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替代涂層防腐措施的原油船用耐蝕鋼

2022-09-07 15:51:00 作者：船舶先進(jìn)制造技術(shù) 來源：船舶先進(jìn)制造技術(shù) 分享至：

1.移動的能源運輸者

我國是當(dāng)今世界第二、亞洲第一大石油進(jìn)口國，進(jìn)口石油的90%通過海上船舶運輸完成。原油船是專門用于載運原油的船舶，它的特點是機艙都設(shè)在船尾，船殼本身被分隔成多個貯油艙，有油管貫通各油艙。油艙內(nèi)設(shè)有加熱設(shè)施在低溫時對原油加熱，防止其凝固而影響裝卸。

原油船的裝載量從幾十噸至幾十萬噸不等。載重量20至30萬噸的油輪稱為“超大型油輪”，英文“Very Large Crude Carrier” 縮寫 “VLCC”（200萬桶）。載重量超過30萬噸的油輪稱為 “ULCC”（Ultra Large Crude Carrier），稱為“超級巨型油輪”。

全世界VLCC和ULCC保有量達(dá)500艘。

圖1 30萬噸VLCC

2.原油船腐蝕特點

重質(zhì)原油對油船貨油艙的腐蝕破壞是原油儲運中最重大的安全隱患。

油船貨油艙中腐蝕主要為兩類：上甲板的普通均勻腐蝕和內(nèi)底板的點狀腐蝕。

為了防爆常常在貨油艙中填充惰性氣體（以O(shè)2：5％體積，CO2：13％體積，SO2：0.01％體積，余量為N2），惰性氣體中的O2，CO2，SO2以及從原油中揮發(fā)出來的H2S等腐蝕性氣體，會在油輪貨油艙的上部內(nèi)表面（上甲板的里側(cè)表面）富集。同時，由于甲板溫度在白天和夜晚的交替變化，上甲板內(nèi)表面總處于干和濕的交替狀態(tài)，原油艙腐蝕環(huán)境如圖2所示。

濕的H2S和O2以及SO2等發(fā)生反應(yīng)，會在上甲板內(nèi)表面析出單質(zhì)的硫。上甲板腐蝕層主要為鐵銹和單質(zhì)的硫，腐蝕了的鋼板表面的鐵銹成為催化劑，加速了單質(zhì)的S的析出。鋼板腐蝕導(dǎo)致新鐵銹的生成以及固體硫的析出交替發(fā)生，而固體單質(zhì)硫?qū)虞^脆，容易產(chǎn)生剝離、脫落，如圖3所示。

圖2 油船貨油艙（COT）的腐蝕環(huán)境示意圖

圖3 貨油艙上甲板腐蝕

貨油艙內(nèi)底板有一層油膜，成分為油泥和積水，同時包含大量的H?S和氯離子（酸性介質(zhì)）。通常這層油膜可以減少腐蝕率。但由于洗艙，破壞了該油膜，導(dǎo)致內(nèi)底板會出現(xiàn)點蝕，其中以水流動和滴到的部位油膜破壞最為嚴(yán)重，點蝕程度最強，如圖4所示。研究發(fā)現(xiàn)，貨油艙點蝕腐蝕速率最大可達(dá)3-4mm/年。

圖4 貨油艙內(nèi)底板點蝕

3.原油船耐蝕鋼的應(yīng)用

2010年國際海事組織(IMO) 通過了“原油船貨油艙腐蝕防護(hù)”SOLAS修正案（II-1/3-11條）、《原油船貨油艙保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》和《原油船貨油艙替代防腐措施性能標(biāo)準(zhǔn)》（即耐蝕鋼性能標(biāo)準(zhǔn)），使其成為了《國際海上人命安全(SOLAS)公約》框架內(nèi)的強制性要求。

傳統(tǒng)原油船貨油艙主要采用低合金高強度鋼如A/D32、A/D36級別高強船板鋼加涂層的方式來解決貨油艙腐蝕問題。但防腐涂層需要定期檢查修補，約5-10年就需要大面積維修或重新涂布，因此貨油艙涂層要耗費大量的施工成本和工期，且由于主體部位如貨油艙相對密閉，施工環(huán)境惡劣，對施工人員健康造成危害。

而采用船用特種原油耐蝕鋼則可以取代貨油艙涂層同時具有良好的耐蝕性能。

3·1 國外原油耐蝕鋼應(yīng)用

作為貨油艙涂層唯一替代方案的耐蝕鋼施工簡單、易（免）維護(hù)，最早主要由日本開展相關(guān)研究。

日本杰富意鋼鐵株式會社、住友金屬工業(yè)株式會社、新日鐵、JFE鋼廠相繼開發(fā)了NSGP-1、NAC5、SMICORE等相關(guān)船用耐蝕鋼品種。通過添加W、Cr、Sn、Mo等元素使得鋼板表面銹層致密化，耐局部腐蝕和耐全面腐蝕性能提高，其機械性能、焊接性能和加工性能都比以往的船體結(jié)構(gòu)鋼更好，而且滿足船舶要求的等級標(biāo)準(zhǔn)。

實驗室仿真腐蝕測試結(jié)果顯示，在油艙上甲板和內(nèi)底板腐蝕環(huán)境下耐腐蝕船板具有比常規(guī)船板明顯優(yōu)異的耐腐蝕性能。

新型耐腐蝕船板已經(jīng)在大批新建造的油船貨油艙上使用，實船耐腐蝕評價結(jié)果表明與從實驗室評價結(jié)果的預(yù)期一樣：新型耐腐蝕船板表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐腐蝕性能，底板沒有發(fā)現(xiàn)需要修補的腐蝕坑；上甲板的腐蝕速率也明顯低于對比的常規(guī)船板，極大降低船廠的建造成本和船東的使用維護(hù)成本。

3·2 國內(nèi)原油耐蝕鋼應(yīng)用

我國抗高硫油氣腐蝕鋼的研究始于1980年代末，但主要集中在油氣管線、石化壓力容器用鋼方面。

耐蝕船板鋼和管線、壓力容器用耐蝕鋼等在技術(shù)原理上有相通之處，但油船貨油艙用鋼面臨的腐蝕環(huán)境更為復(fù)雜，既有硫化氫腐蝕（上甲板），又有酸性鹽水腐蝕（內(nèi)底板）。隨著IMO油船貨油艙防腐蝕要求的日益迫切，國內(nèi)多家單位率先開展了油船貨油艙用耐蝕鋼及配套材料的研制工作。鋼研、鞍鋼、寶鋼、南鋼等企業(yè)成功研制出了國產(chǎn)耐蝕鋼板及配套材料，其性能完全滿足船級社等級要求，與日本同類產(chǎn)品性能相當(dāng)甚至優(yōu)于日本耐蝕鋼。

其中鋼研、鞍鋼研制的耐蝕鋼板及配套材料已成功應(yīng)用到大慶435輪貨油艙，2.5年跟蹤服役結(jié)果表明上甲板、內(nèi)底板耐蝕鋼腐蝕減薄量比普通鋼低46%以上（圖5、6），耐蝕焊縫未出現(xiàn)臺階狀腐蝕，貨油艙用耐蝕鋼表現(xiàn)出了良好的耐蝕性。

圖5 實船上甲板普通鋼與國產(chǎn)耐蝕鋼銹層形貌對比

圖6 實船內(nèi)底板普通鋼與國產(chǎn)耐蝕鋼的腐蝕形貌

國產(chǎn)耐蝕鋼的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國自主知識產(chǎn)權(quán)的船用耐蝕鋼系列應(yīng)用技術(shù)的形成，達(dá)到國際先進(jìn)水平，有效打破日本耐蝕鋼的技術(shù)壟斷，為后續(xù)國產(chǎn)耐蝕鋼在大型油輪COT上推廣應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)和支撐。

目前該系列國產(chǎn)材料已獲訂單在30萬噸級VLCC上實船應(yīng)用。

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