大連港石化鋼樁復層礦脂包覆防腐（PTC）工程分析

＊蔣全通 翟曉凡 翁德洋 白天舒 楊萍 侯保榮*

（1.國家海洋腐蝕防護工程技術研究中心 中國科學院海洋研究所 山東 266071 2.三亞中科海洋研究院 中國科學院南海海洋研究所 海南 572024 3.青島迪恩特新材料科技有限公司 山東 266111 4.大連港石化有限公司 遼寧 116610）

1.浪花飛濺區鋼樁腐蝕狀況

海洋環境是較為苛刻的自然腐蝕環境。高溫、高濕、高鹽的海洋環境，會造成重大基礎設施材料和裝備的腐蝕，會造成海上構筑物倒塌、港口碼頭破壞、國防裝備失效等嚴重事故，極大影響海洋工程裝備的服役安全。現階段，我國海洋工程鋼結構設施的防腐，在大氣區通常采用重防腐涂料，全浸區主要采用電化學陰極保護。而浪花飛濺區由于受海水周期性潤濕，長期處于干濕交替狀態，而且氧供應充分，加上陽光、風吹和海水環境的協同作用，腐蝕最為嚴重。目前應用于浪花飛濺區的常規防腐蝕技術，普遍存在防護時間短、修復困難等缺點，導致處于該環境下的重大設施面臨巨大的腐蝕失效風險。

大連北良港于2002年正式建成并對外開放，是迄今世界上最為先進、規模最為龐大、功能最齊全的現代化散糧進出口港之一。北良港碼頭樁柱原為重防腐涂料防護，部分樁柱存在明顯修補痕跡，整體碼頭樁柱腐蝕情況嚴重，目測銹蝕等級可達D級別，部分位置鋼材銹蝕達5mm以上。其中以浪花飛濺區的腐蝕最嚴重，出現大面積剝落腐蝕。潮差區有嚴重的海生物附著，主要種類是貽貝。由于腐蝕嚴重，碼頭樁柱質量受到嚴重影響，產生安全隱患。部分樁柱腐蝕嚴重斷裂，引起了北良港相關部門的重視。

圖1 大連北良港碼頭鋼樁腐蝕現狀

大連港石化有限公司2018年8月開始至今，采用中國科學院海洋研究所國家海洋腐蝕防護工程技術研究中心研發的新型礦脂包覆防腐蝕技術（PTC）進行修復防護，先后對439根鋼樁，總計11261.52m2的浪花飛濺區面積進行了防護，取得了非常良好的防護效果。新型礦脂包覆防腐蝕技術（PTC）為大連港石化有限公司安全運營，提供了強有力的保障，具有顯著的經濟和社會效益。

2.復層礦脂包覆防腐技術（PTC）介紹

浪花飛濺區是海洋腐蝕的“短板”問題，大部分措施并不能提供有效保護。目前，針對于海洋浪花飛濺區的防護技術主要有：涂料：價格便宜，施工方便，但防護壽命短，效果差，且對已建設施修復困難。耐海水鋼：可有效提高浪花飛濺區的耐蝕能力，但價格昂貴。不銹鋼包覆：優點是防護效果好，預計達到100年防護壽命，但成本太高，每平米費用高達1.5～2.0萬人民幣，盡管現在日本已經應用，但我國市場望塵莫及。單純玻璃鋼包覆：采用玻璃鋼外殼直接保護，價格便宜，但防腐蝕效果差，一旦進水發生縫隙腐蝕，更為嚴重。

針對海洋浪花飛濺區防控難題，中國科學院海洋研究所國家海洋腐蝕防護工程技術研究中心，在“十一五”“十二五”國家科技支撐計劃、國家海洋局公益性項目等項目的大力支持下，歷經多年攻關，試驗上百種配方，成功研發出了由礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層、防蝕保護罩組成的復層礦脂包覆防腐技術（PTC）。礦脂防蝕膏、防蝕帶是PTC技術核心部分，含有高效的緩蝕成分，能夠有效阻止腐蝕性介質的侵蝕，并可帶銹帶水施工。密封緩沖層和防蝕保護罩具有良好整體性能，不但能夠隔絕海水，還能夠抵御機械損傷對鋼結構的破壞。

圖2 復層礦脂包覆防腐蝕技術（PTC）結構圖

PTC防腐技術強度高、耐沖擊、防護時間長、施工工藝靈活，解決了現有浪花飛濺區防腐蝕技術表面處理要求高、防護時效短、修復施工困難等問題，具有“綠色環保、阻燃耐高溫抗冰、可帶銹帶水施工、長效防護30年以上”等優點。復層礦脂包覆防腐蝕技術（PTC）優勢主要包括：

（1）表面處理要求低—銹轉化劑把銹層轉化成穩定化合物，形成保護性的封閉層；

（2）可帶水進行施工—防銹劑中大分子置換金屬表面水分，吸附和捕集腐蝕物質；

（3）緩蝕效果非常好—含有緩蝕劑、復合稠化劑，強力粘附鋼鐵表面，長效保護；

（4）采用密封緩沖層—防蝕罩內表面的密封緩沖層能減輕鋼結構受到的沖擊和破壞；

（5）抗沖擊性能優良—防蝕保護罩強度大，可承受船舶和流冰的劇烈碰撞和沖擊；

（6）防止海生物污損—防蝕表面光滑，可阻止海生物附著，防止海洋生物的污損；

（7）包覆體系重量輕—PTC包覆防腐體系的重量輕，不影響整體結構的承載能力；

（8）綠色環保無污染—復層礦脂包覆系列產品均無溶劑、無有毒添加劑綠色環保。

3.北良港鋼樁PTC防腐工程施工分析

根據施工現場條件和施工位置，使用施工作業船搭建腳手架。一組半圓形抱箍利用高強度緊固件連接，踏板搭設在抱箍支撐上，利用鐵絲綁緊。注意作業平臺腳手架安裝必須牢固，便于施工操作，必須保證施工人員的安全。如圖3。

圖3 搭建作業平臺

北良港碼頭鋼樁表面形成的銹層，附著大量的海洋生物和腐蝕產物。為保證礦脂防蝕膏可以與鋼樁表面充分結合，以達到最佳保護效果，必須進行鋼樁表面處理。但表面處理要求比較簡單，無明顯鼓泡和浮銹即可。在進行大面積表面處理時，可以采用噴砂除銹，使鋼結構表面光潔度達到要求，如圖4。

圖4 鋼樁表面處理

防蝕膏含有優良緩蝕劑，能有效隔絕氧氣。可直接用手或刮板進行涂抹，綠色環保無污染。根據表面腐蝕嚴重程度，在處理好的鋼樁表面均勻涂抹防蝕膏，按照300～500g/m2的使用量涂抹。每次自礦脂防蝕膏袋中擠出20～30g礦脂防蝕膏在手掌中間或其它工具上，在鋼樁表面來回涂抹2～3次，使防蝕膏在鋼結構表面均勻分布。對于鋼樁的光滑表面用量約300g/m2，銹蝕特別嚴重處用量約400～500g/m2。鋼樁表面的坑凹和縫隙處應用礦脂防蝕膏填滿抹平，使礦物油脂在鋼樁表面成一層均勻分布的完整保護膜。防蝕膏可帶水涂抹作業，在海水潮差區位置涂礦脂防蝕膏時，應自上而下涂抹好防蝕膏。同時，盡量選在低潮時進行，以減少水中作業量，降低人工成本，如圖5。

圖5 涂抹防蝕膏

礦脂防蝕帶同樣含有優良緩蝕劑，能有效隔絕氧氣，極大地降低腐蝕發生的可能。礦脂防蝕膏涂抹完畢后，接著在表面螺旋狀纏繞礦脂防蝕帶，要求纏繞礦脂防蝕帶有50%的疊加量。保證鋼樁表面至少2層防蝕帶覆蓋，壓緊碾平，隔絕空氣，必要時可以纏3層以上，如圖6。

帶水作業時，涂抹好防蝕膏后應立即自下而上纏繞防蝕帶至無水區。纏繞時，應用手拉緊、鋪平防蝕帶，保證被纏繞處無氣泡出現。

在水中纏繞的防蝕帶若因海況和其它原因不能立即安裝玻璃鋼護罩時，應用外束縛方式將防蝕帶固定，以防止海浪和海流沖擊脫落。

防蝕防護罩材質為高強度玻璃鋼，能夠使防蝕帶免于遭受船只或冰層的撞擊，同時有效阻隔水汽和鹽霧。具體施工步驟為將密封緩沖層黏貼在預制好的防蝕保護罩內側，然后現場安裝在鋼結構物上，用耐海水不銹鋼螺栓緊固。對于鋼樁結構的直管、橫管或交叉管等結構，安裝預制玻璃鋼防蝕保護罩時，在玻璃鋼防蝕保護罩對接處要安裝同材質的厚度為1～2mm的密封防滲擋板，主要作用使預制玻璃鋼防蝕保護罩形成一個完成的保護罩，防止外部海水自兩片預制玻璃鋼防蝕保護罩的連接縫隙處滲入，如圖7。

圖7 安裝保護罩

將螺栓插入玻璃鋼護套法蘭密封邊上的所有螺孔，擰上螺帽固定。然后依次擰緊所有部位的螺栓，緊固時應注意使玻璃鋼護套的密封受力均勻，以防止因局部應力過大造成玻璃鋼護套的變形和法蘭密封邊破裂。

用特制的水下固化環氧樹脂，將防護罩兩端與鋼樁結合處密封，使復層礦脂包覆層與被保護鋼樁構成一個密封的整體，飛濺的海水和雨水不會滲入包覆層內，進一步杜絕了腐蝕發生的基本條件，使該部位鋼樁得到最大可能的保護。環氧樹脂填完后外延部分應保持坡面，以利于濺上的海水和雨水的滑落，避免積水，如圖8。

圖8 端部密封處理

目前，現役海洋工程鋼結構設施及裝備最常見的防護技術主要包括：重防腐涂層、環氧粉末涂層、熱噴涂金屬等，涂層防腐首次防腐年限較長，可達4～6年，然而一旦發生腐蝕，每2～3年就需大修一次。如果按照30年全壽命周期計算，各種防腐技術的詳細特點、參數及使用成本對比如表1。

表1 碼頭鋼管樁PTC包覆技術與傳統涂層防腐技術的全壽命周期對比

綜上所述，盡管PTC技術在初期投入要高于傳統涂層防腐技術，然而其后期維護費用很低。在30年全壽命周期中，其全部成本僅為傳統涂層防腐技術的一半以下。因此，PTC防腐技術是當之無愧的浪花飛濺區最佳防護手段。

4.結論

（1）北良港碼頭樁柱原為重防腐涂料防護，部分樁柱存在明顯修補痕跡，整體碼頭樁柱腐蝕情況嚴重，目測銹蝕等級可達D級別，部分位置鋼材銹蝕達5mm以上。其中以浪花飛濺區的腐蝕最嚴重，出現大面積剝落腐蝕。潮差區有嚴重的海生物附著，主要種類是貽貝。由于腐蝕嚴重，碼頭樁柱質量受到嚴重影響，產生安全隱患。部分樁柱被貨船撞斷后，引起北良港有關部門的高度重視。

（2）復層礦脂包覆防腐技術（PTC）適用于低潮線下0.5m與高潮線上2.5m的浪花飛濺區和潮差區，可以提供長效保護，具有“綠色環保、阻燃耐高溫抗冰、可帶銹帶水施工、長效防護30年以上”的優點，是最佳的浪花飛濺區防護技術。