論船舶脫硫塔改裝的防腐問(wèn)題

李曉軍

摘 要：船舶脫硫塔廢氣清洗系統(tǒng)的改裝作為滿足IMO限硫規(guī)定的主要方法之一，正在被越來(lái)越多的船舶所采用，而脫硫塔系統(tǒng)所產(chǎn)生的腐蝕性廢水也成為了危害船舶安全的重要因素之一。本文通過(guò)對(duì)脫硫塔系統(tǒng)的腐蝕環(huán)境、脫硫塔防腐案例和施工對(duì)策措施等方面的闡述分析，進(jìn)而對(duì)船廠在船舶脫硫塔改裝中防腐的主要問(wèn)題和應(yīng)對(duì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：船舶;脫硫塔;防腐;涂裝

0 引言

隨著進(jìn)入2020年1月1日，國(guó)際海事組織IMO的全球海域船舶限硫規(guī)定正式生效，要求進(jìn)入排放控制區(qū)的海船使用的船用燃油硫含量<0.5%，各成員國(guó)船級(jí)社注冊(cè)的船舶現(xiàn)已在積極履行該決議。對(duì)于船舶業(yè)主和運(yùn)營(yíng)商而言，減少硫化物排放的可用有效方法目前有三種：一是使用低硫燃油，二是使用清潔能源代替燃料油，三是安裝使用脫硫塔廢氣清洗系統(tǒng)（EGCS）。[1]據(jù)克拉克森研究公司預(yù)測(cè)，在2020年之前將有多達(dá)10%的船舶安裝脫硫塔，這一數(shù)字還將在2020年底增至15%，其中全球約77%的脫硫裝置改裝都是由中國(guó)船廠完成。[2]

船用脫硫塔系統(tǒng)采用以堿性溶液進(jìn)行實(shí)現(xiàn)脫硫的濕法脫硫，而濕法脫硫塔系統(tǒng)根據(jù)其工作原理主要分為三種類型：直接抽取海水（天然堿性溶液）并排放的開放式脫硫塔、使用海淡水綜合循環(huán)水柜加投脫硫劑形式獲得零排放能力的閉環(huán)式脫硫塔，以及將以上兩種形式有機(jī)組合的混合式脫硫塔。開放式脫硫塔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，更容易進(jìn)行安裝和改造，同時(shí)由于直接使用海水，又節(jié)省了堿性脫硫劑的費(fèi)用，因此目前船舶脫硫塔的改裝基本都是采用的這一形式。

通常，脫硫塔系統(tǒng)設(shè)備是由設(shè)備廠商整體生產(chǎn)，而船廠則負(fù)責(zé)將脫硫塔系統(tǒng)設(shè)備安裝在船舶上。設(shè)備的防腐是由設(shè)備廠商通過(guò)材質(zhì)替換、涂塑、涂漆等方式實(shí)現(xiàn)，在此不做深入討論。本文主要針對(duì)船廠對(duì)于脫硫塔系統(tǒng)設(shè)備的安裝過(guò)程中涉及到的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)極高的排舷外管的制作和安裝過(guò)程中的防腐問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)討論分析。

1 脫硫塔的腐蝕環(huán)境

開放式脫硫塔的主要工作過(guò)程為：海水通過(guò)供水系統(tǒng)被抽入到脫硫塔中并通過(guò)塔內(nèi)的噴頭噴出，與被收集到脫硫塔中的燃油燃燒產(chǎn)生的酸性煙氣進(jìn)行中和反應(yīng)，脫硫后的煙氣上行經(jīng)氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后排入大氣，而中和了硫化物的混合海水溶液下行經(jīng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后通過(guò)海水排放系統(tǒng)流入大海。

純海水的pH值通常在7.9～8.4范圍內(nèi)，具有天然的酸堿緩沖能力及吸收酸性氣體的能力，其海水脫硫就是利用海水的這種特性達(dá)到煙氣脫硫的目的。[3]這使得脫硫洗滌廢水中包含有Cl-、SO3-、SO4-、NO2-、NO3-、PAHs（多環(huán)芳徑）、懸浮顆粒物和其他重金屬元素等等腐蝕因子。根據(jù)國(guó)際海事組織《船舶廢氣清洗系統(tǒng)導(dǎo)則》要求：在船舶靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，排舷外管最遠(yuǎn)4m處的排放水流pH值不得超過(guò)6.5。以此要求數(shù)值為極限值，通常要求船舶脫硫塔系統(tǒng)排出的洗滌廢水的pH值控制在約為4-6之間，為酸性腐蝕溶液。同時(shí)，由于脫硫系統(tǒng)內(nèi)部存在加熱工序，洗滌廢水的溫度通常比周圍海水高10℃左右。因此，脫硫塔系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境是具有極高腐蝕性的。

2 脫硫塔腐蝕案例

自全球完成脫硫塔改裝的船舶陸陸續(xù)續(xù)開始營(yíng)運(yùn)，不斷有收到關(guān)于脫硫塔腐蝕的事故報(bào)告。日本NK船級(jí)社在2020年4月發(fā)給客戶的一份技術(shù)報(bào)告中發(fā)出警告，稱由于廢氣清潔系統(tǒng)某些焊接部件受到腐蝕出現(xiàn)了脫硫塔海水泄露事件，并且已經(jīng)收到幾份關(guān)于泄露的報(bào)告。[4]下面就一起2020年發(fā)生在我司臺(tái)灣長(zhǎng)怡輪上的開放式脫硫塔腐蝕事故為例，進(jìn)行分析。

2.1 事故回顧

2020年3月，該輪在航運(yùn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)艙脫硫器海水出口管接連機(jī)艙船殼的地方破洞1.5cm，導(dǎo)致海水滲入機(jī)艙，見圖1。

經(jīng)調(diào)查，2019年5-6月在中國(guó)某船廠進(jìn)塢進(jìn)行外板和脫硫塔安裝項(xiàng)目。5月30日開始統(tǒng)一做外板第一度底漆。根據(jù)最初計(jì)劃，脫硫口周圍4m區(qū)域同外板一起施工，但由于脫硫口導(dǎo)流罩的電焊工作遲遲未能完成，導(dǎo)致脫硫口區(qū)域?qū)嶋H上只能分兩塊施工，把導(dǎo)流罩附近一圈留了下來(lái)。附件其他區(qū)域的油漆在6月2日已全部完工。見下圖2。

而脫硫口導(dǎo)流罩在出塢前一天6月4日晚上21點(diǎn)移交涂裝施工，然后于22點(diǎn)開始噴涂第一度玻璃鱗片底漆。6月5日早上6點(diǎn)修補(bǔ)第二度的連接漆，8點(diǎn)左右修補(bǔ)防污漆，11點(diǎn)左右開始放水出塢，15點(diǎn)左右該脫硫口區(qū)域浸水。

油漆配套如下表1：

2.2 原因分析

通過(guò)事故調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)情況的勘驗(yàn)，并結(jié)合相關(guān)油漆的性能要求，對(duì)該事故的主要原因分析如下：

2.2.1 油漆未充分干燥的條件下過(guò)早浸水，導(dǎo)致油漆固化不正常

本輪的脫硫口導(dǎo)流罩的涂裝修補(bǔ)中，玻璃鱗片的實(shí)際浸水時(shí)間僅僅為17h左右，通常玻璃鱗片的最短浸水時(shí)間為2-5天（各家油漆公司產(chǎn)品略有不同），因此從時(shí)間上看是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，從而導(dǎo)致整體不正常固化并剝落。見圖3。導(dǎo)流口處裸露的鋼板受到高濃度的脫硫洗滌廢水影響，先行逐步腐蝕并導(dǎo)致穿孔泄漏，見圖4。

油漆施工完成后，涂層需要足夠的時(shí)間進(jìn)行干燥和反應(yīng)固化。這是由于一方面油漆本身需要進(jìn)行干燥來(lái)增加結(jié)合力強(qiáng)度，以免剝離脫落;另一方面，尤其對(duì)于雙組分的底漆來(lái)說(shuō)，油漆混合后需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)涂層的固化和性能的穩(wěn)定。過(guò)早的浸水將會(huì)影響油漆的結(jié)合力和附著情況，也會(huì)影響油漆的固化反應(yīng)過(guò)程，導(dǎo)致涂層無(wú)法正常固化、性能降低和涂層剝落，尤其是脫硫口導(dǎo)流罩處在酸性的強(qiáng)化學(xué)腐蝕性環(huán)境，極容易對(duì)油漆的性能產(chǎn)生化學(xué)影響。

2.2.2 導(dǎo)流罩蓋板的焊接不良，導(dǎo)致了該區(qū)域的縫隙腐蝕

導(dǎo)流罩焊縫的反面為單邊焊，這使得焊縫的一個(gè)面無(wú)法有效進(jìn)行涂裝，同時(shí)因縫隙腐蝕的強(qiáng)化作用，導(dǎo)致該處區(qū)域發(fā)生劇烈的鋼板腐蝕作用。此外，由于焊縫自身和周圍過(guò)熱區(qū)域材質(zhì)有所變化，以及殘余應(yīng)力，導(dǎo)致該區(qū)域更易受到腐蝕作用，尤其是焊接缺陷處。圖5。

2.2.3 涂裝施工問(wèn)題

在本次項(xiàng)目中，涂裝主管、油漆商以及船東都對(duì)表面處理、施工環(huán)境條件、膜厚狀態(tài)等進(jìn)行了檢查，符合基本要求。綜合以上，該事故的發(fā)生過(guò)程如下：脫硫口導(dǎo)流罩區(qū)域的油漆修補(bǔ)后，因固化干燥時(shí)間不足便泡水，使得油漆在后期固化過(guò)程中受到了海水以及脫硫洗滌水的影響，導(dǎo)致了油漆非正常固化，從而使得油漆自身性能和與鋼板的結(jié)合力急劇降低。同時(shí)，在高溫高腐蝕性洗滌水的沖刷下，使得導(dǎo)流罩出水口附近未干燥的油漆首先剝落，從而快速腐蝕此處的鋼板，并且進(jìn)一步通過(guò)涂層底部的縫隙將海水和洗滌水的混合液滲透到周圍新修補(bǔ)油漆的底部，再結(jié)合海水的不斷沖刷，導(dǎo)致了周圍新修補(bǔ)油漆的大面積剝落。此外，導(dǎo)流罩焊縫的單邊焊問(wèn)題，同樣使得該區(qū)域產(chǎn)生了嚴(yán)重的縫隙腐蝕和開裂，使得涂層產(chǎn)生破損斷裂，進(jìn)而同樣影響周邊涂層質(zhì)量。

3 施工對(duì)策措施

由上面可知，針對(duì)高腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的脫硫塔系統(tǒng)改裝工程，相關(guān)船廠的管理和施工人員應(yīng)當(dāng)了解和掌握以下措施：①熟悉油漆配套和產(chǎn)品性能要求，包含表面處理等級(jí)要求、油漆膜厚、復(fù)涂間隔、最短浸水時(shí)間、粗糙度要求等，條件允許的情況下，優(yōu)先考慮沖砂的表面處理方式;②根據(jù)油漆配套要求合理安排和控制生產(chǎn)計(jì)劃周期，并且確保能有正常的施工和干燥時(shí)間;③盡可能確保脫硫系統(tǒng)區(qū)域油漆一次施工完成，避免額外多次修補(bǔ);如油漆確實(shí)需要搭接修補(bǔ)，則搭接處應(yīng)打坡口，各道修補(bǔ)涂層過(guò)渡平順，以提高搭接處的油漆結(jié)合力;④油漆類型應(yīng)該用得到廣泛認(rèn)可的耐酸類具有一定耐磨耐沖擊的高強(qiáng)度重防腐油漆，比如高固含量玻璃鱗片，GRE，PE等;⑤改進(jìn)設(shè)計(jì)和焊接要求，通過(guò)滿焊來(lái)進(jìn)行整體涂裝，或者替換材質(zhì)等方式來(lái)確保浸水區(qū)域的防腐能力和效果;⑥電焊施工時(shí)，注意保證電焊作業(yè)合規(guī)質(zhì)量，提高焊縫質(zhì)量和強(qiáng)度，避免焊縫及其缺陷處過(guò)早地發(fā)生腐蝕;⑦盡量減少不利于涂裝的不平整和狹窄區(qū)域，如焊縫、銳邊和角落等。針對(duì)此類區(qū)域，可增加1～2道預(yù)涂工序，以確保油漆完全覆蓋和涂層厚度;⑧加強(qiáng)涂裝作業(yè)的質(zhì)量管理和控制，嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行施工并做好檢查和修補(bǔ)，以確保涂裝質(zhì)量符合技術(shù)配套的要求;⑨由于油漆固化干燥時(shí)間受溫度影響明顯，如有必要，可通過(guò)加熱升溫的方式來(lái)加快油漆的干燥固化所需的時(shí)間。

4 結(jié)論

針對(duì)船舶的環(huán)保要求是社會(huì)發(fā)展的必然需求，而采用脫硫塔系統(tǒng)進(jìn)行廢氣清洗仍將是最有效直接的方式手段。脫硫塔系統(tǒng)內(nèi)高腐蝕的環(huán)境因素，對(duì)船舶的安全危害需要引起各方單位部門足夠的重視。而作為建造施工方的船廠，更應(yīng)當(dāng)予以充分的重視并采取積極的對(duì)策，以減少或避免因此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和聲譽(yù)損失。作為脫硫塔改裝主力軍的中國(guó)船廠，更要在脫硫塔工程的防腐問(wèn)題上做好功課、下足功夫，通過(guò)管理和技術(shù)水平的成熟化和標(biāo)準(zhǔn)化，合理安排生產(chǎn)計(jì)劃和進(jìn)度，以確保質(zhì)量控制的不斷強(qiáng)化提升。

參考文獻(xiàn)：

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[4] NK船級(jí)社.NK船級(jí)社警告：脫硫塔腐蝕會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故[N].龍的船人，2020-4-20.