葉長(zhǎng)林， 徐衛(wèi)華

(1.中船澄西華爾新特種涂裝(無錫)有限公司， 江蘇 無錫 214433；2.中船澄西船舶修造有限公司， 江蘇 江陰 214433)

0 引言

船舶外殼除銹涂裝是船舶修理工程中的關(guān)鍵工程。干式噴砂除銹作業(yè)易產(chǎn)生大量砂質(zhì)粉塵，粉塵中的懸浮顆粒受風(fēng)力作用后四處擴(kuò)散，嚴(yán)重?fù)p害了大氣質(zhì)量，同時(shí)危害了除銹涂裝施工人員、其他公司員工及船廠附近居民的身體健康。

隨著國家對(duì)環(huán)保重視程度的不斷提升及新規(guī)范、新要求的陸續(xù)提出，地方環(huán)保部門和巡查機(jī)構(gòu)對(duì)船廠的粉塵、廢氣排放加大了督查力度，因此先進(jìn)的綠色修船技術(shù)決定著船舶修造企業(yè)后續(xù)發(fā)展出路的高度。在此背景下，船舶除銹工藝持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化并取得重大突破，新型移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備目前已廣泛應(yīng)用于浮船塢常規(guī)噴砂項(xiàng)目、碼頭船舶貨艙噴砂項(xiàng)目，有效遏制住了干式噴砂粉塵擴(kuò)散造成的環(huán)境污染。

新型移動(dòng)式環(huán)保水霧噴砂設(shè)備在浮船塢船舶外殼除銹應(yīng)用過程中也暴露出了諸多問題，如：浮船塢現(xiàn)有干式噴砂除銹生產(chǎn)資源閑置；移動(dòng)式水霧噴砂除銹生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間過長(zhǎng)，每次噴砂前鏟運(yùn)水霧噴砂機(jī)進(jìn)出船塢需要4～5 h的準(zhǔn)備時(shí)間，影響船塢內(nèi)的施工效率；移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)成本過高、人力動(dòng)能成本急劇上升；塢內(nèi)放置移動(dòng)水霧噴砂機(jī)后造成設(shè)備與船塢間的空間大幅縮小，高空車施工時(shí)存在比較大的安全隱患。因此，環(huán)保式水霧噴砂技術(shù)在浮船塢船舶外殼除銹作業(yè)中的應(yīng)用有待進(jìn)一步提高，有必要在充分利用原有浮船塢塢墻內(nèi)置砂缸的基礎(chǔ)上，研發(fā)新型浮船塢固定水霧噴砂技術(shù)，以消除上述不利影響，滿足塢期提速的需求。

本文分析了浮船塢船舶外殼干噴砂除銹設(shè)備、設(shè)施的現(xiàn)狀，充分考慮施工安全、環(huán)境保護(hù)、塢期控制、除銹效率提升等多方面因素，融合環(huán)保水霧噴砂和智能控制兩大關(guān)鍵前沿技術(shù)，形成適用于浮船塢的固定式水霧噴砂可行性技術(shù)方案。

1 移動(dòng)式水霧噴砂技術(shù)的局限性

移動(dòng)式水霧噴砂技術(shù)的應(yīng)用始于碼頭船舶貨艙除銹作業(yè)。由于碼頭空間較大且水霧噴砂作業(yè)時(shí)需使用的砂管、水管等管系及其他附件直接連接至船上貨艙，因此在排布大量移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備后，不會(huì)對(duì)碼頭通行及其他作業(yè)造成影響。

繼碼頭船舶應(yīng)用水霧噴砂技術(shù)后，浮船塢也開始應(yīng)用該技術(shù)。浮船塢應(yīng)用該技術(shù)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)該新型移動(dòng)水霧噴砂設(shè)備在塢內(nèi)噴砂除銹過程中存在較大的時(shí)間、空間、效率、成本等應(yīng)用缺陷，直接導(dǎo)致了船舶塢期的延長(zhǎng)，制約了寶貴的浮船塢資源的使用周轉(zhuǎn)效率，同時(shí)增加了船舶的修理成本。

1.1 施工效率

船舶進(jìn)塢后，外殼除銹涂裝是一項(xiàng)基本工程，這也是船舶進(jìn)塢的主要目的之一。移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備在浮船塢應(yīng)用之前，一直使用干式噴砂的方式進(jìn)行船舶外殼除銹作業(yè)。由于干式噴砂設(shè)備內(nèi)嵌在浮船塢的塢墻內(nèi)，因此船舶外殼噴砂除銹作業(yè)前，只需將塢墻內(nèi)置砂缸灌滿干砂即可。充滿干砂的內(nèi)置砂缸容積較大，可持續(xù)使用很長(zhǎng)時(shí)間。

移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備由上部砂缸和下部設(shè)備組成。船舶外殼除銹作業(yè)前需準(zhǔn)備大量的移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備及移動(dòng)式砂缸，這些設(shè)備及砂缸需多輛鏟車多次鏟運(yùn)至浮船塢內(nèi)，船舶外殼除銹作業(yè)準(zhǔn)備耗費(fèi)了大量時(shí)間，影響了船塢內(nèi)的船舶外殼除銹施工效率。

1.2 作業(yè)空間

船舶進(jìn)塢后，外殼與浮船塢兩側(cè)的塢墻之間的通道一般有5～8 m。若船舶型寬較大，通道間距僅有3～4 m。在塢側(cè)通道放置大量的移動(dòng)水霧噴砂機(jī)設(shè)備和移動(dòng)砂缸，導(dǎo)致通道空間大幅縮小，高空作業(yè)車、車輛等作業(yè)通行空間受到嚴(yán)重限制甚至無法通行。

1.3 生產(chǎn)設(shè)備資源

船塢內(nèi)使用大量的移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備進(jìn)行船舶外殼噴砂除銹作業(yè)，直接導(dǎo)致了船塢塢墻原有固定內(nèi)置干式噴砂設(shè)備的閑置，造成了塢內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備資源的重大浪費(fèi)。同時(shí)，移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備在浮船塢內(nèi)的大量使用，也牽制了碼頭船舶貨艙等其他部位水霧噴砂除銹的生產(chǎn)能力。

2 浮船塢除銹設(shè)備和設(shè)施現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)有浮船塢塢墻內(nèi)置干式砂缸現(xiàn)狀

目前，某公司沿江岸線東西兩個(gè)區(qū)域分別布置有江山、金山、衡山3個(gè)浮船塢：東區(qū)江山塢南北塢墻內(nèi)置干式砂缸艙室6處，每處各有0.75 t干式砂缸14臺(tái)，合計(jì)84臺(tái)；金山塢南北塢墻內(nèi)置干式砂缸艙室6處，每處各有0.75 t干式砂缸12臺(tái)，合計(jì)72臺(tái)；西區(qū)衡山塢南北塢墻內(nèi)置干式砂缸艙室4處，每處各有0.75 t干式砂缸12臺(tái)，合計(jì)48臺(tái)。浮船塢采用移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備后，以上塢墻內(nèi)置干式砂缸處于閑置狀態(tài)。

2.2 現(xiàn)有浮船塢供水管道狀況

衡山塢、金山塢抬船甲板塢墻外側(cè)保留有承載31.5 MPa的高壓水管道。金山塢塢內(nèi)東北側(cè)門洞4組集水器及先導(dǎo)式高壓沖水閥已被拆除，西南側(cè)高壓水管道約15 m及金山駁艙室內(nèi)管道約40 m已被截?cái)?，以上?xiàng)目需要重新恢復(fù)；江山塢抬船甲板上無多余供水管道，需重新布置約750 m供水管道；衡山塢2/3沖水閥已被拆除，分水包上仍保留有連接端口，約50 m管道需要重新恢復(fù)，系統(tǒng)其余部分管道保留完整?，F(xiàn)有浮船塢除江山塢外，供水管道保留較為完整，稍加改造后即可為塢內(nèi)固定式水霧噴砂供水。

3 浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂技術(shù)原理

3.1 系統(tǒng)原理

經(jīng)多次調(diào)研，確定了浮船塢固定式水霧噴砂系統(tǒng)技術(shù)原理(見圖1)：新增多級(jí)增壓泵，通過固定管道將壓力水輸送至集水器裝置，經(jīng)阻滯板遲滯、消除渦流后的穩(wěn)定壓力水通過閥組、橋接管進(jìn)入水霧銜接裝置，管內(nèi)壓力水在泵推壓力的推動(dòng)下經(jīng)水霧噴射器裝置噴射霧化，與流經(jīng)的磨料進(jìn)行混合后形成水砂混合物，在壓縮氣體的作用下，砂管內(nèi)的水砂不斷跳動(dòng)翻滾混合，最終由噴砂槍噴出，作用于除銹作業(yè)面，完成系統(tǒng)的船舶外殼環(huán)保除銹作業(yè)。

圖1 浮船塢固定式水霧噴砂系統(tǒng)技術(shù)原理圖

3.2 主要技術(shù)指標(biāo)

單位耗水量：?jiǎn)螄姌寙挝粫r(shí)間內(nèi)耗水量≥3±0.3 L/min；

設(shè)計(jì)水壓:1.2 MPa；

工作水壓：0.8～0.9 MPa ；

未端出口壓力：(衡定)1 MPa；

表面處理效率：膜厚為1 200 μm(以環(huán)氧底漆為例)，在SA2.0表面處理標(biāo)準(zhǔn)下，表面處理效率設(shè)定為4.8～5.0 m/h，約為干噴砂表面處理效率(7.0 m/h)的70%，表面處理效率≥移動(dòng)式水霧噴砂設(shè)備的表面處理效率。

3.3 主要技術(shù)參數(shù)

浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 浮船塢固定式水霧噴砂系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

3.4 性能要求

浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂技術(shù)應(yīng)具備通用性強(qiáng)、易操作、故障率低、作業(yè)安全等特點(diǎn)，應(yīng)滿足與現(xiàn)用高壓水系統(tǒng)使用互不干擾的基本要求，系統(tǒng)不得與其他設(shè)備搶占?jí)]內(nèi)通道。

水霧銜接裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮塢墻內(nèi)置砂缸所處位置與銜接裝置端口之間的合理間距，便于連接砂管。水霧銜接裝置應(yīng)具備擴(kuò)展、調(diào)整、互換、便于接拆等特性，連接端口應(yīng)統(tǒng)一技術(shù)規(guī)格，便于連接移動(dòng)式水霧大砂缸，從而實(shí)現(xiàn)2種水霧噴砂裝置同步使用的目標(biāo)。

4 可行性技術(shù)方案研究

東區(qū)金山塢與江山塢相距較近，擬共用泵站設(shè)備及控制系統(tǒng)，衡山塢使用獨(dú)立設(shè)置的系統(tǒng)。

4.1 變頻多級(jí)增壓泵站設(shè)計(jì)

東區(qū)兩塢由兩用一備3套多級(jí)增壓泵組成泵站(見圖2)，單泵排量200 L/min、末端壓力1 MPa、電壓380 V，具有PLC智能化變頻、手機(jī)遙控開關(guān)旁通閥、實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓、電流、水壓及旁通閥開閉狀態(tài)的能力。西區(qū)衡山塢由一用一備2套多級(jí)增壓泵組成泵站，單臺(tái)泵排量150 L/min、末端壓力1 MPa、電壓380 V，具備智能化變頻控制能力，但不具備實(shí)時(shí)遙控監(jiān)測(cè)的能力，其余各類安全保護(hù)裝置齊全，能滿足環(huán)保及職業(yè)健康要求。

圖2 變頻多級(jí)增壓泵站

4.2 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要利用原有供水管系，新增從船塢至駁船內(nèi)泵站部分管系，其中：金山塢、衡山塢利用原有高壓水管道進(jìn)行修復(fù)，少量管道為新裝；江山塢新增供水管系。

4.3 集水分配器設(shè)計(jì)

三塢增設(shè)集水分配器(見圖3)，其中：金山塢8套，江山塢12套，衡山塢8套。

圖3 集水分配器

液態(tài)射流進(jìn)入集水器，在作用力與反作用力條件下形成漩渦，液體經(jīng)出口處不斷擠出進(jìn)入水霧銜接裝置內(nèi)，水霧噴射器持續(xù)將液體霧化。經(jīng)測(cè)試，單位時(shí)間內(nèi)液體輸出量與霧化量比例失調(diào)，主要原因?yàn)樯淞鳟a(chǎn)生的漩渦未得以消除。為此，在集水器內(nèi)腔加裝三層阻滯板。液體射流漩渦經(jīng)阻滯板，層層衰減，最終消除。

4.4 水霧銜接裝置設(shè)計(jì)

水霧銜接裝置在整個(gè)系統(tǒng)中起到了紐帶作用，是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。根據(jù)需要，水霧銜接裝置與集水分配器對(duì)應(yīng)布置，見圖4。

圖4 水霧銜接裝置

系統(tǒng)由塢墻內(nèi)延伸的沖砂管連接至銜接裝置的進(jìn)口端，壓縮空氣、磨料與水霧在此交匯并初次混合，形成水砂混合磨料。在壓縮空氣的推動(dòng)下，水砂混合磨料經(jīng)軟管流至噴砂槍出口端。

由于水砂混合物的沖刷效應(yīng)，普通金屬材料制成的高壓噴嘴磨損速率較快。當(dāng)噴嘴孔徑為2 mm時(shí)，噴嘴工作僅能維持32 h。采用不銹鋼鈦合金后，噴嘴工作時(shí)間增加了10倍以上，其耐磨性能得到了大幅提升。同時(shí)在噴嘴內(nèi)腔增加導(dǎo)流片，使聚集在泄放口的液體流速加快霧化更加充分。

4.5 水霧噴射器裝置設(shè)計(jì)

水霧噴射器裝置由壓蓋、連接基座、高壓噴嘴等零件組成。整套噴射器系統(tǒng)與DN50/Y型鑄鐵三通45°的端口連接，系統(tǒng)衡定的壓力水流經(jīng)高壓噴嘴進(jìn)入三通內(nèi)腔形成水霧。

4.6 電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電器控制采用自動(dòng)化控制，具備靈敏感知能力、正確思維能力、準(zhǔn)確判斷和有效執(zhí)行能力，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)全程智能化控制。

東西兩區(qū)設(shè)置相同，分別布置有1組電氣控制柜，主要參數(shù)為電壓380 V，工作頻率50 Hz，單臺(tái)電機(jī)功率15 kW。

5 固定式水霧噴砂技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

目前，浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂技術(shù)方案已得到成功應(yīng)用。經(jīng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集驗(yàn)證和實(shí)效測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況良好，符合塢內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)使用要求，擬定設(shè)備參數(shù)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。與移動(dòng)式水霧噴砂機(jī)相比，優(yōu)勢(shì)及效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)環(huán)保：浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂工藝解決了修船企業(yè)常規(guī)普涂粉塵污染問題，較常規(guī)干噴砂，能夠減少90%以上的粉塵污染。

(2)施工效率：浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂裝置施工效率能夠滿足修船企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的需要。施工效率可達(dá)常規(guī)干噴砂的85%以上，較工作壓力為270 MPa的手持式超高壓水及國外進(jìn)口同類設(shè)備均高出30%左右。

(3)施工質(zhì)量：浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂表面處理質(zhì)量?jī)?yōu)于超高壓水清理工藝，表面更均勻，粗糙度適中，連接坡口平緩，無翹皮現(xiàn)象。國外進(jìn)口同類設(shè)備因使用的磨料顆粒度過小，表面粗糙度偏小，表面油漆結(jié)合力不如新型水霧噴砂工藝。因產(chǎn)生閃銹，表面處理質(zhì)量低于常規(guī)干噴砂工藝，但新型水霧噴砂工藝不會(huì)在鋼板表面產(chǎn)生夾砂現(xiàn)象。

(4)設(shè)備投資成本：浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂裝置系統(tǒng)造價(jià)較低。系統(tǒng)設(shè)備投資成本僅為進(jìn)口單套雙槍超高壓設(shè)備的1/3左右。國外同類設(shè)備單套只配置1把噴砂槍，固定式環(huán)保水霧噴砂系統(tǒng)可以同時(shí)使用塢墻內(nèi)固定砂缸，單槍投資費(fèi)用僅為移動(dòng)式水霧噴砂機(jī)50%左右。

(5)磨料成本：浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂裝置可以適用顆粒度范圍更廣的非金屬磨料。對(duì)磨料鹽分含量的要求更低。通過銅礦砂篩選處理設(shè)備，可以最大限度地重復(fù)利用銅礦砂磨料，大幅降低修船企業(yè)的銅礦砂消耗成本，其中小顆粒的銅礦砂是新型水霧噴砂工藝?yán)硐氲哪チ?。國外進(jìn)口同類設(shè)備須選用顆粒度非常細(xì)小、且均勻的非金屬磨料，其磨料價(jià)格遠(yuǎn)高于常規(guī)銅礦砂磨料。

(6)水消耗成本：浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂裝置系統(tǒng)可以使用鹽分含量小于350 ms/cm各類淡水，經(jīng)過簡(jiǎn)單過濾的江河水也可以使用。

(7)設(shè)備維護(hù)成本：浮船塢固定式環(huán)保水霧噴砂裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維護(hù)，可靠耐用，設(shè)備日常維護(hù)費(fèi)用較低。目前大部分超高壓設(shè)備配件都需要進(jìn)口，因此運(yùn)行維護(hù)成本都比較昂貴，其日常維護(hù)費(fèi)用也是施工的主要成本之一。

6 結(jié)論

(1)固定式環(huán)保水霧噴砂技術(shù)成功融合了環(huán)保水霧噴砂和智能控制技術(shù)，整體提升了浮船塢內(nèi)船舶外殼除銹的生產(chǎn)效率，壓縮了塢內(nèi)水霧噴砂的成本，滿足了當(dāng)前的修船環(huán)保需求，為縮短修船塢期、提速增效提供了強(qiáng)有力的保障。

(2)可將固定式環(huán)保水霧噴砂技術(shù)作為修船塢內(nèi)船舶主要的環(huán)保清理除銹技術(shù)，但水霧噴砂存在廢砂回收清理困難較大，廢砂后續(xù)處置較為棘手，新砂產(chǎn)量不足導(dǎo)致供應(yīng)短缺等問題。

(3)根據(jù)當(dāng)前超高壓水處理工藝、裝備的不斷成熟與改進(jìn)優(yōu)化，按照分步、分批的原則，逐步推進(jìn)超高壓水處理工藝、裝備在修船涂裝的應(yīng)用，彌補(bǔ)目前固定式環(huán)保水霧噴砂工藝和施工能力的不足問題。同時(shí)，需要不斷優(yōu)化改進(jìn)固定式環(huán)保水霧噴砂的配套設(shè)備、設(shè)施，爭(zhēng)取不斷提升其施工效率和塢內(nèi)廢水處理能力，以滿足修船環(huán)保生產(chǎn)需要。