防冷飞溅涂层系统建造过程中的工艺优化

作者| 王长军,晏学兵,程国东,王伊诺,孔琦

(海洋石油工程(青岛)有限公司)

引  言

液化天然气(LNG)作为一种经济实惠、绿色环保、安全性能高的能源越来越广泛地应用于各个领域。同时由于LNG具有易泄漏、易挥发、易燃易爆的特性,一旦发生泄漏,会产生低温、燃烧爆炸等危害,可能造成灾难性事故。以往LNG钢结构项目中,由于所处环境和LNG的易挥发特性,钢结构表面涂层只关注火灾导致的危害,仅采用涂装被动防火涂料的方法来降低火焰传播速度。本文所述项目液化模块位于北极极寒地区,不但涂层系统要考虑钢结构受到的火焰侵害,同时要考虑超低温泄露导致的钢结构失效问题。本文主要针对第一个液化模块建造过程中CSP系统所遇到的开裂问题,通过工艺优化后在后续相同的模块进行验证,对后续的CSP涂层厚度设计和质量控制具有指导意义。

1CSP开裂问题描述及原因分析

1.1 CSP开裂问题描述

在某LNG项目中,海洋石油工程股份有限公司青岛场地(海油工程)承担着三列相同核心模块的建造。在第一列某模块114-V-013设备(291.4t)安装后发现CSP油漆系统出现了大量裂纹,模块示意图如图1所示,涂层系统见表1所示。设备与结构接触位置位于3层和4、5层间小夹层(EL+128.785),在2015年12月至2016年2月检查期间,裂纹呈现不断扩展趋势,从最初的104处(12.4 m)不断拓展到851处(69 m)。

表1  项目涂层系统

       1.png                                      

图1  某模块三维图

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裂纹累计长度主要发生在3层即EL+119.000m,长度占比达到总数的33.95%,长度达23.58 m。开裂情况最严重的位于EL+131.700 m,部分区域CSP与底材完全分离,涂层与基材间隙达1.5 cm,如图2、图3所示。

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        图2  CSP开裂图片               图3  CSP开裂图片    


1.2 CSP开裂原因分析

1.2.1施工环境条件及材料存储条件进行调查分析

施工日期主要集中在6—9月,材料存储环境满足最低5 ℃的要求,施工环境满足程序要求空气温度最小10 ℃,相对湿度≤85%,钢板温度高于露点3 ℃。

1.2.2涂层固化和附着力性能测试

通过CSP现场涂层材料取样进行外观和理化性能测试以及设备参数记录信息,材料固化良好,对喷涂过程设备参数及表面处理情况等记录进行查询,均满足符合施工要求。涂层外观、厚度满足程序要求,涂层整体脱落未出现分层脱落现象,施工后通过凿击实验证实满足程序附着力要求。凿击实验可以定性测量出不同涂层间的附着力,方法如下:

标示出一个尺寸约为250mm x 250mm的矩形。使用圆形砂轮,沿着所标示的边界线向下切入基材。应注意确保拐角位置要切透,以确保区域完全无束缚。使用一个宽度不超过50mm的尖凿子,向内切入补丁的中心。一般情况下,如果250mm x 250mm的区域在拆除时成为4块或更多块,系统的粘附力则被视为可接受的。见图4、图5。

4.png

  图4 凿击实验位置选取          图5 凿击后涂层附着力良好

1.2.3 钢板表面粗糙度检查

钢材合适的表面粗糙度有利于漆膜保护性的提高,粗糙度过大造成漆膜厚度分布不均匀,特别波峰处漆膜厚度薄易引起早期腐蚀;粗糙度过小易导致附着力差等问题。经过现场复查,粗糙度范围为62~70 μm,满足项目粗糙度50~75 μm要求。

1.2.4 涂层厚度测试情况

通过对每层甲板片厚度数据测量,发现所有测试点均超过要求厚度,最高厚度达到60 mm,超出要求厚度的46.3%,平均厚度最大超出17.56%。

1.2.5裂纹分布情况分析

初期裂纹主要集中在靠近设备区域。距离设备越近、裂纹越严重,根据EL+131.700m开裂的情况判断,此处型材已发生变形,而CSP不能完全随结构的形变而变化,因此造成了严重开裂和剥离的状态;同时设备安装之后才出现大量肉眼可见的开裂,也佐证了结构形变外力造成CSP开裂这一情况的可能性。同时由于力的传导和CSP内部应力的逐渐释放,导致裂纹不断扩展的现象发生。

1.2.6吊装过程影响分析

利用SACS(海事分析电脑系统)软件模拟冷飞溅油漆区域结构吊装运输过程中的变形,通过分析冷飞溅油漆区域的变形值和CSP材料性能比较,得出结论CSP开裂与吊装和运输结构相关性较小。

2 CSP施工工艺优化及对比

方案优化过程:项目初期,CSP未考虑每个区域危险系数,系统均按照最严格的条件设计,施工过程业主要求“就高不就低”,所有施工不能低于要求的膜厚,未设定最高膜厚限制,导致所有施工厚度均高于程序要求。随着CSP厚度降低,拉伸率逐渐增加,将至12 mm时拉伸率提高了83%。见表2。系统优化从减薄CSP材料的厚度方面考虑优化涂装系统,综合考虑安全系数和材料性能,CSP厚度最厚从26 mm厚减至15 mm,优化后CSP涂层系统见表3,且最高膜厚设定为不超过要求的1.1倍。

表2  CSP厚度与拉伸增长率关系

5.png

表3 优化后CSP涂层系统

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效果对比:优化后的CSP涂层系统全部应用于相同结构的第三列相同模块上,设备安装后未出现CSP开裂现象。

结  语

(1)CSP厚度设计需充分考虑服役环境和安全系数、在满足要求前提下尽量降低CSP系统整体厚度,施工过程需严格按照程序和说明书施工,需严格控制单道涂层厚度和整体厚度,防止涂层施工过厚使涂层内应力的增加,导致开裂风险的增大;

(2)对于大的CSP系统的结构框架需优化吊装方案,防止吊装过程中应力不均匀造成CSP开裂;

(3)施工过程应保证材料存储、施工环境、和钢板表面处理满足规格书要求,严格按照程序施工,保证施工过程满足要求。

参考文献(略)




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