海洋工程重防腐涂料应用技术现状及发展分析

作者:王师傅 分类:涂料 日期:2021-06-23 18:59:29 浏览:71

海洋防腐是海洋工程的关键技术之一。海洋中金属腐蚀引起的应力腐蚀开裂(SCC)、氢脆(HE)、腐蚀疲劳(CF)、晶间腐蚀(IC)等会导致海洋钢结构的突然断裂,造成海洋环境生态灾难和巨大损失。此外,海洋产品防腐涂层的早期失效和涂层维护造成的停工损失也相当大。因此,必须采用合适的防腐技术来解决问题。

近年来,国内外对海洋腐蚀与防护越来越重视。虽然各种耐海水腐蚀材料不断引进,各种防腐施工技术也有很大发展,但仍远远不能满足实际需要。我国在海洋工程结构和设施防腐方面的研究与发达国家存在明显差距。一些关键技术没有得到解决,国内没有形成具有自主知识产权的技术,缺乏相应的防腐规范和标准,严重影响海洋工程结构的设计、施工和安全运行。因此,针对我国重点海域和重大海洋工程面临的共性和关键防腐问题,研究海洋工程结构和设施的长效防腐关键技术,不仅可以防止腐蚀的发生,避免或减少后期服务中因维护造成的维护成本和经济损失,还可以减少重大恶性事故的发生,可以大大提高海洋工程设施的安全性,具有重要意义。

1海洋防腐涂料要求海洋防腐涂料是指用于海洋环境的防腐涂料。由于海洋环境非常恶劣,腐蚀性很强,海洋防腐是我国海洋工程发展中一个迫切的研究课题。

根据防腐对象的材质和腐蚀机理,海洋防腐涂料可分为海洋钢结构防腐涂料和非钢结构防腐涂料。海洋钢结构防腐涂料主要指运输船舶、集装箱、海上桥梁、港口机械、输油管道、海上采油平台等大型设施的防腐涂料,非钢结构海洋防腐涂料主要指海洋混凝土结构。

海洋防腐涂料主要有无机富锌、有机富锌、有机硅、环氧、丙烯酸、聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷等涂料,可根据海洋环境的不同腐蚀特点和防腐年限选择不同的涂料和涂料体系。海洋防腐涂层通常要求以下性能:

(1)具有良好的物理性能。对腐蚀性介质具有良好的不渗透性,对钢材表面具有良好的附着力;

②具有良好的力学性能。抗海水侵蚀、海冰碰撞和船舶靠泊磨损;

③优良的化学性能。耐海水、耐盐雾、耐油、耐化学品、耐紫外线;

④与电化学保护系统兼容性好。飞溅区和浸没区的涂层应具有抗阴极剥离能力;

⑤施工性能好。在各种环境条件下,可以在不同的结构上进行高质量的涂层施工;

⑥符合健康、环保、安全要求。要求涂料固体含量高,挥发性有机化合物(VOC)含量符合国家或国际标准要求;

⑦其他特殊要求。比如要求淡水罐涂料无毒,符合国家卫生认证要求;不锈钢表面用涂料中可浸出氯的含量不应超过200 mg/kg,且涂料中不含锌;船舶压载舱的涂层应符合国际海事组织《船舶压载舱防护涂层性能标准》的要求。船舶水线以下的部件需要涂层,以防止海洋生物附着。

常用船用重防腐涂料的主要相关国际标准如下:

①ISO12944防护涂层系统对钢结构的腐蚀防护;

②NORSOK M501表面处理及防护涂层;

③海上及相关结构防护涂层系统的ISO 20340性能要求;

nace spo108防护涂层对海洋结构的腐蚀控制;

⑤国际海事组织《船舶压载舱防护涂层性能标准》(PSPC)。

船用防腐涂料及其配套涂料通常满足ISO 12944、挪威M501、NACE SPO108和ISO 20340相关防腐标准的要求。一般必须提前通过严格的腐蚀试验和认证,试验项目主要包括:

①耐盐雾(盐水)试验4000h;

②阴极剥离试验;

③耐湿热试验4 000小时;

④4200h循环腐蚀试验。

海洋防腐涂料的研发具有科技含量高、开发周期长、投资大、技术难度高、风险大的特点。国外海洋防腐涂料的研发主要集中在政府支持的有实力的公司或部门。比如英国的IP、美国的PPG、丹麦的赫姆普尔、挪威的乔屯、日本的关西涂料,都有着数百年的相关涂料发展历史,在涂料生产供应、质量监督、涂料规格、涂料现场管理等方面都形成了一套非常严格、严密的体系。目前,这些公司的产品占据了我国海洋防腐涂料的主要市场。

我国海洋防腐涂料的生产主要集中在青、沪、大、津、常、广、厦等几家涂料企业,研究工作主要集中在海洋研究所、金属腐蚀研究所、海洋化工研究所、中海油常州涂料研究所、CSSC 725等研究机构。近年来,虽然成立了;中国船舶工业厦门船舶涂料检查站;、;船舶涂料产品质量监督中心;等质量管理和监督机构,但整体技术水平仍落后于先进国家。

目前,国外船用重防腐涂料的研发主要集中在以下几个方面。

2.1超长使用寿命由于越来越多的超大型钢结构及其所处海域的特点,不具备直接重涂或回岸施工的条件,要求开发超长使用寿命的海洋防腐涂料。* *理想情况下,涂层的使用寿命(包括现场直接喷漆和维护后的延长使用寿命)相当于钢结构设备的使用寿命,即涂层和设备的设计使用寿命相同,在使用过程中只需少量维护,从而避免重涂。

比利时的镀膜镀锌属于有机高富锌镀层,干膜中金属锌含量达到96%,在挪威奥斯陆沿海海洋大气环境下,在钢桥上镀120mu15年单涂m膜厚的锌层后,测得的年均镀层损耗仅为1mum .

无机富锌涂层应用的典型成功案例是澳大利亚摩根维拉250公里长的输油管道项目。其防腐采用单层水性无机富锌涂层,50多年保持良好状态,无腐蚀。美国埃克森公司在硫磺球岛建造的炼油厂采用单层硅酸锌防腐涂层,15年后只需修补一小部分涂层,修补4年后完好无锈。

作为面漆,目前开发的氟碳涂料和聚硅氧烷涂料耐候性可达15年以上,如日本朝日玻璃公司生产的三氟氯乙烯FEVE氟碳涂料、大金公司生产的四氟乙烯FEVE氟碳涂料、国际涂料公司生产的丙烯酸聚硅氧烷涂料interfine 979、美国Ameron公司生产的环氧聚硅氧烷涂料PSX 700等。

2.2低表面处理由于预处理成本将占涂层总成本的60%,低表面处理涂层已成为防腐涂层的重要研究方向之一。主要包括可带锈湿涂的涂料,以及可直接涂在其他种类旧涂料上的涂料。这种涂料主要是环氧树脂,具有直接涂在湿锈钢表面的功能,具有超强附着力和VOC含量lt;340 g/L,一次无气喷涂膜厚可达200mum以上,施工性能优异。

2.3高固体、无溶剂涂料,固体含量70%以上,无溶剂涂料,固体含量100%。该高固含量涂料在有机溶剂很少或没有有机溶剂的情况下,可以减少VOC的排放,符合环保要求,一次施工即可获得所需的漆膜厚度,从而减少施工遍数,节省重涂时间,提高工作效率。由于无溶剂挥发降低了涂层的孔隙率,因此提高了涂层的不渗透性和耐腐蚀性。

2.4水性涂料水性涂料是涂料研发的另一个重要方面。其VOC含量低,对节能减排、发展低碳经济、环境保护和可持续发展具有重要意义。目前,水性涂料的研发主要集中在水性无机富锌、水性环氧、水性丙烯酸、水性氟碳体系等领域。其中,水性丙烯酸、水性环氧和水性无机富锌涂料的工业应用取得了一定的成功。日本朝日玻璃有限公司开发了一种新型低挥发性有机化合物的水性聚四氟乙烯共聚物。用其制备的涂料耐候性、耐水性、耐溶剂性和光泽与溶剂型氟碳涂料相当。

2008年3月,在美国腐蚀工程师学会(NACE)组织的防腐蚀研讨会上,挪威水电能源公司根据NORSKOK M-501对水性涂料进行了测试和评估,结果表明,水性涂料在海洋环境中新设施的涂装和修复领域具有令人鼓舞的应用前景。

2.5新型环保材料新型环保材料主要采用低毒无毒材料,如用复合磷酸盐防锈颜料替代有毒污染性防锈颜料红丹、铬酸盐等,严格控制颜料中铅、镉、铬、汞、砷等重金属含量。

美国能源部布罗卡文实验室以谷物、蟹壳、龙虾壳为原料研制出一种生物重防腐涂料。在适当的温度条件下,涂层变得牢固而光滑,并能紧密地粘附在铝或其他金属表面,以防止金属腐蚀。

2.6聚脲弹性体聚脲涂料是一种无溶剂、无污染、高性能的重防腐涂料,简称SPUA。SPUA双组份,100%固含量,环保,固化速度快,对湿度和温度不敏感,施工时不受环境湿度影响;固化后的涂膜具有优异的弹性、强度、耐候性和热稳定性,在室外长期使用后不会开裂或脱落,对钢的附着力好,耐腐蚀性优异。但SPUA对涂装基材的表面处理要求非常严格,钢材必须喷砂彻底,处理后必须立即涂装。

美国和台湾省已将其应用于海洋结构物的防腐,特别是飞溅区海洋平台钢结构的涂装。聚脲主要包括芳香族聚脲、脂肪族聚脲和聚天冬氨酸脂肪族聚脲。

3海洋防腐涂料涂装分析及建议3.1涂料的应用现状及问题目前,海洋工程中使用的防腐涂料大多是国外跨国品牌的产品,很少使用国内涂料产品。国内涂料产品在质量和质量控制机制上与国外产品差距很大。主要原因是我国海洋防腐涂料发展时间短、核心技术缺乏、研究经费不足、研究人员水平低等因素,极大地制约了国产涂料进入国际海上市场,削弱了国产品牌的竞争力。

根据海洋产品的使用环境,必须对其采取防腐保护措施。海上海上产品的防腐涂层在使用期间很难修复或重新涂装。海洋防腐研究的最终目的是延长防腐涂层的耐久性,使防腐涂层的使用寿命与海洋产品的使用寿命同步。因此,研究开发海洋环境耐久性15年以上的海洋重防腐涂料和涂装技术,设计海洋环境耐久性15 ~ 30年的金属涂层+有机涂层支撑体系和多层有机或无机涂层支撑体系,不仅是国家海洋发展战略中海洋防腐研究的重点,也是国家的重点;十二中;五;规划国内外防腐涂料技术的研究方向,开发阴极保护效率高的底漆、屏蔽效果好的中涂和耐候性好的面漆,以及合适的涂料配套设计,是防腐涂料配套体系的技术关键。

目前,海洋防腐涂料主要用于防止暴露在海洋大气中的结构物的腐蚀。海洋结构物(如船舶、钻井平台)的水下部分和浸入海水中的海底钢管,特别是深水区,也需要采用涂层来防腐蚀。由于该区域含氧量低,腐蚀程度相对较低,目前主要采用环氧涂料、环氧沥青涂料和环氧玻璃鳞片涂料。如果需要防止海洋生物附着,采用环氧涂料和防污涂料的组合体系。至于海底区域,由于该区域腐蚀程度较低,涂层主要采用环氧沥青涂层。除了液态环氧涂料,熔融环氧粉末涂料也广泛应用于钢质管道。由于维护极其困难,通常要求不需要维护就能正常使用20年以上。

海水中使用的防腐涂层通常要求对海洋生物有良好的抵抗力和化学稳定性,以确保涂层能够防止结垢和腐蚀;具有良好的机械强度,保证涂层能承受一定的压力和碰撞,保持涂层的完整性不开裂或脱落;对钢管表面和混凝土有良好的附着力;与外部阴极保护系统相容性好,采用阴极保护时涂层不剥落。

涂层防腐和涂层+电化学防腐是目前海洋防腐的主要方法。与涂层的防腐性能相比,涂层在海水中的可加工性和可修复性更为重要。因此,一般建议设计与被涂结构主体寿命相同或不维修的涂层。此外,使用可在水中使用的防腐涂料也是目前的发展方向。国外很多公司都开发了这样的产品,通常是高固含量的液体环氧涂料。

造船是在海洋工程中使用海洋防腐涂料的行业,与之密切相关的我国海洋防腐涂料涂装技术也取得了快速发展,达到了一定水平。比如涂装工艺已经被列为船舶设计的重要内容之一;钢材预处理技术在造船企业得到广泛应用,建立了分段除锈喷涂车间,配备了相应的自动和半自动除锈喷涂设备,制定了一系列除锈涂装技术标准,从业人员掌握了高性能涂料的施工技术和化工/成品油船的特种涂装技术;计算机辅助涂装设计与处理技术和区域涂装技术已在大型船厂推广。

新涂装技术的应用大大提高了我国涂装技术水平、生产效率和涂装质量,明显缩短了与国外涂装技术的差距。涂层质量受到国内外船东的好评。然而,我国船舶涂装技术与国外仍有较大差距,主要表现在以下几个方面:

①船舶涂装生产设计深度不够,壳体涂装一体化观念不强;

②船用涂装技术和设备机械化、自动化程度不高,导致除锈和涂装指标高的现象;

③预处理质量和车间底漆性能有待提高;

④因其他工种施工造成涂膜损坏而多次涂装的问题十分突出,其中技术和人才的缺乏是阻碍涂料行业整体进步的重要原因之一。

3.2解决问题的思路海洋工程防腐涉及国家海洋发展战略,希望国家相关部门或行业组织能牵头组织相关单位,整合国家层面社会资源,对海洋防腐涂料及涂装技术中需要解决的关键问题进行协同研究,并提供充足的资金支持。建议从以下几个方面加强研究工作:

(1)加强基础研究,提高防腐涂料产品水平。我国海洋防腐涂料要想达到新的水平,各相关机构和涂料生产企业应加强新产品的研发,重视高耐候性配套涂料体系的开发,高效低毒防腐涂料的开发和海洋防腐涂料的环保。

(2)加强涂层技术的研究。从涂料一体化的角度重视涂料施工性能的研究,不断优化和提高涂料产品的综合性能,开发施工性能好、适应性强的涂料,提高配套涂料体系的科学性和合理性,满足不同海洋产品的不同涂料要求。通常涂装与涂装一体化是由第三方实施,即海上施工方将其所有涂装生产外包给专业涂装工程企业;;第三方只负责监督检查。目前,一些实力雄厚的涂装公司和涂装设备公司已经推出了BOT服务模式,即离岸建造商的涂装车间由涂装公司或涂装设备公司投资建造,负责生产管理。涂料生产按照海上施工方的生产计划进行,实现涂装一体化。* *最后提供的是合格的涂料,而不是液体或粉末涂料,而海上建造商只需要制定技术标准,接受并监督涂装产品的质量,根据涂装质量和涂装面积进行结算。这种模式将成为涂装一体化的发展趋势。

(3)提高海洋防腐涂料的防腐性能和施工性能,加强耐高温烧蚀(gt;800℃)车间底漆、高固含量、低粘度、施工方便的无溶剂防腐涂料、自干或低温干燥水性无机富锌底漆、性能较好的水性丙烯酸和环氧防腐涂料,一次性涂装300 ~ 500亩;m环氧厚浆涂料、可水下施涂的重防腐涂料、防腐性能较好的单组分富锌底漆和湿固化聚氨酯防腐涂料、防腐性能和耐老化性能较好的无机或无机改性防腐涂料等。

(4)海上构筑物大多尺寸较大,目前大部分涂装施工在露天进行。涂装方式以手工喷涂为主,涂装效率低,质量难以保证。因此,机械化涂装是其发展的主要方向。抛丸涂装机械生产线可用于港口机械、平台、船舶等海上产品中大量、标准形状的管件、棒材、型钢、箱梁涂装,可大大提高生产效率,保证涂装质量,缩短工期,保护环境。对于外观相对简单、数量较多的配套零件,可以采用在线机器人喷涂或静电喷涂。对于涂布效率较低的手工刷涂和滚涂,应开发自动供漆的漆刷或滚涂,以提高效率。国外也生产过类似的产品。

(5)加强专业人才培养。市场竞争归根结底是人才和管理水平的竞争。与国外同类企业相比,我国防腐涂料和涂装企业的薄弱环节就在于此。目前从事涂装工艺工作的人员大多是从化工或机械工程转行过来的。由于专业设置,专门从事金属防腐的人员很少,所以知道原因的人很多,知道原因的人很少。缺乏能进行涂料防腐研究,掌握全面知识结构的涂料施工技术的工程研究人员。国内培养金属防腐专业人才的高校屈指可数,不能满足行业需求,需要扩大人才培养规模。同时,涂装施工人员是涂装工艺的最终实施者,他们的技术素质将直接影响涂装质量乃至涂膜的防腐性能。目前,在一线进行油漆施工的工人大多是没有经过专业培训、缺乏专业知识的农民工。因此,培养合格的涂装工人,尤其是涂装操作人员,也是涂装行业亟待解决的问题。建议进行系统的社会和内部的专业教育培训,如根据画家的培训大纲进行培训,使其达到中级或高级绘画工资。此外,实施持证上岗也是提高施工人员素质和涂装质量的重要途径之一。

(6)涂装检验是保证涂装质量的* *最后环节,也是非常重要的环节,必须由具有专业资质的检验员进行。海上产品环境恶劣,防腐要求高。一般来说,无论是海上产品还是国际标准,都要求实施涂装检验的人员必须接受过NACE、SSPC和弗罗西奥涂装检验的相关培训,并取得相应的专业资格,达到二级或三级后才能进行此项工作。在这一环节,我国应引进国外相关培训教材,按照国外标准培养专职涂料检验人员,在海上防腐涂料项目中实施涂料检验资质认证制度,提高国内涂料检验水平,提高海上工程的涂料质量。