可行性报告(海工装备防腐)

环保型海工装备表面防腐处理装置研发与应用

省部产学研结合项目可行性分析报告

一、立项依据

（一）项目的目的及意义

随着我国国民经济持续稳定地增长，油气资源短缺问题日益严重，对外进口依赖程度逐年提高，因此确保油气资源安全稳定供应已经成为国家能源安全战略的核心，其中立足国内油气资源勘探开发是国家能源战略的重点。近年来，我国海上石油产量一直稳步增长，占全国石油总产量的比重从2000年的6.7%升至2009年的11%。据专家推测，整个南海的石油地质储量大致在230亿-300亿吨之间，约占我国总资源量的三分之一，而且天然气资源量为50万亿方，属于世界四大海洋油气聚集中心之一，有“第二个波斯湾”之称。广东省拥有漫长的南海海岸线，海洋石油资源丰富，中海油的湛江分公司及深圳分公司均在广东境内。因此，广东省将在未来海洋油气资源开发扮演重要的角色，同时也是主要的受益省份。

海洋石油资源开发的关键在于海洋工程装备。尽管部分骨干企业已经初步形成功能模块设计建造、总装设计建造和调试的能力，但就整体而言，我国的海洋工程装备仍在全球属第三梯队，与欧美企业、韩国及新加坡企业相比，仍有不小的差距，这严重地制约了我国深海油气田的开采。由工信部负责制定的《“十二五”期间海洋工程装备发展规划》已基本草拟完毕，即将推出，其中对于中国海洋石油开发利用的相关装备制造等做了明确细致的规划。海洋工程装备业涉及到的行业包括海洋油气开发、海工平台制造、配套设备制造、油气开采服务以及设备设计总承等。“十二五”规划期间，海洋工程装备制造业将作为国家新兴支柱产业培育的重点领域，必定迅猛发展，由此催生了海洋防腐产业巨大的市场需求。

我国海洋防腐领域唯一的工程院院士侯保荣在题为《海洋与海洋腐蚀》的报告中指出，海洋腐蚀造成的损失比地震、火灾、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍还多。“根据国际通行方法计算，我国2008年因腐蚀所造成的经济损失超过9000亿元人民币，而这一数字在2009年超过1万亿元人民币。我们每一个中国人每年要为腐蚀损失承担700元人民币的代价。而其中海洋腐蚀占有很大的比例。”侯保荣指出，“如果采取有效的防护措施，腐蚀损失将能减少25%～40%。”因此，发展海洋防腐产业已经成为国家重大的战略需求。

磷化工艺是海工装备中如钻井套管等合金钢构件表面防腐处理的传统工艺。磷化处理固然有诸多优点，但也存在很多其自身无法克服的弊端：能耗高、污染较严重、含有害重金属、废水处理较困难、容易结渣等一系列问题。磷化处理污染包括磷化后的处理废渣和处理残留的废液。磷化废渣不仅含有磷酸盐而且含有重金属如锰、镍等。磷化废液也含有大量的磷酸盐，容易造成水体富营养化。随着社会化的健康及环保要求的不断提高,在提高处理性能的同时,实现处理过程的无毒环保成为海工装备表面防腐处理领域的主要研究方向。因此，开发环保型海工装备表面防腐处理装置显得十分迫切和必要，产业化应用将带来可观的经济效益和社会效益。

（二）国内外技术发展现状与趋势

1、磷化替代技术发展现状与趋势

近年来，国内外对于磷化替代处理配方及工艺研究十分活跃，目前在该研究领域主要有两个方向：（1）改进现有磷化工艺但仍采用含磷配方。主要的研究工作是为亚硝酸盐，Ni2+、Cr6+、Mn2+等重金属离子寻找替代物上。（2）完全摒弃含磷工艺采用全新方法的研究。目前国内外研究主要集中在硅烷偶联剂的成膜机理上。

金属硅烷化处理工艺是一种应运而生的磷化的替代工艺，它利用硅烷的双亲性能（即亲有机又亲无机）的特性，从功能上替代磷化的耐腐蚀和提高涂层附着力的能力。上世纪90年代，美国开始研究硅烷化技术。由于硅烷化技术不含磷，环保性能优越，一直是金属处理的研究热点。经过近二十年的研究，硅烷化的技术已经逐渐成熟，又因为其成本与磷化相当，因此被视为金属处理工艺的未来。国内的硅烷技术研究经过近几年的奋起直追，已经慢慢抹平了与世界先进水平的差距。2009年硅烷耐酸洗技术被国内技术专家所突破，硅烷全面替代磷化的最后一道门槛被打破，硅烷化的发展驶上了快车道，前景更加宽广。

硅烷化处理是以有机硅烷为主要原料对金属或非金属材料进行表面处理的过程。硅烷化处理与传统磷化相比具有以下多个优点：无有害重金属离子，不含磷，无需加温。硅烷处理过程不产生沉渣，处理时间短，控制简便；处理步骤少，可省去表调工序，槽液可重复使用；有效提高油漆对基材的附着力；可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。

目前市场上磷化替代产品主要分为锆系和硅烷系两类。其中锆系处理剂以德国汉高公司的NT-1型纳米陶瓷处理剂为代表，虽然现在市面上还有其它类型的锆系处理剂，但基本上都可以说是汉高NT-1型纳米陶瓷处理剂的易名产品和简单衍生产品。锆系处理剂对被处理的工件材质适应面窄，对水质要求高，操作不方便，因而其推广工作不是十分顺利。硅烷系处理剂的生产企业主要有德国chemetall公司开发的OXSILAN系列的有机硅烷金属处理液、美国ECOIL公司（依科公司）硅烷处理剂和国内企业华清公司HQ2000/8型处理剂以及上海光华金属表面处理有限公司投资成立的安徽未来表面技术有限公司F系列硅烷

处理剂。

安徽合肥华清公司的HQ2000/8型处理剂已在安徽某知名家电企业生产线使用，效果良好。该企业所生产冰箱外壳为安徽马钢产0.5/Q235型冷轧板，板材上主要附着物为挥发性防锈油（含量为50～100mg/m2），机械加工用润滑油，灰尘杂质等，原处理工艺为铁系磷化工艺，其主要作用是在去除上述物质后，在钢板表面生成一层附着力和耐蚀性能良好的铁系磷化膜，以提高后续涂装性能。HQ2000/8金属表面微纳陶瓷复合膜处理剂是一种以自主开发的复合型超支化硅烷偶联剂BTSE为主要成膜物质的新型处理剂。它不含重金属及磷酸盐等有害成分，能在洁净的金属表面形成一层致密的硅烷膜，显著提高后续金属涂层的附着力和耐蚀性能，克服了其它硅烷偶联型处理剂的缺点，具有无毒、无害、无污染、常温高效、操作简便等多项优点。该处理剂的典型工艺流程为：脱脂→水洗→漂洗→本产品处理→（水洗）→烘（吹）干→涂装（喷塑或电泳），其中硅烷化处理时间30s～5min之间，处理温度为常温（即不需要加热）。该硅烷处理剂在冰箱外壳防腐处理的工业化实践表明：（1）HQ2000/8金属表面微纳陶瓷复合膜处理剂可替代冰箱企业原先采用的磷化处理工艺，各项性能指标均符合指标。（2）原有生产线上无需进行设备改造，只需调整部分槽位功能即可进行硅烷化处理。（3）由于能耗及环保费用的降低，硅烷化处理与磷化相比综合成本有所降低。据初步测算。该冰箱企业每台冰箱涂装成本因此至少可下降0.2元。

国内已进行硅烷处理工业化的其他案例也有不少，如成都王牌汽车集团股份有限公司成功实现了硅烷化处理在汽车零部件行业中的应用，硅烷产品为ECO-004（美国依科技术公司，pH 7-8），硅烷化处理在操作工艺上有所改进，