國際防腐蝕標準在海洋工程領域中的應用

魏靜瓊（廣東省中山市質量技術監督標準與編碼所）

國際防腐蝕標準在海洋工程領域中的應用

魏靜瓊（廣東省中山市質量技術監督標準與編碼所）

由于在惡劣的海洋環境中，承受著各種環境因素的影響，使得人們對海洋工程中的結構能否在營運期間安全運行格外關注。腐蝕是造成海底管道安全事故的重要原因之一，因此對腐蝕鋼結構進行安全可靠性評估具有很強的現實意義。早期建造的導管架、平臺大部分都未能嚴格執行標準進行防腐蝕涂裝，在平臺運作期間有部分結構因為涂層的過早失效，不得不進行涂層修補甚至結構更換，這無疑是一筆比較大的費用。隨著海洋油氣的開采與運輸事業的不斷發展，人們越來越重視防腐蝕工作，相應的國際防腐蝕標準（如ISO 12944, NACE SP0108, NORSOK M-501等）也在詳設、生產、維護和評估過程中被嚴格地執行。

海洋工程 防腐蝕 標準

1 引言

海洋工程鋼結構建設需要花費大量的投資，并且分布在世界各地。此外，越來越多的海上平臺結構將處于深海區，因此，它們將會越來越龐大，結構越來越復雜，費用也越來越昂貴。海上平臺的腐蝕控制對于維持油、氣的正常生產、提供安全的工作和生活保障、避免對環境的潛在損害都是十分必要的[1]。

海洋工程防腐蝕涉及到國家海洋開發的戰略，目前隨著海洋工程的發展，越來越多的人意識到防腐蝕在海洋工程中所占有的重要地位，也越來越重視防腐蝕工作。腐蝕不僅對我國的資源和能源造成了很大的浪費，而且一些鋼鐵、水泥、混凝土材料的腐蝕也進一步導致相應的碼頭、船舶、橋梁等發生突發性災難事件，給人們的生產生活安全帶來了很大的危害。海洋環境中的腐蝕與其他環境下的腐蝕相比更為嚴重。

海洋防腐蝕是海洋工程的關鍵技術之一，金屬在海洋中腐蝕導致的應力腐蝕斷裂（SCC）、氫脆（HE）、腐蝕疲勞（CF）、晶間腐蝕（IC）等會使鋼結構發生突然斷裂，導致海洋環境生態災難，造成巨大損失。此外，防腐蝕涂層的提前失效和涂層維修帶來的停工損失也相當大。因此，必須采取合適的防腐蝕技術和標準的支持予以解決。

2 腐蝕的定義、原理以及防腐蝕的途徑

腐蝕是材料變壞的現象，是材料與周圍環境發生反應而產生的一種降解，它是一種自然過程，是材料“釋放”能量并回歸自然狀態的一種傾向或趨勢。

防腐蝕的三個途徑：屏蔽、擬制、犧牲陽極。

3 海洋工程鋼結構現況

海洋石油開采設施是一項投資較大的永久性工程, 一般設計壽命在15～30年, 其設施長期耐久地使用防腐蝕是極為重要的環節。在海洋這個嚴酷的腐蝕環境中, 以鋼鐵為主要結構的海上鉆井平臺、采油平臺、FPSO（浮式生產儲油卸油裝置）、導管架、海底管道以及各種設備設施在這種環境中遭受到嚴重的腐蝕, 從而使平臺構建壁厚減薄, 局部甚至產生穿孔, 海浪的周期作用還會引起腐蝕疲勞, 因此, 腐蝕是海上平臺設計和制造中所要考慮的最重要的因素之一。

海洋腐蝕事故觸目驚心。1980年3月，在北海大埃科菲斯克油田作業的亞歷山大·基定德號鉆井平臺，在海浪的反復沖擊下，5根巨大樁腿中的D號樁腿因6根撐管先后斷裂，萬余噸重的平臺在25min內傾倒，123人遇難，造成近海石油鉆探史上罕見的災難。調查表明，該次事故是腐蝕疲勞所致。美國東部的一座鐵橋，由于應力腐蝕開裂而塌落在俄亥俄河中，46人喪生。2010年9月7日23時，山東東營勝利油田位于渤海的作業3號修井作業平臺受瑪瑙臺風影響（風力最大時陣風9級，浪高近4m），平臺發生傾斜45°事故，出現了人員傷亡。平臺的設計通常都考慮臺風的影響，況且又是發生在中國的內海——渤海，所以出現平臺倒塌事故與海洋腐蝕應是有一定的關聯。

為了滿足日益增加的能源需求，“走出陸地，走向海洋”已成為了一條必由之路。但是由于海上石油工程所處的環境條件復雜、惡劣，因此工程本身需要經受嚴酷的考驗，做到安全、穩定、高效[2]。其中海洋環境腐蝕是造成工程能否長期運行的關鍵因素，因此在海洋油氣工程的建設中，要綜合考慮各方面因素，采用各種技術手段做好防腐蝕處理，減少作業期間的維修與保養費用，確保海洋油氣工程長期穩定、安全地運轉。

4 國際防腐蝕標準的應用情況

開展防腐蝕系統工程標準化工作，解決長期以來在防腐蝕工程中由于缺乏整體考慮、系統管理造成的防腐蝕效益難以最大化，以防腐蝕作為標準化主體對象，從工程防腐蝕的設計、選材、制造、施工、檢測評定、使用、維護等開展全過程、全要素的綜合標準化研究，特別是在一些重大防腐蝕工程，研制具有綜合性、系統性、相互協調優化性、高效性的防腐蝕工程標準，通過標準來引導防腐蝕工程在安全、環保、節能方面發揮突出作用。防腐蝕的復雜性決定了防腐蝕標準化工作并非一項簡單的工作，需要投入大量的人力、資源開展工作，在統一目標下，繼續發揮各自作用，優化配合，最佳最優實現防腐蝕的最終要求。

近幾年，我國的標準化進程非常迅速，參照部分國際防腐蝕標準，制定關于防腐蝕標準的數量越來越多，范圍也越來越廣。但由于我國的防腐蝕標準化工作起步較晚，與國外相比，我國的標準化工作是以政府管理為主導的行為，加之防腐蝕涉及面廣、自身地位不突出、輔助性、服務性為主等特點，因此，形成了防腐蝕標準化工作發展中標準的制定和推廣力度不夠，企業未能廣泛參與到標準的制定中來，造成標準的實用性、操作性不足的特點。并且目前國內好多管理人員和工作人員仍然抱有重法律輕標準的思想，致使我國有些應制定的標準不能及時制定，或者已存在的標準得不到很好地貫徹實施。

世界各國的防腐蝕實踐證明：涂料涂層防腐蝕（涂裝）是最有效、最經濟、應用最為普遍的方法[3]。

Walling模型[17]假設侵蝕作用使土壤表層一定厚度的整個薄層土壤損失掉。設h(kg/m2)為土壤侵蝕的厚度，且h=RBe，土壤侵蝕速率RBe(kg/m2)可由公式(1)求得：

在海洋工程防腐蝕涂料領域內的國際組織主要有NACE（美國防腐工程師協會）、ISO、SSPC（美國防護涂料協會）、NORSOK（挪威石油標準化組織）、ASTM（美國材料與試驗協會）等。其中NACE是目前世界上最大的防腐蝕技術專業組織，主要由其技術協調委員會（TCC）負責標準的制修訂工作。NACE標準共分三大類，分別是：（1）作業標準［SP（RP），standard practice］；（2）檢測方法標準（TM，test method）；（3）材料要求（MR，material requirement）。而ASTM（美國材料與試驗協會）主要是制定材料、產品、系統和服務等領域的特性以及性能標準、試驗方法和程序標準[4]。

目前國內尚未頒發Offshore專業防腐蝕涂裝國家標準或中海油行業標準，而直接采用的海洋行業通用國際標準主要有：

（1）ISO 12944《防護涂料體系對鋼結構的腐蝕防護》。這是一部在國際防腐蝕界通行的、權威的防護涂料與涂裝技術指導性標準，共分八個部分：總則，環境分類，設計上的考慮，表面類型與表面處理，保護漆體系，試驗方法，涂漆工藝，新工作和維護工作規范的制定[5]。

（2）NORSOK M-501《表面處理和保護涂料》。該標準為挪威石油工業標準，對海洋相關設備、設施等在建造和組裝過程中，對用于保護涂層的涂料選擇、表面處理、涂裝系統、涂裝系統檢驗、涂裝施工、涂裝檢驗、人員資格以及金屬噴涂等，均作出了具體規定與要求。該標準在海洋領域被廣為推崇與采用[6]。

（3）ISO 20340《近海及相關結構防護涂層體系的性能要求》。

（4）NACE SP0108《防護涂層對近海結構的腐蝕控制》。在國際上通用的海洋工程涂層設計標準是NACE SP0108，它涵蓋了海上構筑物保護涂層、檢驗及涂覆施工等各個方面。該標準從NACE RP0176《海上固定式鋼質石油生產平臺的腐蝕控制》中獨立出來，內容更加豐富和全面，基本涵蓋了海上構筑物防腐蝕涂層的各個方面，反映了目前國際上的發展水平，對海洋石油開發生產設施防腐涂層的設計有很好的指導作用。目前中海油的項目詳設中仍一直引用著該標準[1]。

（5）SSPC制定的系列標準。

在各個國家和國際組織已制定的標準中，海洋工程設計中應用較多的標準有NACE的 5個標準，為涂料和涂層標準；ISO的 5個標準，為性能試驗方法標準；SSPC的 8個標準，為性能試驗方法標準；ASTM 的3個標準，為涂料施工工藝標準[2]。這些標準在海洋工程中進行應用，在設計階段可以就不同的腐蝕環境（海洋大氣區、飛濺區、潮汐區、全浸區和海泥區）以及根據項目的使用年限設計不同的防腐蝕系統；在施工階段應該嚴格按標準進行施工、檢驗。而涂裝檢驗又是保證涂裝質量，防止涂層過早失效的最終環節，也是非常重要的環節，必須由具有專業資質的檢驗人員來實施。

海洋工程鋼結構使用環境惡劣，對防腐蝕要求很高，通常海洋工程鋼結構和國際標準都要求實施涂層檢驗的人員必須受過NACE、SSPC、FROSIO（挪威涂裝檢查專家專業委員會）涂層檢驗的相關培訓并取得相應職業資質，需要達到相應的級別才能進行此項工作。市場競爭歸根到底是人才的競爭和管理水平的競爭，我國海洋工程建造企業的防腐蝕涂裝部門與國外同類企業相比較，最薄弱的環節就在于此。目前從事涂料涂裝技術工作的人員多數是從化工、機械或焊接專業轉換過來的，由于專業設置原因，專業從事金屬腐蝕防護的人員很少，因此知其然者多，知其所以然者少，缺乏既能夠進行涂料防腐研究又精通涂裝施工技術這樣知識結構全面的工程研究人員。國內培養金屬防腐蝕專業人才的院校屈指可數，不能滿足當前海洋工程行業需求。同時，涂裝施工人員為涂裝工藝的最終實施者，其技術素質的高低將直接影響到涂裝質量，甚至涂膜的防腐性能。目前在一線進行涂裝施工的人員有些是未經專業培訓的工人，專業知識欠缺，因此培養合格的涂裝工人尤其是噴砂、噴涂操作工，也是涂裝行業急待解決的問題。

我國近幾年也有一部分培訓機構引進了國外相關培訓教材，按照國外標準進行系統地培訓，培養專職涂裝檢驗人員、涂裝管理人員以及涂裝施工人員，在海洋工程鋼結構防腐蝕涂裝項目中實施涂裝檢驗資格、涂裝施工資格的認證制度，大大提高了國內涂裝檢驗水平以及海洋工程的涂裝質量。可見人才資源才是“第一資源”，實現標準化防腐蝕事業的可持續發展，必須有一支既懂防腐蝕技術又懂防腐蝕標準的人才隊伍作為保證，大力加強標準化知識的普及和宣傳工作，提高標準化意識；充分利用各種渠道進行標準化知識的宣傳，增進防腐蝕工程相關人員對標準化事業的了解，提高各個部門的管理人員、技術人員以及施工人員的標準化意識，同時對管理人員、技術人員和施工人員進行專門的標準化培訓工作，提高相關的管理人員、技術人員和施工人員的標準化素質，進而達到提高防腐蝕工程的質量，延緩材料的腐蝕，避免或減少后期服役的維修、維護費用和因維修造成的經濟損失，減少重大惡性事故的發生，充分發揮防腐蝕在環保、節能、民生、財產、安全等方面的作用，適應國內、國際市場的規范需求，開拓我國防腐蝕標準化工作的新局面。

5 結語

通過技術標準提供的統一平臺，能使科學技術快速地過渡到生產領域，向現實的生產力轉化，從而產生應有的效益。技術標準的應用與科技進步有著十分密切的關系，兩者相輔相成、互相促進。技術標準是科技成果轉化為生產力的重要“橋梁”，先進的科技成果可以通過標準化手段，轉化為生產力，推動行業的進步[7]。

可見標準的水平標志著產品質量水平，沒有高水平的標準，就沒有高質量的產品。當前，由于能源日趨緊張，世界各國都加快了海上油氣設施的開采進程，海上平臺建設進入了一個高潮期。海上平臺及相關結構由于具有腐蝕環境惡劣和要求防護期長等特點，受到各方的高度重視。一個完整有效的防腐蝕工程，包含了設計、選材、制造、施工、檢測評定、使用、維護等多個要素的全過程系統控制。單從個別要素孤立地加以控制，并不能保證達到最佳防腐蝕效果。而需要系統、整體考慮，在保證各要素達到要求的同時，以系統最優化為目的，還要考慮各要素間的協調統一，形成環環相扣的系統工程。在海洋工程鋼結構防腐施工的過程中嚴格地遵循技術標準進行設計、施工、檢查和驗收，能夠達到很好的防腐效果，防止涂層的過早失效，減少維護的費用，穩定和提高產品、工程和服務的質量，促進企業走質量效益型發展道路，增強企業素質，提高企業競爭力；保護人體健康，保障人身和財產安全，保護人類生態環境，合理利用資源。

[1]NACE SP0108-2008 Standard Practice—Corrosion Control of Offshore Structures by Protective Coatings

[2]孟飛. 南海油氣工程防腐要求及相關標準探討[J]. 現代涂料與涂裝，2014，17（8）：29-31.

[3]T N Nguyen. A mathematical model for the catholic blistering of organic coatings on steel immersed in electrolytes [J]. Journal of Coatings Technology，1991，63（794）：49.

[4]王昊，李濟克，高揚，等. 防腐蝕標準化工作探究[J]. 全面腐蝕控制，2014，28（11）：33-36.

[5]ISO 12944 Paints and varnishes—Corrosion protection of steel structures by protective paint systems

[6]Norsok standard M-501-2004 Surface preparation and protective coating

[7]萬方. 全國防腐蝕標準化技術委員會工作情況[J]. 全面腐蝕控制，2013，27（6）：66-67.

Application of International Anti-corrosive Standards in the Field of Ocean Engineering

Wei Jingqiong ( Zhongshan Institute of Standardization)

There are various environmental factors infl uenced by the harsh ocean environment, so we are particularly concerned about the safety of the operation of the structure of ocean engineering. Corrosion is one of the most important factors for the safety accident of submarine pipeline. Therefore, it has a profound and far reaching signifi cance for the evaluation of the safety and reliability of the corrosion of steel structures. Early-built jackets and platforms have failed to do the anticorrosion coating on the basis of the standards. Parts of the structure have to be recoated or replaced due to the premature invalid of the coating during the operation of the platform, which is no doubting a big-cost project. People pay more attention to anti-corrosion with the development of exploitation and transportation of the offshore oil and gas. Meanwhile, the corresponding international anti-corrosive standards are also strictly executed in the process of the design, production, maintenance and evaluation such as ISO 12944. NACE SP0108 and NORSOK satellite M-501 etc.

Ocean Engineering, anti-corrosive, standard