冲击的要求甲板漆的涂装：一般通过添加防滑骨料获得防滑效果其典型的涂装体系为：富锌底漆（50-75）+高固体份环氧漆（200-300）+环氧甲板防滑漆（200-300），涂层总厚度450-675m；富锌底漆具有更好的阴极保护功能，环氧富锌具有更加良好的施工性能,四、海洋石油平台涂装体系,1、A组涂装系统,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,四、海洋石油平台涂装体系,1、A组涂装系统,3）海洋飞溅区：由于该区域常年处于干湿交替的状态，又经受海浪的冲刷和海生物的腐蚀，所以该区域为腐蚀最严重的区域。其典型的涂装体系为：环氧玻璃鳞片（450-550）+环氧玻璃鳞片（450-550），涂层总厚度900-1100m；由于富锌底漆的电化学导电性，在飞溅区涂层体系中不应用它作底漆4）直升机平台环氧玻璃鳞片防滑底漆（250-300）+环氧玻璃鳞片防滑面漆（250-300）,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,四、海洋石油平台涂装体系,2、B组涂装系统,区域：所有的工艺管线、容器、管汇、泵和其他设备的钢、不锈钢、铝的外表面。,（1）不锈钢结构：海洋平台上所有不锈钢储罐、管线、阀门、仪表控制盘、仪表空气管线等其典型的涂装体系为：环氧底漆（150-200）+聚氨酯面漆（50-75），涂层总厚度300-400m；（-50120）不锈钢的表面涂装不允许带有其它杂质金属元素的涂料和含氯涂料，所以不能使用富锌涂料作为防护底漆，也不能使用氯化橡胶和氯化聚乙烯之类的涂料，而采用环氧涂料进行防腐处理。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,2）高温区域保温或不保温碳钢结构，部位：操作温度（150450）的工艺管线、容器、管汇等：其典型的涂装体系为：无机富锌底漆（50-75）+硅树酯面漆（25-50）+硅树酯面漆（25-50），涂层总厚度100-175m；不同的涂料供应商生产的高温涂料的性能会有所不同，在高温环境中涂料受热应力的影响很大，如果是骤冷骤热则更有可能导致涂层的脱落。对于200以上的高温环境，应尽可能采用无机富锌涂料作底漆，这是因为它比一般的耐高温铝粉涂料具有更佳的底材附着力，在配合合适的高温面漆的情况下，无机富锌体系最高耐受温度可达540。,四、海洋石油平台涂装体系,2、B组涂装系统,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,四、海洋石油平台涂装体系,A,B两组涂装系统均应符合以下三点要求：一种涂层与上一层涂层颜色上要有差异所有面漆均应为国际橙色和黄色。所有干燥、固化、敷涂时间应遵守规格书要求。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,这个区域一般采用阴极保护外加防腐涂层的方法，如：高固体份环氧（150-200）+高固体份环氧（150-200），涂层总厚度300-400m；该区域涂料必须通过耐阴极剥离试验合格。,四、海洋石油平台涂装体系,3、C组涂装系统区域：图纸中注明的所有完全沉没水下的钢结构和设备（全浸区）,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,C组涂装系统均应符合以下要求：一种涂层与上一层涂层颜色上要有差异所有面漆均应为浅灰色。所有干燥、固化、敷涂时间应遵守规格书要求。所有沉没水下的关系和设备需按以上说明涂装。,3、C组涂装系统,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,4、涂装工艺（1）、涂装准备：1)涂装前应检查所用涂料品种、型号、规格、贮存期限是否符合施工技术条件的规定；2)涂料一般不宜稀释。需要稀释时，所用稀释剂的品种和用量应符合产品使用说明书的规定；3)使用多组分涂料时，各组分的配比应符合产品使用说明书的规定。配制好的涂料应在规定时间内用完。平台的涂装可采用高压无气喷涂，也可采用刷涂、滚涂、压缩空气喷涂等涂装方式。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,1）、喷漆作业时，构件表面必须清洁，油漆混合均匀。对于干燥而其灰尘的地面，必须浇水保持湿度均匀。2）、喷漆时的环境要求6h内无雨、无雾、无大风相对湿度小于85%环境温度大于5C表面温度小于50C,（2）、涂装施工：,4、涂装工艺,牺牲阳极最常用的有镁合金、锌和锌合金以及铝合金。4）物理性能：耐气候性好、耐水性好、耐老化，在水中能防污，火灾危险区防火，在罐内耐油、耐温、耐压、耐酸碱盐等石油工程学院海洋工程系石油工程学院海洋工程系（1）大气区的涂层应在平台年度检验时进行检查，并应根据损坏程度予以局部修补、整新或全面重新涂装。涂层总厚度300-400m；石油工程学院海洋工程系4-2 涂装工艺(2)阳极有效作用半径小；C组涂装系统均应符合以下要求：石油工程学院海洋工程系石油工程学院海洋工程系C：钢表面上氧化皮已锈落掉，然而可以用肉眼看到极少的点蚀。A：95，5（4）易于引起杂散电流。石油工程学院海洋工程系为了判别锈蚀程度与质量等级，一般将钢材的各种表面状态和除锈质量等级用彩色照片清楚地对照说明。(3)辅助阳极重量计算(2)阳极有效作用半径小；对于钢铁材料而言，最常用的阳极性镀层是锌镀层和镉镀层。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,3）、底漆应在表面处理之后尽快涂装。各道涂层的涂装间隔时间应符合产品使用说明书的要求，以便既确保每道涂层有足够的固化、干燥时间，同时又保证层次间具有良好的附着力。4）、每道涂层的干膜厚度及涂层干膜总厚度应按国家标准进行测量。,（2）、涂装施工：,4、涂装工艺,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,五、海底管道防腐涂装体系1、海底管道防腐涂层的要求 海底管道是石油工业中常见的设施之一，在土壤、海泥和海水作用下常发生腐蚀，严重的腐蚀穿孔会造成油气水的跑、滴、漏，不但造成直接经济损失，而且可以引起爆炸、起火、污染环境。管道防腐的目的在于严查管道的使用寿命，确保安全生产。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,五、海底管道防腐涂装体系1、海底管道防腐涂层的要求在油气田简述中所使用的金属管道，一般采用覆盖层和阴极保护联合防腐。管道防腐覆盖层应具有以下性质：（1）有良好的电绝缘性，覆盖层的表面电阻不小于10000，耐击穿电压高。（2）覆盖层应具有一定的耐阴极剥离强度的能力，并能长期保持恒定的电阻率。（3）应具有一定的耐冲击强度，以防止由于搬运和铺设二造成的损伤。（4）应有良好的稳定性：耐水性好，吸水率小，耐老化，在介质中部脱落，不变质、不溶胀；有足够的耐热性与耐低温性。（5）覆盖层的破损要易于修补。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,2、聚乙烯防腐层聚乙烯防腐技术是目前国内海底管道防腐的主要技术体系之一，它具有防腐性能好、吸水率低、机械性能好，使用寿命可达30年以上。两层结构：胶黏剂（底层）+聚乙烯（外层）三层结构：环氧涂料（底层）+胶黏剂（中间层）+聚乙烯（外层）,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,3、三层结构聚乙烯防腐涂层施工程序（1）钢管表面预处理钢管在涂敷前，应先清除表面的油脂和污垢等附着物，然后对钢管预热，喷砂除锈，质量应满足规范要求。涂覆前已喷砂的表面粗糙度应在50100m之间喷砂后涂敷最大的时间间隔不能超过4小时。（2）钢管加热涂覆前应采用无污染的热源均匀第对钢管进行感应加热。对钢管的加热能够保证粘合剂在其胶态时间内与底漆充分反应而涂敷在底漆上用红外温度计检查管道温度，应分布均匀，并与预先设定的温度一致。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,3、三层结构聚乙烯防腐涂层施工程序（3）钢管涂敷,（4）涂层修复,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,3、三层结构聚乙烯防腐涂层施工程序（5）质量检验1）预处理后的钢管要逐根进行表面清洁度检验2）防腐层外观检验：采用目测法逐根检验，聚乙烯表面应平滑、无暗泡、无麻点、无皱褶、五裂纹，色泽均匀。3）针孔检漏：采用电火花漏点探测器检测，无漏点为合格。4）防腐层厚度检验：采用磁性测厚仪测量钢管圆周方向均匀分布的四个点的防腐层厚度，应满足规范要求。5）剥离强度抽查。,石油工程学院海洋工程系,4-2 涂装工艺,防腐涂装工艺的发展前景：科学合理的防腐涂装设计是获得良好涂层保护的前提和基础，但一个完整的涂装体系决不仅仅是涂料品种的选用和涂层厚度的设计那么简单，涂装体系的设计必须结合业主要求、涂料厂家产品性能和施工因素等予以综合的考虑。同时，涂装体系的设计也不是一成不变的，随着涂料技术的发展，涂料产品将会更好的将产品性能、施工性能、安全环保性能和经济实用性能等结合于一体。,石油工程学院海洋工程系,3、防腐工艺设计依据,1、项目基础设计文件如平台所在海域的自然气候条件，基体材料性质，涂装范围，涂装面和非涂装面的划分等2、平台设计使用寿命涂层设计耐久年限，维修维护的要求等；3、结构所处的服务环境设备管线的工艺介质、温度、流速等工艺操作条件和使用环境；4、适用的国际或国家标准主要有：ISO-12944，NACE SP0108-2008，NACE RP0176-2003，NORSOK M501-2004等；5、国家或地区安全环保法令法规文件；6、业主涂装规格书和涂料厂家提供的涂料产品技术数据手册,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,4-1 概 述,4、涂层防腐工艺对环境和安全的影响,1、预处理作业场所的污染源粉尘。2、涂装作业场所的污染源有机废气、固体漆雾粒子。3、涂料产品中的有害物质溶剂、化学剂4、有机溶剂和有机粉尘爆炸的危险性。5、涂装作业中的静电危害6、涂装作业中的噪声污染 综上所述，涂装作业中的劳动安全和工业卫生是一项突出的问题，需要引起重视，认真采取防护措施。,石油工程学院海洋工程系,五、涂装设计的基本要求,1、确定和选择性价比最佳的涂料产品和配套体系。2、编写并评审详细的涂装作业指导书3、明确涂装人员、技术指导、施工监督人员的职责和工作范围4、提出与涂装相关人员的资格要求。,2-4 海洋平台防腐施工工艺,石油工程学院海洋工程系,4-3 防腐镀层工艺,一、防腐镀层,在海洋结构物中，还有一种常用的防腐蚀方法是镀层防腐技术。这些用于延长钢铁基体使用寿命的耐蚀性镀层可以是纯金属镀层、合金镀层，也可以是金属基复合镀层，每一种镀层都以其特有的方式保护基体金属免遭腐蚀。尽管耐蚀性镀层多种多样，但是，从其作用机理上看，依据镀层金属在腐蚀性环境中与基体金属之间的电化学关系，可以将其简单地分为两大类阴极性镀层和阳极性镀层。,石油工程学院海洋工程系,4-3 防腐镀层工艺,1、阴极性镀层：对于钢铁基体金属而言，阴极性镀层（如铜、锡、镍镀层等）是以形成机械保护膜的方式将腐蚀性环境与基体金属隔开，从而保护钢铁基体免遭腐蚀。但是，如果阴极性镀层本身存在缺陷（如孔隙、裂纹、磨损等），其保护作用就会显著降低，甚至还有加速基体金属腐蚀的可能性。因此，镀层的完整性及其在腐蚀性介质中的稳定性是决定其耐蚀性高低的关键因素。,一、防腐镀层,镀铜,镀镍,石油工程学院海洋工程系,4-3 防腐镀层工艺,2、阳极性镀层：对于钢铁基体金属而言，阳极性镀层（如锌、镉镀层等）是以机械保护或以牺牲自己保护基体（自身优先腐蚀）的双重保护方式防止基体金属发生腐蚀。当镀层无缺陷时，镀层对基体起机械保护作用；当镀层有破损时，阳极性镀层则代替基体金属优先发生阳极溶解、从而阻止或减缓基体金属腐蚀的速率。因此，阳极性镀层在腐蚀介质中的电化学特性、腐蚀产物的稳定性、致密性是决定其耐蚀性好坏的重要因素。,一、防腐镀层,与阴极性镀层不同，阳极性镀层具有双重保护基体金属免遭腐蚀的能力。正因为如此，人们总是希望选用阳极性镀层作为钢铁材料的保护层。对于钢铁材料而言，最常用的阳极性镀层是锌镀层和镉镀层。,石油工程学院海洋工程系,4-3 防腐镀层工艺,一、防腐镀层,镀锌管,（1）锌镀层早在20世纪20年代，人们就开始使用氰化镀锌工艺或酸性镀锌工艺进行工业化镀锌生产。由于镀锌层本身是阳极性镀层、经过钝化处理的镀锌层具有更好的耐蚀性、镀锌生产成本低廉等一系列优点，直到如今，钢铁镀锌仍然是最常用的防止黑色金属发生腐蚀的方法之一。,镀锌板,2、阳极性镀层：,石油工程学院海洋工程系,4-3 防腐镀层工艺,一、防腐镀层,（2）隔镀层,2、阳极性镀层：,在中性的大气腐蚀环境中，虽然镀锌层对钢铁基体有较好的防腐蚀性能，但是在更为苛刻的腐蚀性环境中（如海洋性大气环境等）服役的装备，人们倾向于选用具有更好耐蚀性的镉镀层作为钢铁基体的防腐蚀镀层。镀镉层只能用在锌镀层不能满足耐蚀要求、且不与人体或食物相接触的场合（镉与镉的化合物都是剧毒物质）。镉及其化合物昂贵的价格也是镀镉工艺的应用范围受到限制的重要原因之一。,石油工程学院海洋工程系,4-3 防腐镀层工艺,一、防腐镀层,（3）锌基合金镀层为了研制出耐蚀性比锌高，毒性比镉小的无毒或低毒代锌、代镉镀层，自20世纪80年代起，以锌作为主要组成元素的锌基合金电镀工艺及其耐蚀性的研究方兴未艾。结果表明，作为阳极性防腐镀层，锌基合金镀层有可能成为最有希望的代锌、代镉镀层，其中，锌铁合金、锌钴合金、锌镍合金镀层是研究最多的三类锌基合金镀层。,2、阳极性镀层：,石油工程学院海洋工程系,4-3 防腐镀层工艺,二、镀覆方法：,结构或设备表面的镀覆可采用电镀、热浸镀、热喷镀等方法。镀前表面处理、镀覆中和镀后处理应符合有关工艺技术条件的规定。镀层质量应符合CCS的标准检验。接触海水、水泥浆、钻井泥浆等侵蚀性介质的平台结构或设备表面，一般不宜采用锌镀层保护。如采用锌镀层保护，则在镀层表面应涂装专门的底漆和面漆。,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,海洋平台飞溅区以上使用涂装或镀层保护，是非常有效的保护方法。但对飞溅区以下，特别是全浸区的保护，就不那么安全可靠。如漆膜破损，会引起局部严重腐蚀和腐蚀疲劳。因此，全浸区一般不单独使用涂料涂层保护。实践证明，涂装加阴极电化学保护，才是完美的保护方法。,海港工程钢管桩结构阴极保护,一、概述,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,一、概述,根据金属电化学保护原理，金属在电解质溶液中，由于表面存在着电化学不均匀性，就会在金属表面形成无数微电池，阳极部分不断遭到腐蚀，阴极部分得到保护。若对金属通以直流电流，使其成为阴极，并供给大量电子使其阴极极化，当金属极化电位负到金属表面阳极的起始电位时，则腐蚀即可停止，金属也就得到了完全保护。这种方法称为阴极保护。海水是强电解质，平台在海水中的腐蚀是电化学腐蚀，只要向平台钢结构供给直流电流，使之极化成为阴极，即可得到保护。,1、阴极保护原理,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,一、概述,2、阴极保护方法,（1）外加电流保护法：将要保护的钢铁设备作为阴极，另外用不溶性电极作为辅助阳极，两者都放在电解质溶液里，接上外加直流电源通电后，大量电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷（电子）的积累，只要外加足够强的电压，金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被输送，因而防止了钢铁的腐蚀,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,外加电流阴极保护系统的优缺点：优点是：(1)电流电压可调性好，可随外界条件变化实现自动控制；(2，输出功率大，可满足金属结构需要大功率保护的要求；(3)根据保护的需要，可随时进行工作或停止工作(4)辅助阳极保护半径大，数量少；(5)重量较小。保护系统初始投资大，安装较复杂，缺点是（1）日常维护管理费用大；（2）阳极电缆和支架要严格绝缘；（3）设备发生故障，保护系统即停止工作（4）易于引起杂散电流。,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,（2）、牺牲阳极保护法：牺牲阳极保护原理，是将电位较负的金属(如锌、铝合金等)作为阳极，与被保护的金属结构相连接。当浸人电解质溶液时，由于它们之间的电位差，电位较负的金属为阳极，由于阳极以离子状态溶解，靠阳极材料溶解而产生的直流电，使受保护的结构被极化为阴极，而免遭腐蚀。,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,牺性阳极阴极保护系统，是由牺牲阳极、阴极（被保护的结构)和电解液(海水)构成。阳级材科有镁合金、锌及锌合金、铝合金等。这些金属可制成各种形状和尺寸，并以最高效率的电流分布，给结构提供充足的保护电流。,（2）牺牲阳极保护法：,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,牺牲阳极保护法,外加电流保护法,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,牺牲阳极阴极保护系统优缺点优点是：(1)保护系统不需外加电源，(2)不需特殊照管；(3)不易产少杂散电梳。缺点是：(1)功率小；(2)阳极有效作用半径小；(3)所得到的电能成本高；(1)电流输出量受工作表面积大小的限制；(5)导线电阻和介质电阻对电流输出量影响大；(6)牺性阳极的体积和重量均较大。,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,总结分析：一般小型平台，采用牺牲阳极保护比较经济，而大型导管架平台，采用外加电流阴极保护比较好。近来研究和试验表明，采用两种方法联合保护，已取得良好效果。特别是在结构复杂、管节点处受遮蔽的地方得不到充分保护时，在外加电流系统中加装牺牲阳极是个好办法。一般情况下，阴极保护的费用只占被保护金属结构物造价的1%3%，而结构物的使用寿命可以成倍甚至几十倍地延长。由于阴极保护具有设备简单、施工方便、保护时间长等优点，近年来得到迅速的发展和广泛的应用，是一项投资少、效果好、经济效益显著的适用技术。,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,1、腐蚀电位或自然电位,每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。,腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子。,失去电子的部位为阳极区。得到电子的部位为阴极区。,阳极区由于失去电子（如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀，阴极区得到电子受到保护。,二、阴极保护参数,影响自然电位因素：金属结构的材质、表面状况和土质状况，含水量等因素不同而异,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,2、保护电位最小保护电位：钢铁获得完全保护时的绝对值最小的值。由试验确定。最大保护电位：保护电位的上限值，称为最大保护电位。一般取被保护金属表面的析氢电位。所谓析氢电位是指在阴极保护中，当阴极电位被极化负到一定程度时，溶液中的氢离子在阴极夺取电子而成为氢分子析出，这时的电位称为析氢电位。析氢会使涂层起泡脱落，也可能使钢材产生氢脆，所以阴极保护电位不能越过析氢电位。超过最大保护电位时称为过保护。,4-4 阴极保护施工,参比电极,为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。参比电极是一种在类似于测量条件下恒定的电极，用来测量其它电极的相对电位,Cu/CuSO4参比电极,Ag/AgCl参比电极,Zn参比电极,饱和硫酸铜参比电极电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,海洋工程钢结构阴极保护电位,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,3、最小保护电流密度使被保护的结构表面电位达到最小保护电位时，所需的保护电流密度值。保护电流密度的大小，取决于环境，如海水的盐度、氢溶解量、海流速度、金属表面状态、是否有涂层、阳极的分布、阴极沉积物等情况，都明显地影响保护电流密度。从渤海湾几个平台实际实施的阴极保护系统来看，渤海海水中保护电流密度为0065A/，而在盐泥中为0020A 当有很好的涂料涂层时，保护电流密度在220mA 的范围内。,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,设计的主要任务计算和决定阴极保护系统所需的保护电流、保护电位和所需功率外加电流保护系统中供电系统设计。设计阴极保护系统各零部件及安装的结构。牺牲阳极保护中阳极材料选择，尺寸数量的计算，并决定在结构中的布置拟定阴极保护系统的使用管理办法。,三、阴极保护系统设计,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,四、牺牲阳极保护法的设计与施工1、牺牲阳极材料对牺牲阳极材料的要求：a导电性能好，电流发生量大，在海水中自蚀最小，消耗速度慢，使用寿命长b具有良好的机械性能和加工性能；c重量轻，体积小，安装方便；d材料来源丰富，价格便宜。牺牲阳极的种类 牺牲阳极最常用的有镁合金、锌和锌合金以及铝合金。三种牺牲阳极性能比较，如表所示。,4-1 概 述若对金属通以直流电流，使其成为阴极，并供给大量电子使其阴极极化，当金属极化电位负到金属表面阳极的起始电位时，则腐蚀即可停止，金属也就得到了完全保护。石油工程学院海洋工程系8）环保性：涂料不含铅。石油工程学院海洋工程系对牺牲阳极材料的要求：四、海洋石油平台涂装体系不同的涂料供应商生产的高温涂料的性能会有所不同，在高温环境中涂料受热应力的影响很大，如果是骤冷骤热则更有可能导致涂层的脱落。自动控制电源是一种自动控制电流输出的低压大电流电源。2-4 海洋平台防腐施工工艺石油工程学院海洋工程系五、外加电流保护法设计与施工若阳极直接焊在平台结构上，可在建造厂进行。根据金属电化学保护原理，金属在电解质溶液中，由于表面存在着电化学不均匀性，就会在金属表面形成无数微电池，阳极部分不断遭到腐蚀，阴极部分得到保护。按照国际标准，防腐寿命大于15年的涂层系统使用于海洋石油平台。1、海底管道防腐涂层的要求如平台所在海域的自然气候条件，基体材料性质，涂装范围，涂装面和非涂装面的划分等其中飞溅区腐蚀最为严重，其腐蚀速度是海底是全浸区的35倍。4-5 防腐系统的检查和维护不锈钢的表面涂装不允许带有其它杂质金属元素的涂料和含氯涂料，所以不能使用富锌涂料作为防护底漆，也不能使用氯化橡胶和氯化聚乙烯之类的涂料，而采用环氧涂料进行防腐处理。,腐蚀挂片检查-试片腐蚀形态和速率应在平台使用年限所允许的限度之内。石油工程学院海洋工程系每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。石油工程学院海洋工程系输出低压直流电的电源一一自动恒电位仪2-4 海洋平台防腐施工工艺保护系统初始投资大，安装较复杂，石油工程学院海洋工程系2-4 海洋平台防腐施工工艺锌合金与铝合金阳极相比较，锌合金阳极重量大，成本高；（3）、涂装体系设计：为了判别锈蚀程度与质量等级，一般将钢材的各种表面状态和除锈质量等级用彩色照片清楚地对照说明。早在20世纪20年代，人们就开始使用氰化镀锌工艺或酸性镀锌工艺进行工业化镀锌生产。相对湿度小于85%b具有良好的机械性能和加工性能；5级是工业上普遍使用的并可以作为验收技术要求及标准的级别。7、海洋钢结构涂装碳钢表面处理，喷砂后应达到的表面清洁度质量要求为 级。表面尘埃清洁级别在ISO8502-3的2级以上。石油工程学院海洋工程系环境温度大于5C,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,镁、锌、铝合金牺牲阳极的性能,由表可知，镁阳极发生电流量大，重量轻，电位低，但电流效率低(自蚀量大)，因而消耗量也大，寿命短，使用中的海洋平台无法更换，所以平台上基本不用，主要使用锌和铝的合金阳极。,镁合金阳极,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,锌合金与铝合金阳极相比较，锌合金阳极重量大，成本高；铝合金的电流发生量大约是锌合金的36倍，价格便宜，资源丰富，因此目前广泛使用铝合金牺牲阳极。,锌合金牺牲阳极,镯式铝合金牺牲阳极,牺牲阳极的种类,牺牲阳极块,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,牺牲阳极几何形状、尺寸和数量选取 影响牺牲阳极几何形状和尺寸选择的因素很多，如结构的外形、需要保护面积的大小、介质的电阻率、安装难易、使用是否可靠、阳极发生电流量、使用年限等。海上导管架常用的为圆形、方形或梯形截面条状阳极，一般根据长度与重量比、表面积与重量比，选用不同大小的形状。每块质量通常在50200kg。,板形阳极,环形阳极,长条形阳极,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,2、牺牲阳极系统保护设计,平台阴极保护所需的牺牲阳极总质量，应不小于按下式计算所得的值：,式中I为总的保护电流(A)；r为保护年限(年)；Q 为实际电流容量(Ahkg)；j为安全系数取1.11.2。,平台阴极保护所需的牺牲阳极数量N，应不小于下式计算所得的值：,式中 I为总的保护电流(A)；q为每块阳极的发生电流(A块)。,（4)牺牲阳极寿命估算每块牺牲阳极的使用年限，取决于阳极净重、阳极的消耗率及在使用有效期内阳极平均电流发生量。,L阳极寿命，年W阳极净质量,kgu利用系数，取决于剩余阳极材料不能输出所需电流时消耗的阳极材料质量E阳极消耗率（铝合金为3.5kg/A.年。锌合金为11.2kg/A.年）I在寿命期间阳极平均电流输出值,阳极的布置一般是根据平台各部位的实际需求量均匀布置在结构物上,石油工程学院海洋工程系,4-4 阴极保护施工,3、牺牲阳极的布置和安装,阳极与平台之间要有可靠的导电连接,规定安装距离,在总体上做到均衡布置,以便达到所要求的保护电位;阳极、阳极铁心和其支架应具有足够的连接强度,以承受波浪、