陳偉軍，郭海，許小波，郭興偉，苗俊安，賈健

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

海洋環(huán)境分為海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、海泥區(qū)五個腐蝕帶區(qū)，工程建設(shè)中為方便施工及維護，潮差區(qū)并入飛濺區(qū)考慮。在飛濺區(qū)、全浸區(qū)服役的大型海洋鋼結(jié)構(gòu)壽命長達30年以上，表面涂層防腐是其最重要的防腐措施之一。行業(yè)通常依據(jù)NORSOK M501標準認證測試涂層[1]，篩選具有優(yōu)異物理和防腐性能的產(chǎn)品。本文分析了NORSOK M501對飛濺區(qū)和全浸區(qū)涂層系統(tǒng)的認證要求，結(jié)合涂料工業(yè)現(xiàn)狀作了選型推薦，在涂層測試和防腐工程建設(shè)中有較好的參考作用。

1 腐蝕環(huán)境

海洋飛濺區(qū)是平均高潮線以上海浪飛濺的區(qū)段，浪花飛濺的干濕交替和溫度的互相作用，金屬材料表面連續(xù)不斷地被含氧量、含鹽量很高的海水沖擊。這個部位腐蝕最嚴重，普通碳鋼腐蝕率為0.5-1.2mm/年[2]。海水潮差區(qū)是平均高潮位與平均低潮位之間的區(qū)段，與飛濺區(qū)相比氧擴散慢，無強烈的海水沖擊。工程中一般將潮差區(qū)、飛濺區(qū)防腐一起考慮并非因為兩段的腐蝕機理相同，而是便于施工和維護。海水全浸區(qū)是平均低潮線以下海水浸沒的區(qū)段，腐蝕受溶解氧、流速、溫度、鹽度、pH值、污染和生物因素等影響，并隨海洋的深度而變化，鋼鐵在海水中的腐蝕速率一般為0.1-0.2mm/年，雖然腐蝕速率相對較低，但影響因素復雜，隨著向深水海域的開發(fā)，一旦發(fā)生腐蝕失效很難修復。

2 標準介紹

NORSOK M501由挪威石油工業(yè)部門頒布，適用于沿海鋼結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)設(shè)施表面處理及保護涂層。該標準在全球范圍內(nèi)得到一致認可，在海洋采油平臺、導管架、水下采油生產(chǎn)設(shè)施等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。標準基本內(nèi)容是為工程防腐設(shè)計、施工、涂層質(zhì)量控制三方面提供依據(jù)。包括一般要求、涂層系統(tǒng)、合格性認證等，涂層質(zhì)量控制部分是實驗室對涂層的評價依據(jù)[3]。

NORSOK M501最新版本為第六版，該標準根據(jù)涂料科技發(fā)展和工程應(yīng)用不斷修訂。與以前版本相比，第六版推薦的涂層系統(tǒng)將飛濺區(qū)及全浸區(qū)按7A、7B、7C進行了區(qū)分，其中NO.7A為飛濺區(qū)，NO.7B為≤50℃的水下全浸區(qū)，NO.7C為＞50℃水下全浸區(qū)。標準對三個區(qū)域的油漆類型、最低干膜厚度、不銹鋼表面粗糙度等作了新的修改。涂層系統(tǒng)見表1。

表1 涂層系統(tǒng)NO.7

由表1可知，涂層系統(tǒng)規(guī)定了鋼材表面處理要求、涂料類型推薦、涂料膜厚、涂裝遍數(shù)等。

3 認證測試

3.1 測試項目

NORSOK M501采用ISO20340合格性試驗方法[6]，項目包括海水浸泡、循環(huán)老化、常溫抗陰極剝離、高溫抗陰極剝離。根據(jù)系統(tǒng)的適用環(huán)境不同，表2為NO.7A、NO.7B及NO.7C需通過的測試項目。

表2 測試項目

3.2 海水浸泡

海水是典型的復雜電解質(zhì)溶液，海水浸泡測試用來評估涂層耐海水腐蝕性能[7]。試驗樣板數(shù)量3塊，涂層系統(tǒng)完全固化后水平劃線，劃線必須劃透涂層直至底材，劃線與板面垂直，劃痕寬度2mm，長度50mm。測試方法按照ISO2812-2[8]，合成海水按ISO15711配制[9]，配方見表3。

表3 合成海水配方

將劃線樣板暴露在循環(huán)海水中4200h，溫度保持在40℃±1℃，如果海水變混濁或變色則需要更換。在劃痕上9個點（劃線的中間點和每離中間點5mm取一個測量點）測量腐蝕的寬度，評估劃線處的腐蝕。腐蝕曼延計算公式為M=(C-W)/2，其中M為腐蝕曼延(mm)，C為9個讀數(shù)的平均值，W為劃痕原始寬度，見圖1所示。

圖1 海水浸泡測試

3.3 循環(huán)老化

循環(huán)老化測試是涂層可靠性檢測的一部分，模擬產(chǎn)品在現(xiàn)實使用條件各種因素產(chǎn)生老化的情況進行加強實驗。利用實驗箱模擬自然氣候作用，涉及光強、溫度、噴淋、凝露、濕度等幾個因素，并對這幾個因素進行控制、調(diào)節(jié)，達到加速老化實驗?zāi)康摹Ｔ囼灅影鍞?shù)量3個，涂層系統(tǒng)完全固化后水平向下劃線至裸露金屬，劃痕寬度2mm，長度50mm。試驗程序見圖2所示。

圖2 循環(huán)老化測試

采用的暴露循環(huán)持續(xù)168h，總共進行25次循環(huán)包括：72h的紫外線和水的暴露，依照ISO11507中方法A[10]：4h紫外線照射（60±3℃）和4h冷凝（50±3℃）交叉進行；依照ISO9227進行72h鹽霧試驗；24h低溫暴露試驗（-20±2）℃[11]。

3.4 常溫陰極剝離

有缺陷處的涂層因為陰極反應(yīng)而失去附著力，涂層從金屬上分離，這種現(xiàn)象稱為陰極剝離。由于涂層自身的性質(zhì)和工藝的影響，涂層與金屬體系中的缺陷是不可避免的，涂層劣化和涂層下金屬腐蝕會在缺陷位置發(fā)生。由于缺陷處的陰極反應(yīng)會導致微觀剝離不斷擴展，進而發(fā)展為宏觀鼓泡和剝離，導致涂層最終喪失防護能力。因此耐陰極剝離能力是決定涂層防護性能和使用壽命的主要因素之一[12]。

按照ISO15711對≤50℃的全浸鋼材表面進行常溫陰極剝離試驗，試板上加工出直徑為6mm的孔徑在合成海水溶液中暴露4200h，外加電流為-1.05V，電解質(zhì)溶液溫度保持在23℃±2℃，見圖3。

圖3 常溫陰極剝離測試

3.5 高溫陰極剝離

對于＞50℃的高溫陰極剝離測試，在要求的高溫下，在3.5%的氯化鈉溶液中暴露28天，氧氣濃度為8×10-6（pH6-9），外加電流為-1.2V。電解質(zhì)溶液的溫度保持在30±1℃。最多7天更換溶液或者其他參數(shù)之一開始接近最大值。

陰極剝離試驗＜100℃試驗裝置可連接電池（大氣壓）和冷卻電解液，裝置見圖4。

圖4 ＜100℃試驗裝置

陰極剝離試驗＞100℃試驗裝置必須使用冷卻、流動和加壓的電解質(zhì)系統(tǒng)，裝置見圖5。

圖5 ＞100℃試驗裝置

3.6 測試合格要求

試驗通過要求見表4。

表4 合格要求

4 認證系統(tǒng)

認證由具備資質(zhì)的第三方實驗室進行，如ELEMENT，EXOVA、COT等。認證過程及報告需要詳細的記錄涂料指紋信息、施工信息、樣板狀態(tài)、試驗方法、試驗結(jié)果、結(jié)論等。以下為佐敦、國際、龐貝捷等涂料供應(yīng)商通過相關(guān)認證的涂層系統(tǒng)。

4.1 涂層系統(tǒng)NO.7A

通過涂層系統(tǒng)NO.7A認證涂層系統(tǒng)見表5。

表5 涂層系統(tǒng)NO.7A

該系統(tǒng)以環(huán)氧玻璃鱗片涂層為主要型號，膜厚在600～1000μm左右。對于飛濺區(qū)的涂層系統(tǒng)，工程中還需參考NACE SP 0108[15]的推薦。

4.2 系統(tǒng)NO.7B

通過涂層系統(tǒng)NO.7B認證涂層系統(tǒng)見表6。

表6 涂層系統(tǒng)NO.7B

該系統(tǒng)主要以環(huán)氧玻璃鱗片或厚漿型耐磨環(huán)氧為主要型號，膜厚為350～600μm。

4.3 系統(tǒng)NO.7C

通過涂層系統(tǒng)NO.7C認證的溫度需要結(jié)合涂料公司產(chǎn)品性能，見表7。

表7 涂層系統(tǒng)NO.7C

表格中Carboguard 890 GF適用于≤90℃的全浸鋼材，為環(huán)氧玻璃鱗片，認證膜厚400μm。Hempadur 35900，Interzone 1000適用于溫度≤120℃的全浸鋼材，膜厚為600～800μm.。適用溫度≤150℃的全浸鋼材的涂層系統(tǒng)以酚醛環(huán)氧為主要型號，膜厚在350～360μm。按ISO 13628-1[16]水下生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計和操作標準推薦，為便于潛水員或水下機器觀測水下設(shè)施主要鋼結(jié)構(gòu)、管線應(yīng)采用RAL1004黃色。酚醛涂料通常不易調(diào)色，能提供RAL1004顏色的涂料較少，Intertherm 3070及Sigmaline 780可以滿足。

5 結(jié)語

海洋飛濺區(qū)與全浸區(qū)服役的涂層需要具備優(yōu)異的防腐可靠性，根據(jù)NORSOK M501對涂層系統(tǒng)認證測試具有重要意義，測試的方法、評判需要結(jié)合ISO 20340等多個標準綜合分析。NORSOK M501推薦的涂層系統(tǒng)將飛濺區(qū)及全浸區(qū)按NO.7A、7B、7C區(qū)分，測試項目包括海水浸泡測試、循環(huán)老化測試、抗陰極剝離，各系統(tǒng)有不同的測試要求。涂料供應(yīng)通過測試的涂層系統(tǒng)膜厚、顏色、類型等有差異，需要結(jié)合工程實際選型。

◆參考文獻

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