環(huán)保噴砂工藝在海洋工程中的應(yīng)用

吳顯斌，豆小艷，陳品，徐學(xué)軍，劉廣輝，姜立群

（海洋石油工程（青島）有限公司， 山東 青島 266520）

海洋石油工程裝備工況環(huán)境惡劣，腐蝕嚴(yán)重，通常采用重防腐涂料進(jìn)行防護(hù)。為滿足鋼材表面的粗糙度和清潔度要求，在涂料噴涂之前大多需要進(jìn)行噴砂處理。傳統(tǒng)噴砂工藝，在施工過程中會產(chǎn)生大量的粉塵污染。室內(nèi)噴砂，由于噴砂房內(nèi)配備有除塵系統(tǒng)，經(jīng)過除塵凈化后通常能夠滿足相應(yīng)的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，海洋工程行業(yè)由于需要在室外進(jìn)行油漆修補(bǔ)，因此室外噴砂不可避免。如何在室外條件下滿足粉塵排放要求，亟待解決。本文針對不同工況條件下的室外噴砂作業(yè)，通過對設(shè)備的選型和磨料的選擇，結(jié)合現(xiàn)場實驗和實際應(yīng)用，探索合適的噴砂工藝，以滿足國家現(xiàn)行的大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 傳統(tǒng)噴砂工藝應(yīng)用情況

噴砂是利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化基體表面的過程。采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將磨料高速噴射到需要處理的工件表面，使工件表面的外表或形狀發(fā)生變化，由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機(jī)械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力，延長了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和裝飾。

從施工成本考慮，傳統(tǒng)噴砂工藝在室外條件下通常選擇石榴石、氧化鋁等一次性使用的非金屬磨料，其硬度低、易破碎，在噴射到工件表面的瞬間會變成粉末狀的礦砂，在壓縮空氣的作用下，磨料粉塵會彌漫到整個噴砂區(qū)域，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

2 環(huán)保噴砂工藝的選擇

針對不同室外工況條件，在滿足涂裝質(zhì)量要求和施工工效的前提下，通過合理選擇噴砂設(shè)備和磨料類型，滿足相應(yīng)的環(huán)保要求。

2.1 海綿磨料噴砂

海綿磨料是以一種以聚氨酯海綿體材料作為膠黏劑，將不同規(guī)格的磨料黏結(jié)在一起形成的砂團(tuán)。該磨料結(jié)合了聚氨酯海綿的吸附能力和傳統(tǒng)噴砂工藝的切削能力，海綿體在壓縮空氣的推動下沖擊工件表面時變扁，磨料瞬間顯露出來對工件表面進(jìn)行噴拋清理并形成一定的粗糙度，而砂團(tuán)在脫離工件表面時，海綿體迅速擴(kuò)張，形成真空，吸附產(chǎn)生的絕大多數(shù)粉塵和雜質(zhì)，從而顯著改善噴砂作業(yè)的環(huán)境。圖1為海綿磨料，圖2為海綿磨料噴砂機(jī)。

海綿磨料具有以下優(yōu)點：(a)低塵環(huán)保，噴砂作業(yè)過程中基本無可見性粉塵逸出；(b)安全性高，海綿磨料外層的聚氨酯海綿體，使得磨料不會產(chǎn)生劇烈的飛濺和反彈；(c)可循環(huán)利用，節(jié)約材料成本。但是，海綿磨料也有自身的缺點，如成本較高、噴砂工效偏低等。

因此，海綿磨料主要適用于以下室外工況：(a)船體艙室、海洋平臺生活樓房間等可實現(xiàn)海綿磨料有效回收的密閉空間；(b)項目后期，各專業(yè)已基本完工，為減少對其他專業(yè)的污染和破壞，采用海綿磨料進(jìn)行局部區(qū)域的修補(bǔ)作業(yè)。

2.2 高壓水噴射

圖1 海綿磨料

高壓水噴射是利用高壓水的壓力對底材表面進(jìn)行處理，對底材表面附著物產(chǎn)生沖擊、水楔、疲勞和氣蝕等作用，使其脫落而除去。高壓水的壓力一般能到達(dá)200-250MPa，可以有效地去除氧化皮、鐵銹和舊涂層[1]。

高壓水噴射由于不使用任何磨料，因此是一種無塵環(huán)保的表面處理的方法，對于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式也能較好地進(jìn)行噴射處理，且可以有效地去除底材表面的可溶性鹽分。

但高壓水噴射也有自身明顯的缺點：(a)高壓水噴射不能產(chǎn)生粗糙度，只能維持母材表面的原始粗糙度，焊道區(qū)域不適合高壓水噴射；(b)高壓水噴射后的廢水中含有舊油漆、污油、鐵銹等雜質(zhì)，不能直接排入大海，回收困難；(c)需使用特種油漆（滿足在一定濕度條件下施工），水汽和閃銹是不均勻分布的，在水汽和閃銹較多的地方油漆附著力差，甚至存在短時間內(nèi)脫落的風(fēng)險。

因此，高壓水噴射除銹，主要用于海洋工程中的涂裝系統(tǒng)維修工作。特別適用于船舶進(jìn)塢、設(shè)備停檢期的涂裝工作。

2.3 循環(huán)回收式噴砂機(jī)

循環(huán)回收式噴砂機(jī)采用壓縮空氣作為動力，將磨料高速噴射到工件表面，經(jīng)過磨料沖擊將工件表面銹污除去，使表面達(dá)到要求的清潔度和粗糙度，再通過真空泵（或真空發(fā)生器）產(chǎn)生的負(fù)壓，回收磨料和粉塵，并通過設(shè)備的粉塵分離系統(tǒng)將完整的磨料分離繼續(xù)循環(huán)使用，而粉塵和銹污則進(jìn)入集塵桶內(nèi)。

圖2 海綿磨料噴砂機(jī)

循環(huán)回收式噴砂機(jī)（如圖3所示）采用的是不易破碎的金屬磨料，噴砂的同時即實現(xiàn)了磨料和粉塵的回收，是一種環(huán)保噴砂設(shè)備。但也有其應(yīng)用的局限性：(a)工效偏低，不適用于大面積噴砂作業(yè)；(b)噴砂槍需和鋼材表面完全貼合，因此僅適用于平面區(qū)域的噴砂，對于形狀不規(guī)則或者曲面區(qū)域，則不能夠很好地實現(xiàn)磨料的回收和除塵。因此，循環(huán)回收式噴砂機(jī)主要適用于形狀規(guī)則的平面區(qū)域的小范圍局部噴砂作業(yè)。

2.4 艙面打砂機(jī)

艙面打砂機(jī)是一種移動式噴砂設(shè)備（如圖4所示），通過人工或機(jī)器設(shè)定的方式可實現(xiàn)一邊行走一邊噴砂，該設(shè)備通過拋丸器將鋼丸以很高的速度和合適的角度拋射到鋼材表面，在鋼材表面形成所需要的粗糙度和清潔度，同時噴射出的鋼丸和灰塵被吸塵器吸入到過濾系統(tǒng)，其中灰塵分離到集塵桶內(nèi)，而鋼丸則重新進(jìn)入拋丸器循環(huán)利用。

艙面打砂機(jī)具有施工工效高，無塵環(huán)保的優(yōu)點，在海洋工程行業(yè)，通常應(yīng)用于平臺主甲板、艙室甲板等大面積貫通平面區(qū)域的噴砂，但是對于設(shè)備邊緣、甲板四周等，艙面打砂機(jī)無法進(jìn)入，則需要采用其他噴砂方式進(jìn)行處理。

圖3 循環(huán)回收式噴砂機(jī)

圖4 艙面打砂機(jī)

圖5 帆布圍擋形成密閉空間

2.5 傳統(tǒng)噴砂結(jié)合局部除塵

傳統(tǒng)噴砂工藝采用干式噴砂機(jī)，根據(jù)其噴砂原理又分為吸入式和壓入式。其中，吸入式干噴砂是以壓縮空氣為動力，通過氣流的高速運(yùn)動在噴槍內(nèi)形成的負(fù)壓，將磨料通過輸砂管吸入噴槍并經(jīng)噴嘴射出，噴射到被加工表面；而壓入式干噴砂則是以壓縮空氣為動力，通過壓縮空氣在壓力罐內(nèi)建立的工作壓力，將磨料通過出砂閥壓入輸砂管并經(jīng)噴嘴射出，噴射到被加工表面。

傳統(tǒng)噴砂工藝雖然粉塵污染嚴(yán)重，但其具有工效高、處理后清潔度和粗糙度良好的優(yōu)點。因此，在涂裝工期較短或是大面積噴砂的情況下，可以考慮傳統(tǒng)噴砂結(jié)合局部除塵的方案。該方案采用帆布圍擋噴砂區(qū)域，形成一個局部密閉空間（如圖5所示），噴砂過程中采用除塵風(fēng)機(jī)對密閉空間進(jìn)行通風(fēng)除塵（如圖6所示），可有效地提升內(nèi)部空間的能見度，外部空間亦無明顯的粉塵逸出，滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

因此，傳統(tǒng)噴砂結(jié)合局部除塵的噴砂工藝主要適用于工期較為緊張，且可以形成封閉空間的大面積區(qū)域，如平臺甲板面、船體艙室內(nèi)部等。

3 結(jié)束語

圖6 除塵風(fēng)機(jī)

隨著國家對環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，環(huán)保噴砂將是未來涂裝行業(yè)的趨勢所在，如何尋求環(huán)境保護(hù)與噴砂工效及質(zhì)量的平衡點將是亟待攻克的難題。本文列舉了幾種室外環(huán)保噴砂工藝，分析了其各自的優(yōu)缺點，可以作為海洋工程行業(yè)不同工況條件下，選擇噴砂設(shè)備、磨料和施工工藝的依據(jù)。值得注意的是，以上噴砂工藝都有其應(yīng)用的局限性，如何促進(jìn)激光除銹等新型環(huán)保噴砂工藝的研究，將是今后研究的重點。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 王健. 防腐蝕涂料與涂裝工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.