福建LNG專用卸料碼頭防腐工藝探討

陳清兵 李俊中 沈宗榮 李超平

中海福建天然氣有限責任公司，福建 莆田 351100

0 前言

中海福建天然氣有限責任公司所屬LNG專用卸料碼頭及棧橋的橋墩多數為鋼管樁，還有少量灌注樁，投產四年以來，鋼管樁表面附著了大量海生物，局部腐蝕嚴重，防腐效果遠沒有達到防腐設計要求。

為防止碼頭鋼結構腐蝕，目前國內大多港口采用涂料或陰極保護方式，有些港口也采用涂料加陰極保護聯合防腐方式， 福建LNG卸料碼頭原來采用的就是這種聯合防腐方式。 鑒于目前福建LNG卸料碼頭鋼管樁腐蝕嚴重，急需改變原來的防腐方式及防腐材料。 目前新型防腐蝕材料開發迅速，不斷有新型涂料或其它防腐材料出現。 作為鋼管纏繞材料的新型聚乙烯防腐帶的應用越來越廣泛。 這種材料具有耐腐蝕性強、壽命長、施工簡單、對環境污染小及投資小的特點，在碼頭防腐中呈現出逐漸替代涂料的趨勢［1-5］。

1 碼頭鋼管樁腐蝕原因及特點

碼頭鋼管樁的腐蝕原因可重點從其所處的海洋環境分析。 海洋腐蝕環境的劃分與該處海水中含氧量、含鹽量、風力、濕度、溫度都有關系，同一個部位處于不同的海域，其腐蝕程度不同。 根據海洋環境特點，其腐蝕環境可分成5個區域［6］，見圖1。

大氣區： 鋼管樁受海水浪花沖刷部分以上的區域，該區域主要受海洋潮濕空氣的侵蝕，腐蝕較嚴重。

飛濺區：在海洋環境中腐蝕最嚴重的部位是在平均海潮以上的飛濺區。 濕表面與干表面的交替作用和浪花沖刷會造成極其嚴重的腐蝕破壞。

潮差區： 鋼結構在潮差區的腐蝕速率較飛濺區低。潮差區水線上方與下方的氧濃度不同，形成回路，由此成為一個氧濃度差宏觀腐蝕電池，即整個潮差區中每一點分別受到了不同程度的陰極保護，所以潮差區每一點受腐蝕程度都不盡相同。

水全浸區：水全浸區分為淺海區與深海區，在海水全浸區的腐蝕中，淺海區含氧量比深海區大，腐蝕速率也比深海區快得多。

海泥區：存在鹽類與海底細菌，由于埋于地下受海水影響少，且溫度低，腐蝕程度小，只是在海流作用交界處有一定腐蝕。

圖1 碼頭鋼管樁不同區域腐蝕速率

一般而言， 處于飛濺區的鋼管樁由于其表面連續不斷地被海水濕潤，且海水中含氧量充分、含鹽量高，加上海水的沖擊作用，腐蝕速度很快。 處于潮差區的鋼管樁由于低潮位以下全浸區供氧相對較少而成為陽極，使腐蝕加速；而最高潮位與最低潮位之間的部分因供氧充分，成為陰極，反而受到一定程度的保護，腐蝕減輕，但總體而言，其腐蝕環境對鋼管樁依然有較強腐蝕力。

2 防腐方案篩選

2.1 陰極保護

自20世紀60年代初，陰極保護技術由英美等工業發達國家首先應用于海港鋼結構防腐。 目前該技術已成為一項成熟的防腐蝕技術。

陰極保護按其取得保護電流途徑不同，可分為強制電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護兩種。 二者都是比較典型的保護方法，應用較多，發展較快，但使用時有很多限制。對于強制電流陰極保護，在陰極保護系統中要嚴格保證鋼結構和陽極系統之間完全隔開， 絕不允許有直接的金屬接觸，施工比較復雜。 不同保護區域內的鋼結構必須保證電絕緣， 輔助陽極系統與被保護鋼結構之間電絕緣，否則會引起“雜散電流”腐蝕。 而對于因防雷需要而將鉆孔樁、承臺、墩身、箱梁鋼筋全部連接成回路的橋梁而言，實施陰極保護不僅難度大，且可能遭受雷擊。 此外，采用強制電流陰極保護法時電流來源無法保證， 故該方法可操作性不高。

犧牲陽極保護法是比較適合碼頭鋼結構防腐的方法，設計布局相對容易，結構簡單，不需專人管理，一次投用無需維護；投資和運行所需一次性成本不高；穩定性高，幾乎不存在電位不均勻和電源中斷問題；不易產生過保護、欠保護所帶來的“氫脆”和“電干擾”等現象；避免了強制電流陰極保護法的各種限制，因此比較適合福建LNG專用卸料碼頭鋼管樁防腐［6-7］。

2.2 碼頭鋼管樁外防腐層篩選

2.2.1 涂層防腐

涂層防腐是應用最為廣泛的防腐措施。 由于碼頭鋼管樁長期處于惡劣的腐蝕環境中， 使用期間維修困難，一般情況下多采用高性能重防腐涂料防腐，主要品種有環氧粉末涂料、聚氨酯涂料、改性環氧玻璃鱗片涂料和聚酯玻璃鱗片涂料等， 目前國內外對應鋼管樁大氣區、飛濺區、 潮差區及全浸區分別有些應用效果較好的組合［8］。

2.2.1.1 大氣區

大氣區應用效果較好的重防腐涂料組合［9］，見表1。

表1 大氣區應用效果較好的重防腐涂料組合

2.2.1.2 飛濺區

飛濺區是整個鋼管樁腐蝕情況最嚴重的區域，也是最難實現良好防腐效果的區域，目前針對飛濺區防腐涂層主要采用熱噴鋅鋁涂層，涂層組合一般為熱噴鋅鋁涂層+封閉涂層， 厚度達到200 μm的熱噴鋅鋁涂層在飛濺區可以起到一定防腐作用［6］。

2.2.1.3 潮差區

潮差區因腐蝕環境比較惡劣，目前多使用玻璃鱗片涂料+富鋅底漆組合，應用效果較好［8-9］，見表2。

表2 潮差區應用效果較好的防腐涂料組合

2.2.1.4 全浸區

全浸區的腐蝕程度比大氣區嚴重， 但比飛濺區輕。全浸區一般采用陰極保護或涂料與陰極保護的聯合保護，很少單獨采用涂料保護，原因是目前防銹、防污涂料使用期限很難實現對碼頭鋼結構的長期有效保護。 目前全浸區應用效果較好的防腐涂料組合見表3。

雖然針對鋼管樁不同區域均可選擇合適的涂裝涂料，施工卻是個很大的問題。 困難在于：鋼管樁表面處理除銹和清潔該如何做，尤其是水下部分和受海浪沖擊的部位；水下部分涂漆如何保證涂裝均勻，并減少材料浪費；怎樣確立每一工序的施工質量標準，以及如何進行質量檢驗和監督；如何克服施工時鋼管樁區段受潮位制約的影響因素。 目前針對以上問題雖有不同解決方案，但總體實施起來太過復雜，難以完全實現，而且分別涂刷的施工成本也較大。

表3 全浸區應用效果較好的防腐涂料組合

2.2.2 聚乙烯防腐帶防腐

從20世紀60年代開始，聚乙烯防腐帶就在油氣鋼質管道上作為外防腐材料廣泛應用。 由于防腐性能優良且施工方便，其在管道防腐材料體系中占有一定地位。

聚乙烯防腐帶防腐體系一般由：底漆—防腐帶—保護帶構成，體系中底漆由丁基橡膠和增粘樹脂經有機溶劑配制而成，保證與鋼管具有很好的粘接力；防腐帶由聚乙烯基膜和丁基橡膠膠粘劑組合構成，機械強度和粘接密封性能較好，并且丁基橡膠還具有自融粘接的自修復功能；保護帶一般是由機械強度較好的聚丙烯材料制成。 目前有些改性聚乙烯防腐帶防腐體系可以做到不需要底漆與外保護帶，直接纏繞依然有良好的防腐效果［10］。

改性聚乙烯防腐帶多年的現場應用經驗證明聚乙烯防腐帶具有優異的使用性［11］。

a）與鋼管粘接較好，剝離強度可以達到18～30 N/cm，可有效阻止液體介質滲入鋼管表面。

b）延展性較好，可在較大溫度范圍內應用并保持其柔韌性。

c）具有良好的抗陰極剝離性能，在油氣管道及碼頭鋼管樁防腐中可采用陰極保護與外纏聚乙烯防腐帶兩種方法聯合防腐，提高防腐效果，且不存在相互排斥的現象。

d）電絕緣性較高和吸水性及水氣滲透率較低。在碼頭鋼管樁防腐中可有效防止水氣滲透，延長鋼管樁適用壽命。

e）施工工藝簡單， 首先表面處理無需很高要求，水面部分除去鋼管樁表面銹跡、脫落漆膜及海生物即可纏繞施工，水下部分可采用高壓水槍清除海生物及其它附著在鋼管樁表面的雜質，纏繞施工可采用工具纏繞也可手工纏繞，操作靈活。

f） 目前國內外均有部分改性聚乙烯防腐帶施工不需要涂刷底漆，節約成本，減少環境污染。

2011年7至10月， 選用德國防腐帶供應商Vogelsong的C50型新型改性丁基橡膠防腐熱縮帶進行實驗。 在福建LNG卸料碼頭， 其中一根鋼管樁采用該防腐熱縮帶進行現場纏繞實驗， 同時在實驗室環境中進行了模擬水下狀態的纏繞實驗， 實驗其在水下狀態中纏繞作業可操作性及防水效果， 然后將實驗室纏繞的鋼管放入海水中觀察記錄其防腐效果。 結果顯示此類防腐帶產品施工簡單，對表面處理要求較低，且纏繞施工方便，可手動纏繞也可用簡易自制工具纏繞。 觀察記錄三個月后我們對防腐效果進行檢驗，結果表明，鋼管纏繞防腐帶部分的表面情況與剛經過表面處理后的表面情況相同， 無腐蝕且有金屬光澤，防水效果良好，防腐帶附著情況良好，剝離強度可達到33 N/cm，粘接性能好。

3 結論

a）對碼頭鋼結構進行陰極保護，相比強制電流保護法，犧牲陽極保護法結構簡單，穩定性高，維護方便，更適合碼頭鋼管樁防腐。

b） 對碼頭鋼管樁進行外防腐，相比涂層防腐，采用改性聚乙烯防腐帶防腐，施工更簡單，投資更小，防腐效果更好。

綜上所述， 在LNG專用卸料碼頭鋼管樁采用犧牲陽極和改性聚乙烯防腐帶聯合防腐法最佳。

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［7］ 關夢林，劉維利. 犧牲陽極陰極保護工程質量控制方法及措施［J］. 中國港灣建設，2006，142（2）：65-66.

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