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
图1 某模块三维图
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。
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。
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
表3 优化后CSP涂层系统
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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