盘点十大海洋腐蚀防护技术

2022-11-08 16:21:11 作者：本网发布来源：《腐蚀防护之友》分享至：

前言

海洋工程构筑物大致分为：海岸工程（钢结构、钢筋混凝土）、近海工程（海洋平台、钻井、采油、储运）、深海工程（海洋平台、钻井、采油、储运）、海水淡化、舰船（船体、压载舱、水线以上），简称为船舶与海洋工程结构。船舶与海洋工程结构的主要失效形式包括：均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀 / 磨损、海生物（宏生物）污损、微生物腐蚀、H 2 S与CO 2 腐蚀等等。控制船舶和海洋工程结构失效的主要措施包括：涂料（涂层）、耐腐蚀材料、表面处理与改性、电化学保护（牺牲阳极、外加电流阴极保护）、缓蚀剂、结构健康监测与检测、安全评价与可靠性分析及寿命评估。

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从腐蚀控制的主要类型看（表 1），涂料（涂层）是最主要的控制方法、耐腐蚀材料次之，表面处理与改性是常用的腐蚀控制方法，电化学保护（牺牲阳极与外加电流）是海洋结构腐蚀控制的常用手段，缓蚀剂在介质相对固定的内部结构上经常使用，结构健康监测与检测技术是判定腐蚀防护效果、掌握腐蚀动态以及提供进一步腐蚀控制措施决策和安全评价的重要依据，腐蚀安全评价与寿命评估是保障海洋工程结构安全可靠和最初设计时的重要环节。建立全寿命周期防护理念，结合海洋工程设施的特点及预期耐用年数，在建设初期就重视防腐蚀方法，通过维修保养实现耐用期内整体成本最小化并保障安全性，是重大海洋工程结构值得重视的问题。

一、防腐涂料（涂层）

涂料是船舶和海洋结构腐蚀控制的首要手段。海洋涂料分为海洋防腐涂料和海洋防污涂料两大类。按防腐对象材质和腐蚀机理的不同，海洋防腐涂料又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包括船舶涂料、集装箱涂料、海上桥梁涂料和码头钢铁设施、输油管线、海上平台等大型设施的防腐涂料；非钢结构海洋防腐涂料则主要包括海洋混凝土构造物防腐涂料和其他防腐涂料。

二、防污涂料

海水全浸环境中，船舶和钢桩、平台、管线等移动和固定工程设施都不可避免遭受海洋污损生物附着影响，造成生物污损。船体附着的藤壶等污损生物，能使船舶航行阻力增加 15%，燃油费上升 40% ～ 50%。

防污涂料是海洋涂料中的一个特殊品种，其主要目的是阻止海洋生物对海洋构筑物的附着、污损，保持船底或海洋结构的光滑、清洁。防污涂料无论是基于低表面能、还是自抛光概念，都要在涂料中添加“毒素”———防污剂。传统的防污涂料种类很多，其中无机类包括氧化亚铜（也有其他的铜化合物，如硫氰酸亚铜等）、氧化汞（虽有效但污染环境，早已禁用）、氯化锌（辅助防污剂）等，有机类包括有机锡化合物（三丁基锡 TBT 或三苯基锡化合物TPT，已被禁用）、有机氧化合物（DDT，它对藤壶有特效，但 DDT 太稳定，不易降解，污染环境，已在全世界被禁用）。

三、耐腐蚀材料

海洋中使用的耐腐蚀材料包括：耐海水腐蚀钢、耐腐蚀钢筋、双相不锈钢、钛合金、铜合金、复合材料、高分子材料、高性能混凝土等。金属和钢筋混凝土的使用量最大。

耐腐蚀金属材料是通过调整金属材料中的化学元素成分、微观结构、腐蚀产物膜的性质，实现降低电化学腐蚀的反应速度，从而可以显著改善金属材料的耐腐蚀性。

四、包覆技术

包覆技术为了有效控制浪花飞溅区的严重腐蚀，基于把腐蚀介质与材料隔离的原理，日本提出采用局部包覆耐腐蚀蒙乃尔合金、中间填充缓蚀油膏的方法，随后又进一步改进包覆材料，现已经产业规模化应用。我国侯保荣院士通过引进、消化吸收、再创新，把浪花飞溅区包覆技术成功用于我国青岛区域的海洋大桥、近海平台以及海上风电基础部位浪花飞溅区的示范工程中，采用氧化聚合型包覆防腐技术用于螺栓与法兰等异型结构、桥梁的拉索与防水套、风电大气区的焊接部位等的示范工程中，实现了不依靠日本独立使用该项技术进行水下施工。浪花飞溅区保护罩－复层矿脂包覆防腐材料技术采用优良的缓蚀剂成分和能隔绝氧气的密封技术，系统由 4 层紧密相连的保护层组成，即矿脂防蚀膏、矿脂防蚀带、缓冲层和防蚀保护罩，分成若干个系列，对规则和非规则设施均可以实施保护，目前已制定出企业标准。该技术的有效腐蚀防护效果达 30 年以上。防蚀保护罩主要是采用玻璃钢或者增强玻璃钢防护材料。如果采用更耐蚀的金属材料（例如钛合金），将使该技术具有更好的防腐性能和耐冲击性能，也将具有更便捷的施工流程。

五、表面处理与表面改性

改性或称为表面处理，是采用化学物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高部件的耐腐蚀性。化学热处理（渗氮、渗碳、渗金属等）、激光重熔复合、离子注入、喷丸、纳米化、轧制复合金属等是比较常用的表面处理方法。前 3 种是改变表层的材料成分，中间两种是改变表面材料的组织结构，后者则是在材料表面复合一层更加耐腐蚀的材料。

六、电化学保护

金属－电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。电化学（阴极）保护法分两种：外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护。

七、缓蚀剂

具有表面活性的化学物质在金属表面上首先进行物理吸附，然后转化为化学吸附，占据金属表面的活性点，从而达到抑制腐蚀的作用。缓蚀剂的类别有：无机类缓蚀剂、有机类缓蚀剂、复配缓蚀剂、其他缓蚀剂等。缓蚀剂在封闭场合经常使用，包括油井、输油气的船舶等。因此，缓蚀剂也与阻垢剂、杀菌灭藻剂、清洗剂等联用，又发展出缓蚀阻垢剂等。

八、结构健康监测与检测

无论是钢结构还是混凝土中的钢筋，监测与检测是掌握腐蚀状态的关键手段，其可以进行结构的提前预警，同时也是寿命评价的基础，从而保证装备及人员的安全。监测的参数主要包括：腐蚀电位、阴极保护效果、结构的腐蚀速度、海生物污损情况、涂层状况、结构厚度变化、材料中的氢含量、环境参数等单参数以及多参数，参数监测和智能化的实时原位监测可实现工程结构全寿期内的腐蚀状态分析和寿命评估。我国的海洋腐蚀监测 / 检测设备及基础设施的监控比较薄弱。

目前，海洋腐蚀监测手段也仅仅在 200 m 以上的海域应用比较成熟，在200 m以下水深的腐蚀判断标准不明确、腐蚀环境数据匮乏，造成了腐蚀监测的不确定性。

九、安全评价、可靠性分析、寿命评估

保障船舶和海洋工程结构的安全性和可靠性是一项长期任务。由于较严重的腐蚀，服役过程中结构是否安全可靠需要进行评价；设计寿命到达后，考虑到结构的可用性和工程的实际需求，开展寿命评价和延寿更是当前的重要课题。积累各种服役条件下的材料环境性能数据、发展监测与检测技术、提出寿命模型，以期开展工程结构的安全评价、可靠性分析、寿命评估。

十、不同材料的防护差异

海洋工程中使用的材料体系众多，包括钢铁材料、钢筋混凝土结构、有色金属材料（铝合金、钛合金、铜合金、镁合金等）、复合材料等。从使用量上看，钢铁、钢筋混凝土用量最大。就腐蚀防护技术而言，前述的多种防护技术在不同材料上都可应用，然而，不同材料防护技术相互之间存在差异。复合材料的轻量化特点，在海洋工程中的使用有望进一步加大，其防护技术还有待深入探讨。

（节选自中国材料进展）

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