2023-04-20
 
粤东LNG码头设备设施腐蚀评估与防腐解决方案
2023年04月20日   阅读量:662

引言

为满足广东省粤东地区(含汕头市、潮州市、揭阳市、梅州市、汕尾市)天然气发展需求,结合广东省的能源发展规划,中海石油气电集团通过进口LNG以满足粤东地区工业和城镇居民不断增长的天然气需求。粤东LNG项目一期已建成投产,包括陆域和码头部分。该接收站陆域工程包括3座16万m3LNG全容罐、19台LNG槽车装车橇和BOG回收利用装置、BOG再液化系统与其他配套设备涂料在线coatingol.com。该接收站一期项目已于2018年1月正式建成投产,目前具备年处理200万t LNG能力,每年可供应天然气约28亿m3。港口工程则建设1个靠泊长397m LNG船舶的泊位、1座1000吨级重件泊位,以及防波堤、栈桥、取排水口等配套设施。


粤东LNG接收站常年处于高温、高湿、高盐的海岸线环境,其中码头区深入海中约1.2 km,码头平台四周都是海水包围,码头平台钢结构常年处于恶劣的海洋大气暴露下,是典型的C5腐蚀环境,腐蚀情况非常严重。由于粤东地区台风相对频繁,且直临外海,强台风或季风气候影响导致海浪飞溅,盐雾带上来的盐分直接在设备上结晶成盐。粤东LNG接收站每年的腐蚀防护投入约在500万元,但防腐蚀远未达到预期效果。为了更好地保证接收站设备设施完好运行,有效改善接收站设备设施整体腐蚀防护效果,拟对粤东LNG码头区设备设施腐蚀防护进行相应评估调研,提出针对性的腐蚀管理措施。粤东LNG码头工程表面钢结构和涂层体系只有得到定期的、正确的维护和保养,才能有效地延长钢结构和涂层的使用寿命,从而延长钢结构设备设施的大修周期,以实现钢结构设备设施使用寿命的最大化。


1 粤东LNG接收站码头防腐技术标准


根据粤东LNG接收站的要求,结合防腐检测目的,本次粤东LNG接收站码头防腐项目参考了以下技术标准:


《工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识》 GB 7231——20032003;《化工设备、管道外防腐设计规定》 HG/T 20679—2014;《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》 SH/T 3022—2019;《石油化工设备管道钢结构表面色和标志规定》 SH 3043—2014;《油气田地面管线和设备涂色规范》 SY/T 0043—2020;《设备和管道涂层检修规程》 SHS 01034—2004;


《漆膜厚度测定法》 GB 1764—1979(1989);《涂装作业安全规程涂漆前处理工艺安全及其通风净化》 GB 7692—2012;《涂装作业安全规程涂漆工艺安全及通风净化》 GB 6514—2008;《钢铁件涂装前除油程度检验方法(验油试纸法)》 GB/T 13312—1991;《色漆和清漆漆膜厚度的测定》 GB/T 13452.2—2008;《钢制管道聚乙烯粘胶带防腐层技术标准》 SY/T 0414—2007;


《工业设备管道防腐蚀工程施工管理及验收规范》 HGJ 229—1991;《色漆和清漆—涂层老化的评定  一般类型缺陷的强度、数量和大小的评定》 ISO 4628-1~92003;《色漆和清漆 拉开法附着力试验》 ISO 4624—2016;《镜面光泽度的标准试验方法》 ASTM D 523—2018;《液化天然气(LNG)储罐用防腐涂料》HG/T 5060—2016;《港口机械钢结构表面防腐涂层维护保养技术规范》JT/T 1336—2020;


《港口机械钢结构表面防腐涂层技术条件》JT/T 733—2021;《色漆和清漆 拉开法附着力试验》GB/T 5210—2006;《低表面处理容忍性环氧涂料》HG/T 4564—2013;《色漆和清漆–防护漆体系对钢结构的防腐蚀保护》GB/T 30790—2014;《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》 GB/T 1766—2008;《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》JTS 153-3—2007。


2 粤东LNG码头钢结构腐蚀状况评估


2.1卸料平台整体防护效果


由于粤东LNG接收站码头每年投入一定资金开展防腐维护,因此码头最重要的卸料平台的整体防护效果基本还是令人满意的(见图1)。从远距离观察,涂层相对完整,没有出现特别显著的大规模的钢铁锈蚀状况,各区域涂层表面颜色鲜明;在码头区相对近距离观察大面积设备设施的防护外观,发现有大量的连续用氮管线和间歇用氮管线的外部采用保温处理,虽有部分腐蚀迹象,但总体防护效果良好,表明接收站总体防腐工作还是不错的。

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图1 粤东LNG接收站码头卸料平台整体防护效果

2.2 卸料臂


卸料臂是LNG接收站码头的关键部件,其外部涂层完整,由于表面没有光泽,因此不会对附近海域产生光污染(见图2 a)。涂层干膜厚度基本在350~550 µm,底漆采用防腐性好的环氧体系,面漆采用耐候的丙烯酸聚氨酯体系,尽管已发生部分粉化现象,但涂层未发生起泡、开裂、剥落现象,采用拉开法测量附着力,试验数据结果基本在7 MPa以上,由涂层内部拉开,属于涂层内聚力破坏,表明卸料臂外部整体防护效果不错,这与其完整的涂层外观结果相一致。


但是,检查卸料臂内部发现,底部有水凝结,涂层不仅有起泡和明显黄变现象,还发生大规模剥落,干膜厚度远低于外部涂层,露出了锈蚀严重的碳钢底材(见图2b),表明在卸料臂内部,前期涂装施工质量尤其是表面处理质量没有得到严格控制,同时,施工的涂层总体干膜厚度低于设计要求,属于典型的偷工减料。


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图2 卸料臂涂层腐蚀情况


2.3 管线


检测中发现LNG接收站码头的大量管线如空气管线、仪表管线、消防管线、生活管线及其支撑结构均发生了严重腐蚀(图3a和图3b)。由于这些管线支撑结构采用了碳钢材质,而配套防护涂层干膜厚度较薄,在含盐率很高的海洋大气环境下,涂层很快完全剥落,进而暴露出钢结构支撑基材,导致支撑钢结构锈蚀极其严重,有的部位几乎已锈穿(见图3a),用于固定的螺栓也基本锈蚀殆尽。


由于螺栓连接部位难以涂装,在实际使用过程中可能还存在由螺栓的装卸操作引起的涂层损坏,所以该部位涂层很容易发生早期失效。管线大部分采用了镀锌材质,虽然腐蚀比碳钢轻微一些,但与地面呈水平排列的镀锌管线,也依然发生了较为严重的腐蚀情况。对于部分采用碳钢保护的仪表管线,其腐蚀状况更加严重,不仅涂层附着力几乎完全丧失,出现大规模剥落现象,其暴露的碳钢基材也已产生大面积严重锈蚀,且呈层层剥蚀状况(见图3b),用手一掰,基本可以剥下大片锈蚀的碳钢基材,表明采用碳钢材质使用寿命很短,不足以抵御严酷的海洋大气腐蚀环境,应该采用耐蚀性更好的不锈钢材质进行防护。


消防管线也采用碳钢材质,其保护涂层厚度基本达到400 µm以上,因此总体上涂层显得比较完整。附着力测试结果均在6 MPa以上,表明涂层对基材的保护效果良好。但涂层整体已基本没有光泽,也发生了明显的粉化现象,局部发生了多处破损,破损处涂层结构已不再致密,露出的基材在介质侵蚀下出现了腐蚀坑,很可能为腐蚀的薄弱环节之一。消防管线的支撑部位由于与管线紧密接触,容易产生缝隙腐蚀现象,实际观察发现这些部位基本都发生了比较明显的腐蚀,不仅特别影响美观,也影响管道的安全运行。


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图3接收站码头各类管线腐蚀状况

2.4护栏钢结构


LNG接收站码头大量的护栏钢结构腐蚀问题极其突出。栏杆、扶手等区域,由于人员活动频繁,容易导致涂层损坏或早期失效。由于LNG接收站每年维护,对护栏也经常翻新,因此时常翻新的部位结构完整,表面基本如新的一样,看不出腐蚀的痕迹。但是对于未及时翻新的护栏部位,外观上看表面涂层虽仍未脱落,但涂层下碳钢结构已发生严重腐蚀,呈层层剥蚀状况,且发生局部断裂现象(见图4a),已完全丧失了结构强度。


这样状态的护栏结构在人员不常经过的地方特别常见。不仅如此,由于海洋大气腐蚀,多处护栏钢结构发生了断裂(见图4b),过往人员如果不注意,随时可能跌落下平台,已严重影响整个护栏钢结构的安全。而护栏更多的腐蚀发生在与平台连接处,此处由于是焊接部位,而且护栏基本都是采用价格便宜、防腐性能比较差的醇酸树脂涂料进行防护,难以厚膜涂装,总的干膜厚度往往较薄,只有100 µm左右,在海洋大气环境下,腐蚀极其严重,有的底部已几乎腐蚀穿孔,基本失去支撑作用。由于护栏的面积很大,又直接关系到人员的安全问题,因此,必须特别注重码头护栏钢结构的腐蚀问题。


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图4护栏钢结构腐蚀状况


2.5异形钢结构部件


LNG接收站码头大量的阀门、法兰和异形钢结构部件在大面上由于采用了不锈钢结构,往往只出现星星点点不严重的点蚀情况,点蚀深度也只有微米级,但在保护不锈钢结构的包覆材料边角处发生了大量的腐蚀现象(图5a),这是因为这些局部区域往往涂料难以涂覆,即使涂覆上去,其干膜厚度也比其它部位低很多。


同时,这些部位往往是腐蚀的薄弱环节,一旦包覆不完全,海盐、水和氧等腐蚀介质容易从这些薄弱环节渗透入结构内部,从而形成长期高温、高湿、高盐雾的严酷腐蚀环境,导致整个设备很快就失效报废。另外,由于码头地区盐分极高,湿度也极大,也常常下雨,夜晚降温时在这些异性钢结构部件底部聚集大量的海盐,特别容易产生凝露现象,从而使这些部件的底部腐蚀比上部更加严重。


同时,法兰与管道的连接采用焊接方式,焊接部位的材质与不锈钢有所差异,因此也容易发生腐蚀。另外,由于管道内LNG温度极低,不锈钢管道、焊接部位与保冷层相接触,由于冷凝产生的水容易导致焊接部位加速腐蚀(图5b)。这里也是整个管道的薄弱环节,需要重点保护。


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图5 异形钢结构部件腐蚀状况


2.6码头钢栈桥结构


LNG接收站码头钢栈桥结构也发生了大规模的腐蚀生锈和涂层起泡剥落现象(见图6),由于这些结构暴露在海洋地区高温、高湿、高盐的严酷腐蚀环境下,即使经常下雨,雨水也无法及时排出,导致钢栈桥桥面特别容易产生含盐雨水的聚集,先渗透入涂层内部,导致涂层起泡剥落,再直接渗透到基材表面,产生锈蚀。


同时,夜晚气温下降很快,桥面容易产生冷凝水的聚集,如果没有采用足够干膜厚度的涂层进行隔绝保护,桥面特别容易发生腐蚀。整个桥面的大规模锈蚀现象不仅严重影响桥面的美观,更严重影响钢栈桥结构的使用寿命和工作人员的安全性。

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图6 LNG接收站码头钢栈桥结构发生大面积锈蚀


2.7管廊钢结构

LNG接收站码头也有大量的管廊钢结构,这些钢结构采用富锌涂料作为防腐底涂层,再涂覆非膨胀型防火涂料中间涂层,最后再涂覆一道丙烯酸聚氨酯面涂层。实际中发现防腐底涂层与非膨胀型防火涂层之间附着力很差,防火涂层特别容易发生剥落现象(见图7a)。这是因为这些结构暴露在海洋大气环境下,大量的白色的盐分会沉积在涂层结构表面(见图7b),这些盐分不仅导电性强,加速材料腐蚀反应速度,还特别容易吸收空气中的水分。


同时,非膨胀型防火涂层本身就是多孔结构,配方中的一些物质也容易吸潮,因此,防火涂层与底涂层或者面涂层的配套性往往不佳,特别容易产生层间剥落现象。用指甲用力按压整个涂层,发现不少部位出现空鼓现象,表明其内部是空的,结合该厂其他管廊钢结构出现大规模防火涂层剥落现象,可以认为该防火涂层与底涂层和面涂层的配套性难以满足现场防护的要求。

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图7 管廊钢结构腐蚀状况


由以上LNG接收站码头的腐蚀状况可以看出,平台上钢结构的腐蚀控制总体上还可以,但在局部区域,尤其是护栏钢结构、线管、异形件边角等特殊部位、码头的栈桥钢结构、管廊钢结构等均出现大量的锈蚀或涂层剥落现象,因此需要对这些局部区域采取有效的维护处理手段。


3 设备设施防腐解决方案


为了有效控制粤东LNG码头钢结构设备设施的腐蚀,再在保证体系安全的前提下尽可能降低维修管理次数,以期最大限度地减少客户资产损失,需要采用专业的钢结构防腐维修管理措施。具体而言,就是为现有或将要涂装的钢结构项目提供科学、有计划的维护服务,为钢结构运行寿命周期最大化提供有效防腐维修管理的方法。为了使相关项目钢结构最大化得到防腐保护,涂层使用寿命最大化,需在项目结束后和项目涂层使用过程中,为该项目不同部位专门提供最佳的维护解决方案。


通过对粤东LNG码头钢结构的腐蚀调查,认为目前最佳的防腐措施如下:


(1)不定期检查各个部位的腐蚀情况,时常更新各部位的腐蚀状况和维修周期,建立腐蚀档案,做到心中有数。


(2) 对卸料臂等大型关键部件,除了继续保持外部较好的防腐保护外,对其内部,需要采用的方法如下:去除现有剥落及粘附不牢涂层,至少将锈蚀表面采用手工工具打磨到St 2级,再选择涂覆渗透性佳、防腐性能优异的低表面处理容忍性环氧涂料,保证干膜厚度至少达到240 µm。


(3)对护栏钢结构,不仅需对问题最严重的护栏底部加强保护,同时需采用防腐和耐候性更佳的配套涂层进行整体防护。对已锈蚀移位的护栏底部,需要重新采用局部焊接处理方式,再涂覆完整的涂层,并包覆一层特殊材料防止盐分、水、氧等介质的侵蚀。对已断裂的护栏钢结构,需要更换并在表面涂覆耐蚀性底漆与耐候性面漆。对护栏其它已腐蚀部位,在经济情况允许情况下,应打磨掉原有涂层,采用防腐性能更佳的环氧树脂涂料/丙烯酸聚氨酯涂料配套保护,保证总体膜厚不低于240 µm。如果经济情况不允许,则应将锈蚀部位的浮锈去除,再采用专用的锈转化材料涂覆于带锈基材表面,再涂覆底漆与面漆。


(4)对阀门、法兰和异性钢结构这些部位重点保护,除了采用更加耐蚀的材料和涂层保护,必要时也可以采用不吸水的非金属材料实现完整包覆,从而延长这些设备设施的使用寿命。


(5) 对已锈蚀严重的各类管线结构,需要升级材质。对于锈蚀不是特别严重的管线,其支撑部位也应采用耐蚀材质,且可垫一层有非金属垫片,尽可能避免异种金属接触,造成电偶腐蚀。


(6)对钢栈桥结构,一方面需保证涂层干膜厚度达到保护要求,另一方面也可以考虑在局部低洼部位设置流水口,及时将聚集的水排出去,当然流水口需要采用消除锐边、导圆处理、再涂覆足够干膜厚度涂层的方式,保证该部位不会成为新的腐蚀薄弱环节。


(7)对管廊钢结构,防火涂层是整个体系最薄弱环节,因此需要采用附着力更佳的防火涂层,并保证防火涂层与底涂层、面涂层的配套性,防止防火涂层过早剥落失效。


结语

粤东LNG码头钢结构的腐蚀问题是其他LNG码头腐蚀状况的一个缩影。通过对粤东LNG码头钢结构的详细腐蚀调查评估,在现有财力情况下针对性地提出最佳防腐措施,一旦实施,可以大大节约未来设备设施的维修资金,保证整个系统的安全。由于腐蚀防护是一个系统工程,任何一个小的疏忽,都可能引起大的安全事故,因此腐蚀防护工作需要引起LNG接收站高层管理者足够的重视。要实现钢结构和涂层使用寿命的最大化目的,延长码头钢结构的大修周期,必须不定期的检查钢结构各部位的腐蚀情况,升级部分材质,采用性能更佳的涂层保护体系,保证正确的维护和保养。只有这样才能彻底解决粤东LNG码头工程乃至其他LNG码头工程的长效防腐难题。



作者 | 黄土森,赵博,胡洋,周建龙,等

(国家管网集团粤东液化天然气有限责任公司;中国特种设备检测研究院;北京安泰信科技有限公司;迷涂新材料技术(上海)有限公司;青岛迪恩特尚核新材科技有限公司)


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