论文部分内容阅读
[摘 要]伴随海上石油开采活动而诞生的近海集装箱如何防腐蚀是关系到其使用寿命的关键性能。本文通过热镀锌防腐原理、热镀锌防腐优点以及热镀锌近海集装箱结构设计注意点等方面进行了阐述。
[关键词]近海集装箱 热镀锌 防腐蚀
中图分类号：TG335.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0282-01
当前，世界各国对石油的需求量不断增大，石油能源日益紧张，由此海上石油及天然气开采活动得到了蓬勃发展，服务于海上平台的近海集装箱越来越受到关注，发展也很迅猛。
近海集装箱是一种具备浪高海域运输和作业能力的可移动式单元，该单元频繁用于海上固定或浮动设施和船舶之间的货物或设备的运输和吊装。海上环境十分复杂，经常风高浪急，更不用提海啸、海水腐蚀等问题。正因此，如何保证近海集装箱表面防护体系的质量以便延长其使用寿命越来越受到业主高度重视。
近海集装箱使用环境比较恶劣，箱体使用过程中不断受到大气和海水的腐蚀，因此其防腐性是最主要的性能，直接决定近海集装箱的使用寿命。目前，近海集装箱钢结构防护涂料体系主要有两种方式：热镀锌处理和油漆体系，两种处理方式各有优缺点。本文以热镀锌处理方式为例，通过热镀锌防腐原理、热镀锌防腐优点以及热镀锌结构设计注意点等多个角度对近海集装箱展开探讨。
一、热镀锌防腐原理
热镀锌也叫热浸锌和热浸镀锌，是一种有效的金属表面处理方法。现实生活中应用最为广泛，性能价格比也最优，主要用于各行业的金属结构设施上。
热镀锌覆盖能力好，镀锌层致密，无有机物夹杂。众所周知，锌的抗大气腐蚀的机理有机械保护以及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn（OH）2及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓了锌的腐蚀，这层保护膜（也称白锈）受到破坏时又会形成新的膜层。
当镀锌层破坏严重，危及到铁基体时，由于锌的标准电极电位负于铁，因此在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基的作用，从而可以大大的延长钢材的使用寿命，进而保护箱体。
二、热镀锌防腐优点
1.近海集装箱使用环境比较恶劣，箱体一直遭受海水和大气的侵蚀，采用符合BS EN ISO 1461标准要求的热镀锌涂层可以保证很多年不生锈，从而不必进行修补工作。
2.根据镀锌层形成原理，热镀锌层与箱体钢材是一种冶金结合，镀锌层成为钢材表面的一部份，因此热镀锌层持久性能比较好；
3. 近海集装箱运输时经常被放置于海洋石油行业的供应船甲板上，同时，近海集装箱在高海况条件下向海上石油平台上吊运，很容易产生箱体碰撞。热镀锌层形成一种特别的冶金结构，这种结构能承受在运输及使用时受到的机械损伤；
4. 近海集装箱镀锌时整体浸入镀锌池中，箱体的每一个部分都能镀上锌，即使在凹陷处、尖角处以及隐蔽区域都能得到全面的保护；
5. 近海集装箱镀锌过程要比采用油漆涂层施工法更加快捷，可以节省人工费用，节省工作时间；
6. 根据近海集装箱标准以及油漆供应商担保要求，采用油漆施工法涂层膜厚最少需要150μ；油漆防护体系如需符合NORSOK 501标准，膜厚最少280μ以上。因此，一般情况下采用热镀锌的成本费用要比施加油漆保护涂层低；
7. 热镀锌层可以采用目视以及非破坏性涂层厚度表进行检查，简单方便；
三、热镀锌近海箱结构设计注意点
近海集装箱服务于海上石油平台，大多数近海集装箱在设计时就是用来装运一种特殊的设备使用，不同于按ISO标准分类的普通干货集装箱。近海集装箱标准无明确要求其外形尺寸以及外观，因此箱体形式各种各样，如框架、类似普通干货集装箱、托盘等等。由于箱体属于大件物品，结构相对复杂，采用热镀锌处理的要求不同于一般小件，与采用油漆保护涂层的箱体结构也略有不同。箱体结构设计时应注意以下几点：
1. 并非所有的近海集装箱都能够采用热镀锌处理，特别是那些超宽、超长的箱体结构。设计箱体主结构之前，首先应该了解提供热镀锌服务的厂家的生产能力，包括日产量、镀锌池的长度、宽度、池深以及配套吊运设备的起吊能力和数量等。箱体与镀锌池四周应留有一定的活动空间，一般情况下，箱体两侧与镀锌池每边至少留100mm，方便工人定时清理锌液表面的锌灰，保证镀锌质量。镀锌池应有足够的深度，有利于箱体完全浸入锌液中，避免箱体部分区域漏镀或者镀锌膜厚不足；
2. 根据热镀锌厂家的生产能力、箱体外形尺寸和形状以及箱体排气浸锌工艺等确定箱体最佳镀锌方案，即箱体结构进出镀锌池的先后顺序以及箱体的摆放角度，特别对于那些外形尺寸比较大的箱体尤为重要。如有必要，结构设计前与热镀锌厂家工艺人员进行交流沟通，确定最终镀锌方案；
3. 为减少热镀锌产生的变形，箱体结构中墙板、顶板之类的结构件应尽量采用波板形式。如必须采用平板形式，则需适当增加板材厚度。
4. 应尽量避免两大平板重叠焊接的结构。因为平板周边焊缝如有焊接缺陷，酸洗溶液则可能留存在平板夹层中，镀锌后容易造成板材起鼓，影响箱体整体外观。另酸液腐蚀箱体材料，减少了箱体使用寿命；
5. 按照船检要求，为保证箱体主结构强度，主结构方管同一截面上只能开一个孔，且开孔直径不能大于20mm；
6. 箱体开孔后应保证不能有封闭区域，方便空气排出以及锌液迅速进出。箱体镀锌有一定时间要求，开孔不合理会导致箱体不能迅速浸入镀锌池中或者直接沉不下去，从而导致箱体镀锌层膜厚不均，即箱体先浸入部分膜厚偏大，后浸入部分膜厚不足。箱体表面镀锌层太厚容易产生裂纹。另外，如果箱体内部空气排出不及时，会发生炸锌现象，可能会造成安全事故。
7. 开孔应尽量保证箱体外形美观，如有需要，镀锌后可进行一些修补工作。
四、箱体热镀锌的一些要求
为保证近海集装箱热镀锌的质量，一些严格的工艺流程、检测方法以及修补要求是必须遵循的，主要如下：
1. 浸入镀锌池前应将箱体内部钢砂清理干净，以免镀锌后粘附在箱体上，造成箱体外观不美观，同时箱体表面打磨修补处理也很麻烦；
2. 箱体沥锌后，必须严格按照冷却、钝化、漂洗等工艺规程，并且为了减少箱体的变形，箱体沥锌后，先进行一段时间的自然冷却；
3. 箱体镀锌层平均厚度大于85μ，局部厚度应150μ≥锌膜厚度≥75μ。检测点应找平滑部位，至少在不同位置均匀测量6个点；
4.热镀锌层应有足够的附着强度，经锤击试验，镀锌层不剥离，不突出；
5. 箱體热镀锌层应连续完整，不得出现划伤、露铁、剥落、起皮、锌瘤、鏻片、花斑、起皮、发黑等缺陷；热镀锌层表面应具有一定的光滑，清除所有毛刺，滴瘤、突起的锌尖以及异物（如锌灰、锌渣、溶剂渣）等；热镀锌层表面应呈银白色光泽，无明显的色差；
6.箱体外观检验不合格的区域应进行修复，但修复总面积不应超过主要表面的0.5%，且单个面积不超过10平方厘米；如箱体进行修补工作，将按GB/T 9793标准进行修补；
五、结束语
近海集装箱采用热镀锌处理能够取到很好的防腐作用，大大延长了箱体的使用寿命。随着近海集装箱生产技术水平的不断提高，以及新技术、新工艺和新材料不断涌现和应用，箱体热镀锌也必然会逐渐发生一些积极的变化。如何保证镀锌质量以及降低成本、降低消耗、保护环境是一个值得研究的课题。
参考文献
[1]ISO 1461（钢铁制件热镀锌技术条件及试验方法）
[2]DNV2.7-1（近海集装箱标准）
[3]GB/T 9793（热喷涂 金属和其他无机覆盖物 锌、铝及其合金）
[关键词]近海集装箱 热镀锌 防腐蚀
中图分类号：TG335.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0282-01
当前，世界各国对石油的需求量不断增大，石油能源日益紧张，由此海上石油及天然气开采活动得到了蓬勃发展，服务于海上平台的近海集装箱越来越受到关注，发展也很迅猛。
近海集装箱是一种具备浪高海域运输和作业能力的可移动式单元，该单元频繁用于海上固定或浮动设施和船舶之间的货物或设备的运输和吊装。海上环境十分复杂，经常风高浪急，更不用提海啸、海水腐蚀等问题。正因此，如何保证近海集装箱表面防护体系的质量以便延长其使用寿命越来越受到业主高度重视。
近海集装箱使用环境比较恶劣，箱体使用过程中不断受到大气和海水的腐蚀，因此其防腐性是最主要的性能，直接决定近海集装箱的使用寿命。目前，近海集装箱钢结构防护涂料体系主要有两种方式：热镀锌处理和油漆体系，两种处理方式各有优缺点。本文以热镀锌处理方式为例，通过热镀锌防腐原理、热镀锌防腐优点以及热镀锌结构设计注意点等多个角度对近海集装箱展开探讨。
一、热镀锌防腐原理
热镀锌也叫热浸锌和热浸镀锌，是一种有效的金属表面处理方法。现实生活中应用最为广泛，性能价格比也最优，主要用于各行业的金属结构设施上。
热镀锌覆盖能力好，镀锌层致密，无有机物夹杂。众所周知，锌的抗大气腐蚀的机理有机械保护以及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn（OH）2及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓了锌的腐蚀，这层保护膜（也称白锈）受到破坏时又会形成新的膜层。
当镀锌层破坏严重，危及到铁基体时，由于锌的标准电极电位负于铁，因此在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基的作用，从而可以大大的延长钢材的使用寿命，进而保护箱体。
二、热镀锌防腐优点
1.近海集装箱使用环境比较恶劣，箱体一直遭受海水和大气的侵蚀，采用符合BS EN ISO 1461标准要求的热镀锌涂层可以保证很多年不生锈，从而不必进行修补工作。
2.根据镀锌层形成原理，热镀锌层与箱体钢材是一种冶金结合，镀锌层成为钢材表面的一部份，因此热镀锌层持久性能比较好；
3. 近海集装箱运输时经常被放置于海洋石油行业的供应船甲板上，同时，近海集装箱在高海况条件下向海上石油平台上吊运，很容易产生箱体碰撞。热镀锌层形成一种特别的冶金结构，这种结构能承受在运输及使用时受到的机械损伤；
4. 近海集装箱镀锌时整体浸入镀锌池中，箱体的每一个部分都能镀上锌，即使在凹陷处、尖角处以及隐蔽区域都能得到全面的保护；
5. 近海集装箱镀锌过程要比采用油漆涂层施工法更加快捷，可以节省人工费用，节省工作时间；
6. 根据近海集装箱标准以及油漆供应商担保要求，采用油漆施工法涂层膜厚最少需要150μ；油漆防护体系如需符合NORSOK 501标准，膜厚最少280μ以上。因此，一般情况下采用热镀锌的成本费用要比施加油漆保护涂层低；
7. 热镀锌层可以采用目视以及非破坏性涂层厚度表进行检查，简单方便；
三、热镀锌近海箱结构设计注意点
近海集装箱服务于海上石油平台，大多数近海集装箱在设计时就是用来装运一种特殊的设备使用，不同于按ISO标准分类的普通干货集装箱。近海集装箱标准无明确要求其外形尺寸以及外观，因此箱体形式各种各样，如框架、类似普通干货集装箱、托盘等等。由于箱体属于大件物品，结构相对复杂，采用热镀锌处理的要求不同于一般小件，与采用油漆保护涂层的箱体结构也略有不同。箱体结构设计时应注意以下几点：
1. 并非所有的近海集装箱都能够采用热镀锌处理，特别是那些超宽、超长的箱体结构。设计箱体主结构之前，首先应该了解提供热镀锌服务的厂家的生产能力，包括日产量、镀锌池的长度、宽度、池深以及配套吊运设备的起吊能力和数量等。箱体与镀锌池四周应留有一定的活动空间，一般情况下，箱体两侧与镀锌池每边至少留100mm，方便工人定时清理锌液表面的锌灰，保证镀锌质量。镀锌池应有足够的深度，有利于箱体完全浸入锌液中，避免箱体部分区域漏镀或者镀锌膜厚不足；
2. 根据热镀锌厂家的生产能力、箱体外形尺寸和形状以及箱体排气浸锌工艺等确定箱体最佳镀锌方案，即箱体结构进出镀锌池的先后顺序以及箱体的摆放角度，特别对于那些外形尺寸比较大的箱体尤为重要。如有必要，结构设计前与热镀锌厂家工艺人员进行交流沟通，确定最终镀锌方案；
3. 为减少热镀锌产生的变形，箱体结构中墙板、顶板之类的结构件应尽量采用波板形式。如必须采用平板形式，则需适当增加板材厚度。
4. 应尽量避免两大平板重叠焊接的结构。因为平板周边焊缝如有焊接缺陷，酸洗溶液则可能留存在平板夹层中，镀锌后容易造成板材起鼓，影响箱体整体外观。另酸液腐蚀箱体材料，减少了箱体使用寿命；
5. 按照船检要求，为保证箱体主结构强度，主结构方管同一截面上只能开一个孔，且开孔直径不能大于20mm；
6. 箱体开孔后应保证不能有封闭区域，方便空气排出以及锌液迅速进出。箱体镀锌有一定时间要求，开孔不合理会导致箱体不能迅速浸入镀锌池中或者直接沉不下去，从而导致箱体镀锌层膜厚不均，即箱体先浸入部分膜厚偏大，后浸入部分膜厚不足。箱体表面镀锌层太厚容易产生裂纹。另外，如果箱体内部空气排出不及时，会发生炸锌现象，可能会造成安全事故。
7. 开孔应尽量保证箱体外形美观，如有需要，镀锌后可进行一些修补工作。
四、箱体热镀锌的一些要求
为保证近海集装箱热镀锌的质量，一些严格的工艺流程、检测方法以及修补要求是必须遵循的，主要如下：
1. 浸入镀锌池前应将箱体内部钢砂清理干净，以免镀锌后粘附在箱体上，造成箱体外观不美观，同时箱体表面打磨修补处理也很麻烦；
2. 箱体沥锌后，必须严格按照冷却、钝化、漂洗等工艺规程，并且为了减少箱体的变形，箱体沥锌后，先进行一段时间的自然冷却；
3. 箱体镀锌层平均厚度大于85μ，局部厚度应150μ≥锌膜厚度≥75μ。检测点应找平滑部位，至少在不同位置均匀测量6个点；
4.热镀锌层应有足够的附着强度，经锤击试验，镀锌层不剥离，不突出；
5. 箱體热镀锌层应连续完整，不得出现划伤、露铁、剥落、起皮、锌瘤、鏻片、花斑、起皮、发黑等缺陷；热镀锌层表面应具有一定的光滑，清除所有毛刺，滴瘤、突起的锌尖以及异物（如锌灰、锌渣、溶剂渣）等；热镀锌层表面应呈银白色光泽，无明显的色差；
6.箱体外观检验不合格的区域应进行修复，但修复总面积不应超过主要表面的0.5%，且单个面积不超过10平方厘米；如箱体进行修补工作，将按GB/T 9793标准进行修补；
五、结束语
近海集装箱采用热镀锌处理能够取到很好的防腐作用，大大延长了箱体的使用寿命。随着近海集装箱生产技术水平的不断提高，以及新技术、新工艺和新材料不断涌现和应用，箱体热镀锌也必然会逐渐发生一些积极的变化。如何保证镀锌质量以及降低成本、降低消耗、保护环境是一个值得研究的课题。
参考文献
[1]ISO 1461（钢铁制件热镀锌技术条件及试验方法）
[2]DNV2.7-1（近海集装箱标准）
[3]GB/T 9793（热喷涂 金属和其他无机覆盖物 锌、铝及其合金）