海洋浪溅区钢结构腐蚀与复层包覆防护实践
中国港湾建设
Apr.,2012Total179,No.2
ChinaHarbourEngineering海洋浪溅区钢结构腐蚀与复层包覆防护实践
侯保荣,杨小刚,贾淑香
(中国科学院海洋研究所,山东青岛266071)
摘
要:针对海洋浪溅区钢结构保护的长效防护问题,论述了复层包覆防护技术(PTC)。应用实践表明,该技术对
于浪花飞溅区部位的钢铁设施具有优异的保护效果,使用寿命最长已超过30a。大量工程的应用为该技术的优化升级和适应性提供了宝贵的借鉴,为以后相关工程的实施提供了明确的工程规范。关键词:海洋腐蚀;浪花飞溅区;钢铁;包覆;防腐蚀中图分类号:TU473.13;U657.3;TG174.23
文献标志码:A
文章编号:1003-3688(2012)02-0070-03
PracticeofCorrosionProtectionandMulti-layerCovering
TechnologyforSteelStructureinSplashZone
HOUBao-rong,YANGXiao-gang,JIAShu-xiang
(InstituteofOceanologyoftheChineseAcademyofSciences,Qingdao,Shandong266071,China)
Abstract:Basedonthelongeffectprotectionofsteelstructuresinsplashzones,themulti-layercoveringprotectiontechnology(PTC)isdiscussed.Theapplicationshowsthatthistechnologyhasgoodprotectiveresultsforsteelfacilitiesinsplashzones,andthelongestusefullifeofthemismorethan30years.Theseapplicationsprovideavaluereferencefortheoptimizationandup-gradingofPTCandprovideaclearengineeringspecificationforthefuturerelatedimplementationofrelatedproject.Keywords:marinecorrosion;splashzone;steel;covering;anti-corrosion0
引言
目前,我国在海洋油气田开发、港口建设、跨海大桥、海底隧道、船舶工程和深海勘探等领域已建和在建的大量的各种钢结构及钢筋混凝土结构设施,一旦发生灾害性腐蚀,将会导致巨大灾害性破坏和巨大经济损失。据统计,腐蚀损失约占国民生产总值的2%~4%。美国于2002年发布的该国第7次腐蚀损失调查结果表明,1999至2001年间,美国每年的直接腐蚀损失是2760亿美元,约占其GDP的3.1%。按此估算,2010年我国GDP超过40万亿人民币,腐蚀损失则将达到12000亿元人民币。其中,海洋腐蚀约占总腐蚀损失的很大比重。如果防护工作做得好,其中25%~40%的腐蚀损失是完全可以避免的。发展海洋腐蚀防护技术,特别是钢铁设施关键部位的防腐蚀技术,对于降低重大灾害性事故发生,延长海上构筑物的使用寿命具有重大意义。1
钢结构在浪溅区的腐蚀特征及腐蚀实例
在海洋环境中,海水的飞沫能够喷洒到钢结构表面,
但在海水涨潮时又不能被海水所浸没的部位一般称为浪花飞溅区[1]。在浪花飞溅区部位,材料常被饱和空气的海水的周期湿润,经常处于干湿交替状态,氧供应充分,盐分不断浓缩,含盐粒子量及海水干湿交替程度均比海洋大气区大,加上温度差异及风和海水同时作用时引起的波浪冲击等因素作用,腐蚀特别严重,一般一块厚约6mm的钢板,5a即穿孔。
钢铁材料在海洋飞溅区的腐蚀有两个特征:其一是钢铁材料在海洋飞溅区的腐蚀都有一个腐蚀最大值———腐蚀峰值;其二是钢铁材料在海洋飞溅区腐蚀生成的锈层是1a增加1层,具有“年轮”型规律,这是在有明显四季变化的海域中的特征[2]。
图1是海洋钢结构在不同腐蚀区带的腐蚀倾向示意图。可以看出,浪花飞溅区部位的腐蚀最为严重。一般情况下,钢在海洋大气中的平均腐蚀速度约为0.03~0.08mm/a;而浪花飞溅区为0.3~0.5mm/a。同一种钢,在浪花飞溅区的腐蚀速度比海水全浸区中高出3~10倍[3]。有关实验和调查结果表明,长期暴露在外海的长尺试件,浪花飞
收稿日期:2012-02-17
修回日期:2012-03-02
溅区的腐蚀速度最高可达1mm/a以上,而在低潮位以下-0.3m全浸区的腐蚀速度仅为0.1~0.2mm/a[4-7]。
图2为不同海域浪花飞溅区钢结构腐蚀状况。由图可
作者简介:侯保荣(1942—),男,山东省曹县人,中国工程院院士,
研究员,海洋腐蚀与防护专业。
2012年第2期侯保荣,等:海洋浪溅区钢结构腐蚀与复层包覆防护实践
-71-
PTC复层包覆防护技术由4层紧密相连的保护层组
腐蚀速度
未加保护海洋大气区<0.1mm/a浪花飞溅区0.3mm/a海洋潮差区0.1~0.3mm/a海水全浸区0.1~0.2mm/a
平均海泥线
海水泥土区0.03mm/a
成,即防蚀膏、防蚀带、衬里层和防蚀保护罩。剖面图见图3。
防蚀保护衬里防蚀带防蚀膏钢铁基体
深度平均高潮线平均海水线平均低潮线
图3复层包覆技术系统组成剖面图
图1海洋钢结构在不同腐蚀区带的腐蚀倾向示意图
防蚀膏和防蚀带作为防腐蚀保护材料涂抹、缠绕在钢
见,钢结构设施在浪花飞溅区部位的腐蚀十分严重,以黄海海域为例,该码头钢管桩运营4a后,经腐蚀检测,部分钢管桩在浪花飞溅区和潮差区部位出现了大面积的涂层脱落和海生物附着,局部保护层下腐蚀严重,形成了大量腐蚀坑,最大腐蚀坑深度达4mm以上,平均每年腐蚀深度达1mm以上,一旦在这个区域发生严重的局部腐蚀破坏,会使整座钢结构设施大大降低承载力,缩短使用寿命,影响安全生产,甚至导致设施提前报废。
铁基体表面上;衬里层和防蚀保护罩作为外防护层包覆在钢铁设施外表面。其中防蚀膏和防蚀带添加有抗腐蚀材料,具有优良的保护性、黏附性、与水和空气隔绝性,并且长期不会变质,它们强有力地黏附在钢铁设施表面达到长效的防腐蚀效果。另外,用一个坚硬的保护罩保护防蚀带,可以达到更好的保护效果。
在国内,从2005年至今,PTC技术已分别在渤海采油平台和黄海、东海及南海的港口码头等(见图4)钢结构设施上得到了广泛的应用。
)渤海海域(a(b)黄海海域
(a)黄海某港口码头
(c)东海海域(d)南海海域
图2不同海域钢结构腐蚀状况
2
浪花飞溅区复层包覆防护技术
日本、英国、荷兰、美国等沿海工业化国家,都十分重视浪花飞溅区的腐蚀防护工作。国外从50年代开始研究适用于浪花飞溅区的保护,已研制成功一些防护新材料,在施工技术上也积累了较丰富的经验。
针对目前浪花飞溅区腐蚀最严重这一现状,中国科学院海洋研究所与国外有关单位合作,联合研究开发了适合码头、海洋桥梁、海洋石油平台等钢铁设施浪花飞溅区的新型复层包覆防护(PTC)技术[6]。
(b)南海某港口码头
图4钢桩包覆后形貌
-72-33.13.1.1
PTC包覆技术应用实践施工前准备确定施工范围
中国港湾建设2012年第2期
应涂抹一层防蚀膏,使防蚀膏在钢结构表面均匀分布为完整的一层保护膜。3.4
缠绕防蚀带
钢构筑物涂抹防蚀膏后立即缠绕防蚀带,以免防蚀膏被海水冲刷掉。对于垂直构筑物采用由下至上的方式进行缠绕。由桩底部向上螺旋状包裹,至桩顶部时,用防蚀带完整的缠绕一圈。缠时稍用力将防蚀带拉紧铺平,将里面的空气压出。包裹时保持有50%以上的防蚀带重叠;每卷防蚀带交接处的头尾重叠要求有150mm的宽度。在黄海某码头进行了现场试验,在玻璃钢防蚀罩脱落后膏和带不会被海水冲刷掉,结果表明由下至上缠绕的合理性。3.5
安装防蚀保护罩
对于规则钢结构,防护罩提前制作好,在包裹防蚀带后,即可安装防护罩,防护罩由底向上安装。在安装防护罩时,要对准螺丝洞口的位置,经检查位置正确后,上紧螺丝。为了防止防蚀保护罩在海水不断冲刷下发生蠕变松动,螺栓要隔天用专用扳手拧紧,共紧3遍。最后两端及缝隙用水中固化环氧树脂密封,即施工完成。4
结语
PTC技术具有经济长效的防护效果,对暴露于浪花飞溅区部位的钢铁设施具有优异的保护效果,可在跨海大桥、钻井平台和港口码头等海洋设施上应用。大量工程应用不仅验证了PTC技术的可靠性,也为该技术的优化升级和提高技术的适应性提供了宝贵的借鉴。
此外,PTC技术也同样适用于各种苛刻腐蚀环境下的钢铁设施的保护,如埋地管线、管道阀门、钢结构焊缝部位和钢结构螺栓连接部位等。目前,该类技术已在日本、英国、澳大利亚等沿海国家有较为广泛应用,使用寿命最长已超过30a。参考文献:
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根据施工海域潮汐及浪花飞溅情况确定钢结构的包覆范围(一般情况由该海域平均低潮位以下0.5m向上包覆至浪溅区位置),做好标记。为防止玻璃钢护套下滑,在标记处安装支撑卡箍,起支撑防蚀保护罩的作用。支撑卡箍的安装方式视施工条件而定,常规PTC包覆中支撑卡箍采用水下焊接技术,但是很多码头装卸物资为易燃易爆化学品,所以内部严禁烟火,鉴于电焊作业的不安全性,设计采用了支撑卡箍水下螺栓紧固方案。在支撑卡箍上钻孔,并在对应孔位置提前焊上螺帽,用于固定卡箍时夹紧螺丝用。3.1.2
搭建施工平台
常规PTC包覆施工作业采用搭建脚手架,该方法施工安全系数较高,便于施工。但是对于深海作业,搭建脚手架既困难又不经济,而且还需要考虑防蚀保护罩的安装空间。常规施工中还经常使用浮筒,但浮筒需随潮汐升降,不能主动调节施工高度,并受海浪影响较大。根据具体施工条件,施工中还可以采用悬挂吊篮的方式,吊篮之间固定木板和竹排,通过手动葫芦上下移动。施工人员站在吊篮里和木板构成的工作面上施工作业,不需上下攀爬,受海浪的冲击影响较小,大大提高了安全作业系数;而且悬挂吊篮节省空间,并可移动,便于玻璃钢防蚀罩的安装。3.2
钢结构表面处理
PTC施工工艺表面处理等级要求不高,一般达到ISOSt2标准要求即可。无明显鼓泡和浮锈;潮差区等海生物附着区带应尽量除去附着的海生物,表面突出物不应有锐角,一般不高于5mm,最大不高于10mm。
表面处理一般采用手工除锈方式,用检查钳敲打鼓泡处,检测在漆膜下是否有锈层,用除锈铲刀轻铲钢管的凸起部,将浮锈和鼓泡全部除掉;用钢砂或铁砂纸刷除浮锈和氧化皮;如果表面锈层很严重,可采用喷砂除去浮锈,使钢结构表面光洁度达到要求。3.3
涂抹防蚀膏
PTC包覆技术施工不受季节影响。但是低温作业时,防蚀膏黏度增加,常规手工涂抹费时费力,涂抹不均匀,而且用料量也相应增加。所以施工前对防蚀膏和防蚀带进行预热和保温,改常规的手工涂抹为刮刀涂抹,然后再手工涂抹均匀相结合的方式。对于光滑表面约300g/m2;锈蚀特别严重处约400~500g/m。钢桩表面的坑凹和缝隙处
2
应用防蚀膏填满,有锈的地方需要抹平,突出物的表面也
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