引言

中國是海陸兼?zhèn)涞拇髧?，對海洋的探索從未停止過，從最初的魚鹽之利，到初步的海權(quán)思想，再到近年來國家提出的發(fā)展海洋經(jīng)濟、創(chuàng)新海洋科技、保護海洋環(huán)境、建設(shè)海洋生態(tài)文明等一系列思路，對海洋的開發(fā)已經(jīng)進入一個由淺入深的階段。

海洋油氣資源儼然是沿海開發(fā)的關(guān)鍵，沿海省市把海洋經(jīng)濟建設(shè)作為海洋經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略方向。其中，不僅有鉆井平臺，儲運設(shè)施，石油和天然氣管道，而且近年來還開發(fā)了石油加工船，即移動石化廠。我們通常定義水深0~300 m為淺水區(qū)、300~1 500 m為深水區(qū)、1 500~3 000 m為超深水區(qū)。海工設(shè)備的建造成本按照水深程度和離岸距離等情況不同而變動幅度巨大，維修、折舊和運營成本比陸地高得多，對防腐技術(shù)要求更高、更復雜，因為任何因涂料防腐性能引起的停產(chǎn)、停工都將帶來巨大的經(jīng)濟損失。

除了海洋油氣開發(fā)工程，近年來隨著全球?qū)Φ吞记鍧嵞茉吹年P(guān)注，各國均將目光投向了風力資源巨大的海上風力發(fā)電行業(yè)。我國有較長的海岸線，豐富的天然風能資源，雖然風電行業(yè)在海上的發(fā)展起步較晚，但海風資源以其穩(wěn)定性和發(fā)電功率大的特點，發(fā)展日益迅速。近幾年來，我國也在上海、廣東等地沿海建成了多處海上風力發(fā)電廠。與海上石油平臺一樣，海上風力發(fā)電設(shè)施也受到海風、鹽霧、日曬、潮汐等因素的影響，防腐形勢十分嚴峻。

海工防腐涂裝特點及要求

海工項目設(shè)施所處環(huán)境惡劣，所需防腐蝕技術(shù)相對復雜，需要按不同的防腐要求進行分解，從而有針對性地進行。其中防腐的難點在于海面以上的部位，主要受鹽霧、海氣和波浪飛濺的腐蝕，其通常是指涉及高水位向上1.5 m到低水位向下1 m之間的區(qū)域，在這個區(qū)域腐蝕速率高，是大氣區(qū)和全浸沒區(qū)的數(shù)倍，最大腐蝕區(qū)在平均海水高潮位以上0.5 m左右。

造成嚴重腐蝕的原因主要有3個：

（1）大氣因素：日照輻射，干濕交替；（2）海水因素：溫度變化，且海水富含氯離子；（3）潮汐因素：不間斷的海水沖刷。

同時，這個區(qū)域的施工環(huán)境惡劣，維修難度高，對涂層技術(shù)性能、施工性能要求極高，通常要滿足以下幾個要求：

（1）能帶濕、帶銹涂裝，能在低表面處理的底材上有良好的附著力；（2）能在水下施工，水下固化；（3）固化時間短；（4）施工方式可選擇噴涂或刮涂等；（5）能有長效的防腐能力；（6）機械性能優(yōu)異。

海工防腐相關(guān)標準

目前，就固定式平臺、自升式平臺、輔助設(shè)施及鉆井船等簡單海工設(shè)施，國內(nèi)設(shè)計院已具備自主設(shè)計能力。FPSO、FLNG、大型半潛平臺等未來將大力發(fā)展的中大型海工設(shè)施，國內(nèi)設(shè)計院尚無法自主設(shè)計，F(xiàn)EED設(shè)計階段通常由國外設(shè)計公司負責，詳細設(shè)計階段再由國內(nèi)設(shè)計院如708所，海工設(shè)計部等負責，所以海工項目的涂裝配套設(shè)計非常復雜。

在海工項目建設(shè)中，國內(nèi)石油石化設(shè)計院所設(shè)計的配套多參考石油石化標準，面對國內(nèi)業(yè)主參考的標準主要有：

（1）SY/T 4091-2018 灘海石油工程外防腐技術(shù)規(guī)范；（2）SY/T 6930-2012 海上構(gòu)筑物的保護涂層腐蝕控制；（3） GB/T 30790-2014 色漆和清漆 防護涂料體系對鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護。

國外海工設(shè)計院所設(shè)計的配套通常會船用標準和海工標準并用，通常包括ISO12944、ISO 20340、NORSOK M501、NACE SP0108等幾個標準。

海上風電行業(yè)，目前主要的設(shè)計院包括華東勘察設(shè)計研究院，廣東電力設(shè)計院，上海勘察設(shè)計研究院等，也基本都會參考Norsok和ISO 20340標準推薦的涂層配套系統(tǒng)。

ISO 20340-2009（GB/T 31415）PERFORMANCE REQUIREMENTS FOR PROTECTIVE PAINT SYSTEMS FOR OFFSHORE AND RELATED STRUCTURES海洋工程及相關(guān)結(jié)構(gòu)保護涂層系統(tǒng)的性能要求。其針對海洋工程腐蝕環(huán)境，規(guī)定了海上建筑及相關(guān)結(jié)構(gòu)（即那些暴露于海洋大氣和浸于咸水或微咸水中的結(jié)構(gòu)）所用防護涂料體系的性能要求，本標準也適用于其他采用符合本標準的涂料或防護涂料體系的建筑結(jié)構(gòu)，定義了3種涂料性能測試方法：循環(huán)老化試驗、海水浸泡試驗和耐陰極剝離試驗。

ISO 12944-2017（GB/T 30790）Paints and varnishes - Corrosion protection of steel structures by protective paint systems色漆和清漆 防護涂料體系對鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護。標準明確定義了各種腐蝕條件和環(huán)境類型，針對采用涂料體系和涂覆層來保護。其內(nèi)容宗旨是為了獲得適當?shù)?、成功的鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕保護效果。ISO20340-2009修訂后編入最新版ISO12944-2014第9部分，根據(jù)暴露的環(huán)境可以在標準中合并C5-I 和C5-M，重新定義了離岸（CX）和浸沒（IM4）兩個區(qū)域，另外還有兩個綜合處于離岸（CX）和浸沒（IM4）之間的區(qū)域，就是浪濺區(qū)和潮汐區(qū)，并給出了一套資格認證試驗規(guī)范。

NORSOK M501-2012 SURFACE PREPARATION AND PROTECTIVE COATING海洋工程的表面處理和涂裝。NORSOK標準由挪威石油工業(yè)制訂，以確保其石油工業(yè)的發(fā)展和運行足夠安全、增值（附加價值）和資金的有效利用。該標準盡可能廣泛地代替石油公司的技術(shù)規(guī)格書并可作為官方規(guī)章之用。針對固定式或系泊式海上平臺在建造和安裝過程中所采用的防護涂層，就涂層材料的選擇、表面處理、施工工藝、涂層檢查提出了要求。

標準涵蓋了油漆、金屬涂層和鋼結(jié)構(gòu)防火涂層，測試方法采用了ISO 20340的方法。其中對于海工項目最重要的3個系統(tǒng)為：

（1） 適用于大氣區(qū)域外表面防腐；（2） 7A適用于浪濺區(qū)和潮差區(qū)防腐；（3） 7B適用于水下區(qū)防腐。

其全部需要經(jīng)過第三方測試機構(gòu)的預認證。分別采用ISO20340定義的3種涂料性能測試方法：循環(huán)老化試驗、海水浸泡試驗和耐陰極剝離試驗進行實驗，實驗完畢后還需要按照要求對涂層狀況、附著力、劃痕處銹蝕寬度等數(shù)據(jù)進行考察，是目前涂料界較為嚴苛的涂層測試要求。

NACE SP0108-2008 （SY/T6930）CORROSION CONTROL OF OFFSHORE STRUCTURES BY PROTECTIVE COATINGS用涂料保護的方法控制海洋鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。該標準中對飛濺區(qū)的涂料性能給出了驗收標準，推薦環(huán)氧玻璃鱗片涂料配套，其性能必須滿足：

 （1）抗腐蝕蔓延，耐濕熱循環(huán)：<3.5mm （不含鋅粉底漆涂層系統(tǒng)）；（2）邊緣成膜性良好；（3）耐熱，無開裂；（4）良好的柔韌性，沖擊強度> 5.6J（50in·1b）；（5）耐陰極剝離：<7.0mm。

另外，常引用的一些海工防腐的評價標準還有：

（1）NACE TM0104-2004 海上平臺結(jié)構(gòu)壓載水艙涂層體系評估；（2）NACE TM0204-2004 海水浸沒（構(gòu)件）外部防護涂層；（3）NACE TM0304-2004 海上平臺結(jié)構(gòu)大氣區(qū)和飛濺區(qū)涂層體系評估；（4）NACE TM0404-2004 海上平臺結(jié)構(gòu)大氣區(qū)和飛濺區(qū)涂層體系評估。

高性能環(huán)氧涂料：海工防腐的解決方案

防腐涂料在保障海工裝備的長期正常工作中尤為重要。突破研發(fā)技術(shù)和高成本瓶頸是海上工程設(shè)備防腐蝕新技術(shù)的當務之急。前面標準推薦的涂料系統(tǒng)，比如Norsok和ISO20340中所推薦的環(huán)氧、聚氨酯涂層體系，NACE SP0108中的環(huán)氧玻璃鱗片涂料在實際應用中有廣泛的案例。

但傳統(tǒng)的涂層體系有其局限性比如干燥慢、不能厚涂、低溫、潮氣下的副反應較多，無法水下固化及水下施工，抗開裂性能差，尤其在高低溫循環(huán)的情況下更為嚴重。這些性能的缺失在海工防腐項目中帶來的問題也不少見，急需一種高性能的產(chǎn)品來適用更廣泛的環(huán)境。

同時，海上鉆井平臺的第一個建造高峰期是在20世紀70年代中期和80年代初，這批海上平臺的役齡基本上都超過了30a，鑒于其使用年限通常為20~30a，未來幾年更新?lián)Q代的需求比較大，將進入一個高峰期。另一方面，在役的平臺中有相當部分需要局部維修。據(jù)統(tǒng)計，中海油需要翻新的平臺就有50座以上，目前正以每年10座的速度進行維修。在如此惡劣的環(huán)境中進行有效維修是個難題。

維修過程中需要克服幾個難點：

（1）能夠在水下固化，局部區(qū)域甚至需要水下施工；（2）潮汐浪濺區(qū)域施工窗口時間短；（3）基材表面地表潮濕，能單道厚涂，減少施工周期。

為了應對這些要求，在設(shè)計涂料配方時，不僅要考慮涂層的防腐性能，還要兼顧其施工性能。

高性能環(huán)氧涂料的面世很好地解決了這些問題。海工防腐與船舶防腐一樣，都屬于海洋性腐蝕環(huán)境下防護。早期的海工防腐，都沿用了船舶防腐產(chǎn)品。尤其是船舶涂料中的壓載艙漆，包括現(xiàn)代船舶制造業(yè)中廣泛應用的通用底漆（universal primer）具有優(yōu)異防腐性能，在海工防腐中得到了廣泛的應用。Norsok M501第五版中系統(tǒng)7（水下和浪濺區(qū)的防腐配套）也根據(jù)船舶的壓載艙和船底防腐的經(jīng)驗推薦了配套方案。

對于海工飛濺區(qū)的防護，防腐專家們借鑒冰區(qū)航行船舶的成功經(jīng)驗，將超強耐磨環(huán)氧、環(huán)氧玻璃鱗片涂料應用于飛濺區(qū)，取得了較好的效果。但由于維護/維修便利性的影響，海工防腐的要求要遠遠高于船舶防腐。所以一般的船舶涂料的防腐性能和施工性能還是不能達到前面提到的那些要求。自20世紀90年代開始，國際上的涂料公司開始陸續(xù)推出專門應用于海工防腐的高性能環(huán)氧涂料。

高性能環(huán)氧涂料配方采用了環(huán)氧互穿網(wǎng)絡增強技術(shù)，樹脂采用小相對分子質(zhì)量環(huán)氧降低其體系黏度，同時配以特種胺固化劑增加漆膜的交聯(lián)密度，增加了其耐水、耐化學品性能。使用剛玉、玻璃鱗片等功能性填料，使其能夠得到優(yōu)異的物理性能和抗開裂性能，最大限度地保護運輸、工作過程中的破壞，減少安裝現(xiàn)場修補工作量。加入特種助劑，可以增加漆膜早期耐水性，防止漆膜施工后受到浪濺和海浪的侵襲。

通常高性能環(huán)氧涂料產(chǎn)品應具有如下特性：

（1）噴涂后30 min浸泡海水不影響防腐和附著性能，甚至可以水下施工 ；（2）快干性能優(yōu)異；（3）附著力均在10MPa以上；（4）體積固體含量＞80%，甚至可以達到98%~100%，能滿足單道厚涂要求；（5）推薦單道涂層噴涂干膜 200~1 000 ?m，大大縮短了施工周期。

施工時可選擇多種噴涂模式，解決適用期問題，通過調(diào)節(jié)電子配比自動控制系統(tǒng)在線混合，施工效率高，一道施工干膜厚能達到600~2 500 ?m，常溫干燥6 h，冬季隔夜即可搬運，快速的固化使得施工后能快速抵抗潮汐或海浪的侵襲。

高性能環(huán)氧涂料在海工行業(yè)的應用前景

近年來，隨著我國對環(huán)保問題的日益重視，制定了很多嚴格的VOC管控措施及環(huán)保法規(guī)，我國也開始向著綠色、環(huán)保涂料的方向發(fā)展。2015年2月1日起，國家開始對涂料企業(yè)征收4%的涂料消費稅，但對施工狀態(tài)下VOC含量≤420 g/L的涂料，可免征消費稅。GB/T 35602-2017《綠色產(chǎn)品評價涂料》，《低揮發(fā)性有機化合物含量涂料產(chǎn)品技術(shù)要求》等標準與規(guī)范也在編制實施。

隨即，無溶劑厚膜環(huán)氧涂料推出，不僅符合、通過多地區(qū)不同標準（AS/NZS 3750.2, CFE, NORSOK system 7B）的要求，其突出的性能遠超世界范圍各公認標準要求。由于其獨特的施工特性，滿足水下修補、水下固化的要求，同時綠色環(huán)保，幾乎無溶劑排放，減少了VOC。目前高性能環(huán)氧涂料已得到業(yè)內(nèi)廣泛認可，隨著我國海工的蓬勃發(fā)展，更環(huán)保的高性能環(huán)氧涂料必將得到更為廣泛的應用。

中國的海洋發(fā)展尚處于起步階段，現(xiàn)在我國正在加速推進海洋油氣的勘探和開發(fā)工作，因此迫切需要發(fā)展海工裝備的制造，其防腐技術(shù)的發(fā)展也是工作的重心。不僅僅是油氣項目，海上風電項目近年來也蓬勃發(fā)展，我國東部沿海地區(qū)，大力發(fā)展海上風電，不僅可以滿足東部用電需求，陸、海風電相結(jié)合，更會加快我國綠色發(fā)電的步伐。海上風電發(fā)展到現(xiàn)在也有近10a的歷史，現(xiàn)在逐步進入到維修期，高固含或無溶劑厚膜環(huán)氧涂料必定在海上風電維修項目中有很大的市場。高固含或無溶劑產(chǎn)品低VOC，符合低碳、綠色的理念，滿足了海洋工業(yè)長期或超長期的防腐要求，減少了設(shè)備的維護和運營成本，在海工行業(yè)的應用將是一個趨勢。