船舶和海洋工程结构的防腐蚀技术分析_许金堂.pdf

第 31 卷 第 1 期2023 年 1 月Vol.31 No.1Jan.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言作为国家国民经济的基础工程，船舶和海洋工程结构在经济发展中的地位不容置疑。特别是近几年，随着各类新技术的不断涌现和推广，对船舶和海洋工程结构的需求越来越大。在船舶和海洋工程结构建造中，由于经常会用到大量的金属材料，如果不采取防腐措施，将会造成海洋环境中的腐蚀。为了保证船舶和海洋工程结构的正常使用，维护好海洋环境，必须大力开发防锈涂料和防腐蚀技术，同时要使海洋工业得到最大限度的发展。海水中含有大量的物质，许多是会侵蚀金属的物质，所以无论是海洋建筑还是船舶，都会采用防锈技术，但这种方法所带来的经济损失是巨大的。海上交通作为世界经济发展的主要推动力，运载能力虽然相对缓慢，但是重量和数量却是其他交通工具无法相比的。随着科学技术的飞速发展，人们对能量的需求量越来越大，其中包括石油、燃气和风力。在进行海上发展时，应特别关注船舶和海洋工程建设的侵蚀问题，这已成为制约我国海上发展步伐的重要因素。1 船舶和海洋工程结构的防腐蚀状况1.1 海洋环境的复杂性海洋环境是一种非常复杂的自然环境，根据当前的船舶和海洋工程结构建设情况，防腐技术是其中一种非常关键的技术。尽管在某种程度上，船舶制造企业已经船舶和海洋工程结构的防腐蚀技术分析许金堂（新大洋造船有限公司，江苏 扬州 225107）摘 要：安全是船舶设计和制造的重要目标，影响安全的因素非常多，其中腐蚀问题尤为重要。从整体上看，结构强度是船舶和海洋工程结构中最重要的环节，为了保证船舶的正常使用，船舶制造企业需要不断地进行深入研究。海水的含盐量很大，船舶和海洋工程结构长期处于高腐蚀环境中，对船舶和海洋工程结构防腐要求提出更高要求。本文对船舶和海洋工程结构防腐蚀技术展开分析，并且提出相关对策，希望可以为我国海上交通事业的可持续发展提供助力。关键词：船舶；海洋工程结构；防腐蚀技术中图分类号：U672.72 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.01.014引用格式 许金堂.船舶和海洋工程结构的防腐蚀技术分析 J.船舶物资与市场,2023,31(1):41-43.收稿日期：2022-08-29作者简介：许金堂（1985-），男，本科，工程师，研究方向为船舶与海洋工程。对防腐技术进行了深入的研究，但由于各种客观条件的改变，仍然无法对船舶和海洋工程结构的发展起到很大的作用。根据我国环境侵蚀分级，最严重的是海洋侵蚀，因为海水的浮沫中含有大量的盐。由于船舶和海洋工程结构设施位于深海，必然会受到严重的腐蚀，严重影响到设备的工作效率和使用寿命，甚至威胁到船舶和海洋工程结构的安全1。近几年，我国经济和社会不断发展，人民的生活水平日益提高，对船舶和海洋工程结构的开发也日益重视。船舶和海洋工程结构的施工不是一种简单的施工，而是一种相当复杂的工程，特别是一些关键问题，更是需要深入研究。钢铁结构的防腐、金属材料的应用，将成为影响船舶和海洋工程结构发展的重要课题。在激烈的市场竞争中如何为企业创造更大的价值，这也是船舶和海洋工程结构领域面临的另一个问题。而船舶和海洋工程结构的施工，由于其高投入、高附加值、高风险、高技术、高投入，在施工过程中如何保证其未来的使用安全非常重要。船舶和海洋工程结构的强度很高，所以必须做好各个方面的保护工作。1.2 船舶的防腐蚀由于船体结构复杂、体积大，在恶劣的海上环境下，船体容易受到腐蚀。船体上层建筑、管道、压载舱等都是易锈点。由于各部位所处的腐蚀环境不同，其腐蚀特征也各不相同，而且各部位的腐蚀形式也各不相同2。除受海水侵蚀以外，还需考虑海浪冲击、生物附着等因素的影响；在水线地区，由于受到海浪和太阳的照射，船舶物资与市场第 31 卷 第 1 期 42 在氧气充足、干湿交替的环境中受到较大的侵蚀。在海平面之上，由于海水蒸发，形成了一种含盐的大气环境，这些盐雾会附着在船体表面，产生一层电解质，从而导致船体和上层结构受到侵蚀。由于管道材质和腐蚀介质的不同，导致管道腐蚀的形式也多种多样，如电偶腐蚀、冲刷腐蚀、缝隙腐蚀等。船舶压载水舱在干、湿交替条件下，结构复杂，清洗保养不便，腐蚀较为严重。此外，因船舶电力或焊接过程中的泄漏，使船体成为一块巨型阳极，也会造成大面积的腐蚀。1.3 船舶与海洋工程结构具体状态船舶和海洋工程结构有一个特定的限制，与结构的承载力、强度等内容密切相关。船舶与海洋工程结构包括很多不同种类的零件，共同作用才能确保正常工作。而在使用过程中由于受力的影响，零件的磨损不可避免，长时间的使用，会对零件的强度产生一定的影响3。在这个过程中有些零件会发挥出原本的作用，承受更多的压力，但是随着时间的推移，这些零件的损伤会越来越大，倾斜也会越来越大，最终导致结构的崩溃。在这种情况下，考虑到船体和海洋工程结构构件的几何和非线性特性，可以将其应用于相应的负载，提高给定的荷载，并对原有的结构进行优化，再根据构件的损伤情况，得到一个完整的、特定的极限强度值。2 船舶防腐蚀漆的特殊要求2.1 安全性由于船舶在航行时会与海水产生直接接触，船体表面的防腐蚀涂层若存在毒性，就会更容易渗入水中。因此在船舶建造时使用的防腐蚀材料必须满足使用安全、可靠的要求。2.2 水性化水基油漆是一种以水为分散剂或溶剂的涂料，目前已被广泛应用于船舶防腐蚀漆。水性油漆不仅性能好，使用起来也比较方便，而且更注重环境保护，更适用于船舶生产。2.3 高分子固化在油漆内舱时，对油漆的毒性和挥发性有较高的要求。相对于目前广泛应用的溶剂型油漆，高固体分子涂层具有较小的毒性和较小的挥发性。2.4 多元化由于船舶本身体积大、结构复杂，因此在不同部位的防腐要求也就相应地有所侧重。就船舶外部情况而言，所选用的防腐漆应具有很强的防腐性能，以避免海水腐蚀；就船体内部舱段而言，选择的防腐蚀涂层应该具有较低的挥发性。要根据不同部位的不同防腐要求，选择不同的防腐蚀涂层。3 加强船舶和海洋工程结构防腐技术的对策3.1 防锈涂料在船舶和海洋工程结构建造中，建筑材料主要为钢材，对其耐腐蚀性需要进行全面而细致的分析，以便推动我国海洋工程结构的发展。国内的技术和材质都有了很大的提高，抗腐蚀的材料也有了很多不同的选择，最常见的是铝合金、耐蚀钢筋等材料。对于船舶和海洋工程结构来说，由于其主要由金属和混凝土构成，因此必须提高其抗腐蚀性能，并对其化学成分进行深入分析和研究，并对其进行合理的调整，从而提高其抗腐蚀性能4。在船舶及海洋工程结构设备的腐蚀防治中，选用防锈涂层进行防腐蚀控制是主要方法，而进行防锈处理的主要方法是采用海洋防污漆和防锈漆。海洋防腐蚀涂层主要是用于钢铁和非钢铁建筑材料的防腐蚀涂层。非钢结构防腐蚀涂层是针对混凝土结构进行必要的防腐处理，并依据其材料特性及结构特性而采取的防护措施。防腐涂料的种类主要包括有机硅树脂涂料、环氧类涂料、聚氨酯类防腐涂料等。在工程实践中油漆分为面漆、中间漆和底漆 3 种。涂料包括乙烯、丙烯酸、聚氨酯等；中间涂料由环氧玻璃鳞片、环氧云铁等组成；底漆由热喷涂铝漆、富锌底漆（有机硅酸依稀、有机环氧富锌）等组成。未来的海洋工程结构防腐涂料应朝着功能化、性能化、资源化、重金属化、水性化、弱溶化、高固化等方向发展。3.2 防污染涂层海洋环境中的生物污染对我国的经济发展有很大的影响，海洋工程结构建设和船舶往往会遭受来自海洋各种物质的伤害。海水含盐量高，在进行船舶和海洋工程结构的防污时，必须考虑油漆的特性。在航行过程中，由于海洋中存在着大量的微生物，不仅会影响到船舶的安全性和稳定性，还会对海洋环境产生巨大的危害。加强对船舶和海洋工程结构防污染涂层的研究十分必要。在海洋环境中，微生物会慢慢地依附在工程结构及设备的表面上，这样不仅会对其外观带来影响，同时也会对设备的稳定运行带来影响，严重情况下，会造成设备的报废更换，造成不必要的经济损失。因此通过合理借助于防污涂料的有效应用，能够对船舶以及海洋工程结构起到良好的保护作用。目前，国内用于这一领域的防污涂料主要有 2 类：一是有机涂层，二是有机锡和有机氧；而无机涂层则是以氧化亚铜、氯化锌等为主要原料。海洋管道、钢桩、平台等建筑都会受到海洋污染，这是一第 1 期 43 种非常普遍的侵蚀。由于海洋微生物会附着在机械设备的表面，不仅会影响设备的外观，还会对船舶的航行产生一定的影响，从而导致燃料价格的上涨。防污漆能够更好地保护船舶及海洋工程结构的构造，减少和防止海洋生物的污染及附着，可以清除海洋工程结构表面的各种海洋生物。水性有机高温耐高温涂料，可在常温下固化，具有高韧性、耐弯曲、高温隔氧、防火隔热等特点，对高温软化、高温变形、高温结构机械等方面起到了很好的作用。3.3 镀层防腐工艺海浪是船舶和海洋工程结构腐蚀的主要原因，海浪中含有大量的盐分，如果船舶的钢材和其他金属材料被海浪冲击，很可能会导致船舶和结构的腐蚀。所以，可以采用镀层防腐技术，对各类腐蚀介质进行有效的切割、隔离，从而保证海水中的盐分不会侵蚀到船舶和海洋工程结构。所以必须要使用合适的材料，才能防止海水的冲击。近年来，国内在这一领域有了一定的研究成果，比如有些城市的跨海大桥，就是在借鉴国外的先进技术之后，根据实际情况，对海浪飞溅的地区进行了有效防腐。另外，还可以改变材料的特性，强化表面的科学处理，从而达到电化学防护的目的，并采取缓蚀剂等方法，不断地进行实验和创新，从而提高防腐能力。无论采用何种防腐方法，其最终目的是为了安全、可靠、高效。3.4 电气防护为了提高船舶的耐腐蚀性能，可以采用电化学防护。在此工艺中，工作人员可以采用牺牲阳极和电流阴极的方式，对船舶的关键部件进行防护。对于牺牲阳极来说，其作用是将电位与保护元件的金属连接起来，然后将其放置在同一电解液中。通过这种方法，可以有效地防止金属材料与海水发生化学反应。此外，该方法还能够有效地减少对外部供电的影响，同时也不会产生特别大的干扰。当阳极材料发生反应时，必须保证其处于充电状态，而辅助电阴极保护则是利用所受保护材料所处的电位，从而达到保护大零件的目的。在海上施工和建造中，需要大量的钢结构，所以为了提高其耐腐蚀性能，可以采取适当的电化学防护措施，从而对建筑和船舶起到一定的保护作用。在这一过程中，可以采用牺牲阳极、电流阴极等方法来保护某些关键部件。在牺牲阳极的情况下，将电位较低的金属与被保护的金属连接在一起，然后将其放置在同样的电解液中，从而避免与海水中的其他材料发生化学反应。同时，利用受保护的材料在低电压下进行外阴极的保护，这种方法对某些大型结构构件的保护起到了很好的作用。3.5 防腐蚀涂料研究海洋环境的防腐主要是针对钢结构和非钢结构，而非钢结构则是混凝土，在施工的时候，要根据混凝土的特性进行保护。在实际应用中油漆分为乙烯、丙烯酸、聚氨酯等；中间漆（环氧玻璃鳞片、环氧云铁）、底漆（热喷涂铝漆、富锌底漆等）。此外，在海洋工程结构和船用防腐蚀漆时，应遵守功能化和节约利用、不含重金属的原则。在船舶和海洋工程结构中建筑材料的使用大多为钢结构，提高其抗腐蚀性能显得十分必要。目前钢结构的种类很多，包括高分子材料、耐海水腐蚀钢、钛合金等。就船舶和海洋工程结构而言，选用的原材料钢材应具有良好的金属性能。通过调整钢材的化学组成、改变其金属性质，可以大幅度地改善钢材的抗腐蚀性能，并在其表面镀上一层防腐蚀薄膜，从而减缓其反应速率。3.6 表面修饰表面修饰是通过化学方法来改变其表面的化学成分和组织，从而改善零件的抗腐蚀性能。目前，常用的是化学热处理（氮、碳、金属渗）、激光重熔复合、离子注入、喷丸、纳米化、金属轧制等。前 3 个步骤是改变表面的材质，中间 2 个步骤是改变材料的组织，最后 1个步骤是在材料的表面添加一层抗腐蚀的材料。4 结语船舶和海洋工程结构以钢材为主，钢结构具有很高的极限承载力，超过极限时，会发生断裂，从而造成安全隐患。要对船舶和海洋工程结构进行合理的建模，提高其整体强度。作为船舶和海洋工程专业人