玻璃钢在海洋防腐蚀中的应用

1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， 将会导致严重破坏和巨大经济损失。而近海设施在海水中，除遭到海水的电化学腐蚀外，还遭到海洋生物、微生物的行损。如果我们的研究和防护工作做得好，其中2 5%-- 4 0 %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， 延长近海设施的使用寿命具有重大意义。

2海洋浪花飞溅区腐蚀及防护方法

　　海洋环境可以分为海洋大气区、浪花飞溅区、海水潮差区、海水全浸区和海底泥土区五个腐蚀区带。我国从上世纪 7 O年代起开展了钢铁设施在海洋环境不同腐蚀区带的腐蚀规律研究，并发明了电连接模拟海洋腐蚀试验装置与方法， 建立了海洋环境腐蚀模拟装置。国内外长期的海洋腐蚀研究结果表明， 钢结构设施在海洋环境不同腐蚀区带其腐蚀速度有明显差别，其中，浪花飞溅区是钢结构设施腐蚀最为严重的区域。主要的原因是，在浪花飞溅区，钢表面受到海水的周期性润湿， 处于干湿交替状态，氧供应充分；加之阳光、风吹和海水环境等协同作用导致发生最严重的腐蚀。一般情况下，钢在海洋大气中的平均腐蚀速率约为0.03-0.08mm／ a ；而浪花飞溅区为0.3-0.5 mm／ a 。同一种钢， 在浪花飞溅区 的腐蚀速度可比海水全浸区中高出 3 ～1 o倍。有关实验和调查结果表明，长期在外海暴露的长尺试件， 浪花飞溅区的腐蚀速率最高可达 I   mm／ a以上， 而在低潮位以下一0 ． 3   m全浸区的腐蚀速度仅为 0 ． 1 ～O ． 3   mm／ a 。由此可见， 钢结构设施在浪花飞溅区部位的腐蚀十分严重。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。当前，国内对于海洋钢铁设施大气区通常采用涂料保护，海水全浸区主要采用电化学保护，并且取得了较好的保护效果。而在浪花飞溅区，通常使用的涂料，在海水冲击下容易发生鼓泡和剥落，局部腐蚀十分严重。。因此，发展长期有效的浪花飞溅区防腐蚀技术对保护海洋钢结构设施的安全运行具有极其重要的经济价值和社会意义。

　　针对目前浪花飞溅区腐蚀严重这一现状，中科院海洋研究所与有关科研单位合作，联合研究开发了浪花飞溅区的新型包覆防蚀(PTC)技术。PTC技术采用了优良的缓蚀剂成分并采用了能隔绝氧气的密封技术。PTC新型包覆防蚀系统由四层紧密相连的保护层组成，即防蚀膏、防蚀带、聚乙烯泡沫和玻璃钢或者增强玻璃钢防蚀保护罩。防蚀膏和防蚀带作为防腐蚀保护材料涂抹、缠绕在钢铁设施表面上；聚乙烯泡沫和玻璃钢或者增强玻璃钢防蚀保护罩作为外防护层包覆在钢铁设施外表面。PTC技术中防蚀膏和防蚀带添加有抗腐蚀材料，具有优良的保护性、粘附性、与水和空气隔绝性，并且长期不会变质，可强力地粘附在钢铁设施表面达到长效的防腐蚀效果。另外，用一个坚硬的固体玻璃钢保护罩保护防蚀带，可达到更好的保护效果。实践证明，PTC是浪花飞溅区最具发展前景的钢铁设施保护技术。具有如下特点：防腐蚀效果优异，有效防护效果达30年以上；施工方便，表面处理简单，可带水作业；可适用于任何形状结构物；具有良好密闭性和抗冲击性能，质量轻，对结构物几乎无附加载荷；绿色环保，无毒无污染。

3 港口码头的阴极保护

　　目前，港口码头的防蚀普遍采用复盖层与阴极保护联台的方法，也可将两者分开．复盖层保护钢桩平均低潮位线以上部位，而阴极保护用于保护水下部位。就阴极保护而言，以前采用外加电流系统为多，从2O世纪80年代以来采用铝台金牺牲阳极保护的港口码头数量日益增多。究竞选用何种阴极保护方法，主要受以下几方面因素制约：(1)保护系统的可靠性；(2)相邻结构的影响；(．3)保护电流需要量；(4)被保护结构的复杂性；(5)结构设计使用寿命；(5)被保护结构所处的环境条件等。

　　从保护系统的可靠性、对相邻结构的影响、被保护结构的复杂性等因素来看，应首选牺牲阳极系统；从保护电流需要量来看，需要较大保护电流的大型码头应采用外加电流系统，而只需较小保护电流的小型和中型码头宜采用牺牲阳极系统 阴极保护系统在被保护结构设计使用寿命期间应能正常工作，因此对于要求工作30a以上的钢结构码头来说，最好采用外加电流系统或混合系统 另外，在淡水或海淡水交替条件下码头保护主要采用外加电流系统。

　　近年来，对大型港口码头愈来愈多地采用牺牲阳极和外加电流的共同作用来实施保护 先主要利用外加电流系统提供的初始大电流使码头迅速极化到保护电位范围，然后停止或减小外加电流，主要利用铝台金牺牲阳极向码头提供较小的维持电流，充分发挥牺牲阳极安全、可靠、无需管理的优点使其长期运行。这种混合系统既提高了保护效果，又减小了牺牲阳极的用量。目前也有部分港口设施采用双阳极 · (dualnode)或复合阳极“一(Composite anode)对大型结构物进行阴极保护。职阳极实际上是一个阳极组，在一根阳极固定架上固定有镁阳极和铝阳极，在结构极化初期．镁阳极输出高电流，使其迅速极化，待镁阳极消耗掉后，铝阳极输出的电流维持结构的保护电位 复合阳极则是在铝合金或锌合金阳极上铸造包覆一定厚度的镁合金阳极，这样也能起到与双阳极同样的作用 据估算，采用上述起始大电流方法，可减少阳极用量30 %以上。

4近海平台的阴极保护

　　钢结构固定式平台的主要部分有导管架、桩、甲板及上部建筑。阴极保护主要用于保护浸在海水及埋在海泥中的结构件；而暴露在大气中的结构件通常采用涂层(例如富锌底漆加环氧面漆)保护；暴露在飞溅区和潮差区的结构件采用包覆蒙乃尔合金，或是包扎浸脂肪盐的玻璃布。

4.1 固定式平台阴极保护的特点
　　固定式平台通常在远离岸边的海上作业，其所处的海洋自然地理环境条件使阴极保护具有某些特点 平台的保护电流密度不像船舶和港口设施的保护电流密度那样变化不大，而是变化很大，受到多种因素的影响，如：(1)环境条件。包括海水的组成、含氧量、温度、电阻率、钙镁沉积物，流速及水深等(2)现场情况 包括可能出现的大浪、风暴、冰块等。(3)冶金因素 包括焊缝区和导管架、桩腿各结点部位的应力集中区。世界各地区(海域)固定式平台阴极保护所采用的保护电流密度数值上有数倍甚至近十倍的差别。

4.2两种阴极保护方法的比较
　　牺牲阳极系统的可靠性高，不需要维修和保养，平台下水后即能工作。但是牺牲阳极的自重有时会对平台的稳定性带来影响。有人计算了重25000t的平台．其立柱入水深度1 56m，若采用铝台金阳极保护，需要1200t，为平台本身重量的1／20_] 一般说，外加电流系统比较经济，但自从开发了铝合金阳极后，这种差距缩小了。外加电流系统虽然重量较轻，费用也稍便宜，但在最初一年平台尚未发电时不能工作，而且当修理或潜水员工作时系统也要关闭。因此，将牺牲阳极与外加电流联合使用是保护平台的最佳方案，在第一年与~'l-；bll电流系统断开时可采用铝台金阳极保护平台立柱结点，在正常情况下外加电流使平台各部分
进入保护电位范围，以致牺牲阳极输出电流大大减少，这样可使铝合金阳极维持30a的寿命。