实现环保涂装，推进绿色修船

刘习贤/广东中远海运重工有限公司

随着环保要求的不断提高，环境污染已成为制约修船行业发展的重要因素，“绿色涂装工艺”响应了国家可持续发展战略，也是修船业突破目前瓶颈的一条必经之路。本文对传统修船涂装工艺中存在的问题进行总结；阐述修船绿色涂装工艺的定义和发展现状；针对其特点及存在的问题，着重介绍几种先进的绿色涂装工艺；举例介绍环保型水雾喷砂除锈技术在修船厂的具体实践。

传统工艺难以满足环保要求

近十年来，我国船舶修理行业突飞猛进，已连续多年成为世界第一的船舶修理大国，2017年，我国规模以上修船厂数量超200家，承接了全球近70%的修船工程量。与此同时，修船涂装工程所造成的环境污染已成为无法回避的问题，其污染物排放量远高于国际平均水平，如果再不进行有效治理，再不实施技术设备的升级改造，那么将严重影响修船涂装作业主要包括喷砂除锈和油漆喷涂两大部分，由于场地和技术限制，大部分涂装作业都是在露天环境下完成的，往往造成扬尘和VOC排放量超标。

除锈是船舶涂装工程中的关键环节之一，对涂装质量和船舶修理周期有直接影响，目前业界仍采用机械喷砂除锈作为主流工艺，优点是效率高、成本低和质量优，但存在扬尘大、污染严重等问题，随着社会的发展，该工艺正逐步被淘汰。

修船涂装使用的涂料主要以油性涂料为主，含有大量挥发性的有机化合物(VOC)，除危害人体健康、造成环境污染以外，还易燃易爆;某些品种还含有大量甲醛、苯、铅等有毒物质，是损害作业人员健康和污染环境的“隐形杀手”。随着整个社会对职业健康和环境保护意识的增强，全国各地相继制定了限制 VOC 排放的法律法规。

推行绿色工艺势在必行

“绿色技术”又被称作环境友好技术或生态技术，其概念最早出现于20世纪90年代中期，核心内容是保护人体健康，减少环境污染和能源消耗，促进经济可持续发展。绿色修船涂装工艺是指在修船涂装过程中，通过采用先进的技术、无污染涂装材料，既能经济的满足客户的需求，又能节省资源，减少或消除环境污染的工艺流程。

为适应国家关于节能环保、清洁生产的政策法规和社会要求，部分先进修船企业在最近几年已开始研发、推行绿色涂装技术，如超高压水除锈技术、水雾喷砂工艺。但总体来说，我国修船涂装的节能环保指标仍远落后于国际平均水平。大多数修船涂装过程污染严重，能耗大，资源利用率低，这表明修船企业普遍缺乏“绿色”涂装理念，当务之急是应进一步增强政府、企业和专业人员的节能环保意识，并通过立法和财政补贴等行政手段，以促进修船涂装的“绿化”和“转型升级”。

为了更好应对日益严格的国家环保要求，全国各大船舶研究机构、先进修船企业及相关配套公司都在加大研发力度，不断推出满足绿色涂装要求的新技术、新工艺，主要包括扬尘控制技术和VOC治理技术两大部分。

（一）扬尘治理技术：

1、超高压水射流清洗技术

超高压水射流技术兴起于20世纪60年代的欧美国家，其工作原理是使用超高压泵将普通自来水加压到数百甚至数千个大气压，然后通过一个特殊的喷嘴（孔径约1—2毫米），以非常高的速度（200—500米/秒）喷出一股能量高度集中的水流。这种水流具有巨大的冲击能量，就像小子弹一样，可以被用作钢板切割、金属表面除锈、铸件清砂，还可以去除管道内壁上的盐、碱、水垢等各种附着物，这种利用高速水流进行清洗的技术即为超高压水射流技术。

与传统机械喷砂作业相比，超高压水射流清洗不会产生大量扬尘，污染大气环境，损害员工身体健康。该工艺以无味、无臭、无毒的水为介质，喷射出的水雾可有效降低作业区域的粉尘浓度，根除尘肺病源，是中国环保事业的重要举措。凡事都具有两面性，超高压水射流清洗也不例外，该工艺虽然具有环保、高效等优势，但是投资成本较高，且容易出现二次返锈问题。

2、水雾喷砂工艺

该工艺以传统干式喷砂工艺为基础，通过技术创新，在砂枪周围加入水雾喷淋设备，在打砂作业时，水从砂枪周围的水雾喷口喷出，形成漏斗状水雾，与扬尘融合后沉降到地面，既起到降尘效果，又不影响喷砂效果。该工艺具有设计简单、成本低、降尘效果好等特点，对环境保护有非常重大的意义。

3、自动循环回收式环保喷砂机

自动循环回收式环保喷砂机使用压缩空气作为动力，将磨料以非常高的速度喷射到工件表面，巨大冲击力将工件表面的锈污除掉，使得表面满足油漆喷涂的清洁度和粗糙度。该喷砂机还配有一套回收系统，先是利用真空泵或真空发生器产生的负压将砂料和粉尘进行回收，再通过砂尘分离系统将完整的磨砂分离后循环利用，而锈污和粉尘则进入集尘箱。该设备具有节能环保、用途广泛、移动便捷等特点，但作业效率相对较低。

4、防扬尘水幕系统

防扬尘水幕系统，主要结构包括喷水管、水泵、出水孔、喷水帷幕等若干部分，通过在生产现场构建完整的防扬尘水幕，从而满足粉尘治理的需要。相比喷洒水、设置围挡等传统降尘措施，防扬尘水幕系统具有结构简单，材料损耗少，防治效果好等特点，具有较强的应用价值，可被应用于建筑工地、储煤场、矿场和修船浮船坞等扬尘治理。

（二）VOCS治理技术

1、推广使用水性涂料

水性涂料使用水作为稀释剂，不含VOC（如甲醛、苯、甲苯、二甲苯）和有毒重金属。相比传统溶剂型涂料，水性涂料既不会造成环境污染，也不会损坏人体健康，并且具有耐老化、耐变黄、平滑性好、使用方便等特点，被业内誉为“第三次涂料革命”，可应用于金属、木器、玻璃、建筑表面等多种材质上。在船舶涂装领域，常用的水性涂料包括水性无机硅酸涂料、水性环氧涂料和水性丙烯酸涂料等，主要被应用于机舱、居住区、空舱等防腐蚀要求不高的内舱区域，可用比例占单船涂料总量的10%—20%。但是水性涂料也存在明显缺点，如成本较高、耐水性差，施工条件（温度、湿度）苛刻等，目前尚无法大规模推广。

2、高固体份涂料

随着环境保护被提升为国家战略高度，以及涂料生产技术的提高，高固体份涂料逐步进入人们的视野，目前已广泛应用于汽车制造、金属加工等行业。高固体份涂料是指一般固体份含量占65%－85%，有机溶剂含量仅占15%－35%的涂料，简称HSC（High Solid Coat）。高固体份涂料发展到极致便是活性溶剂涂料（又被称为无溶剂涂料），其典型代表就是2012年后异军突起的聚脲弹性体涂料。

相比其他低污染涂料，高固体份涂料有其明显优势。其生产设备、涂装工艺、检测评估仪器与传统溶剂型涂料相同，可直接利用现有施工设备，不需要额外投资。一次涂装的膜厚是传统涂料1－4倍，不仅提高了涂装工作效率，而且节约了劳动力成本和溶剂成本，还有效减少VOC的排放。其缺点是施工过程中容易出现爬缩、缩孔和流挂问题。

环保型水雾喷砂除锈技术

图1

图2

图3

日前，由广东中远海运重工有限公司自主研发的一种环保型水雾砂枪，其包括枪头、砂枪、水雾枪套、进水管、水雾控制头，密封胶圈等部件。水雾枪套套在砂枪上，水管连接在水雾枪套侧边上，最后把水雾控制头连接到砂管出口端，就组装成了水雾砂枪。

该项目通过技术创新，在铜矿砂从砂枪喷出后，水从水雾喷枪中喷出，形成漏斗状水雾包围圈从四周包围铜矿砂，既起到降尘效果，同时也不影响喷砂。通过使用该新技术可以改善打砂环境，改变以往打砂时灰尘满天飞的恶劣状况，可以做到基本没有灰尘，使打砂环境更加改善，空气质量得以提升，对环境保护有非常重大的意义。另外，水管砂管单独分离，可以同时喷水和砂，也可以单独喷砂或喷水，不用喷水时可以直接将水管撤掉，操作简单，不影响喷砂，也可单独喷水，兼作消防灭火。打砂产生的污水流到船坞甲板的污水井里面，进行铜矿砂等颗粒物的存储沉淀，污水处理之后再排出，防止污水流入江河湖海，避免造成水域的污染。

本技术研发的水雾砂枪，其包括枪头、砂枪、水雾枪套、进水管、水雾控制头，由这些部件组装而成。打砂除锈效果显著，可以达到Sa1-Sa3等级的打砂标准，除尘效果好，打砂除锈后产生的污水，利用船坞的污水柜收集起来，沉淀颗粒物，污水过滤处理合格后再排放。

目前，广东中远海运重工在一年内迅速将其转化为实用的设备，按照常规打砂1艘船用量，制作50套试用，并推广运用到坞修工程中，改变传统的陈旧落后的打砂除锈技术造成的扬尘空气污染问题。

其中，该项目所设计的枪头是一种内螺纹的管子，管壁上带有限位孔，在连接砂管和砂枪上，螺钉穿过限位孔上紧，锁死砂管和砂枪，详情见图1。

所设计的砂枪为一种带螺纹的管状喷头，外圈用铝合金制作，内圈套为钨钢制作，保证强度够，耐磨，并防止浸湿部分生锈，端部带有螺纹，大头螺纹一端连接砂管和水雾枪套，小头螺纹一端连接水雾控制头，枪管上的胶圈用来密封枪管和水雾枪套，防止漏水，详见图2。

所设计的进水管，用45#钢制作，连接在水雾枪套侧边，一种弯管，一端带有螺纹螺母连接到水雾喷枪枪套上，螺母（黄铜材质）上紧即锁死进水管，防止漏水，防止使用过程中进水管转动脱落，另一端头是阶梯型防滑设计，连接水管用锁紧环锁紧进水管和供水胶管。详见图3。

图4

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图7

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图9

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所设计的水雾枪套，是一种机加工成的管子，一端大一端小，套在砂枪上，大头端有出水的圆孔，前端紧挨着水雾控制头，小头端插入枪头内，紧靠着枪头和砂枪末端，上紧后压紧枪头和水雾枪套之间的胶圈，起到密封作用，防止漏水，整个水雾枪套就包裹住砂枪，详见图4。

所设计的水雾控制头，材质为铝合金，是机加工而成的中空的圆台，用螺母连接顶靠在水雾枪套前端，之间加胶圈密封，调节螺母（螺母材质为黄铜）的松紧可以伸缩水雾控制头，控制喷水压力和角度，可伸缩调节范围在0—0.5毫米内，详见图5。整体组装图，详见图6。 图7为 零件拆解图。

实施效果对比如图8：未采用新技术前，喷砂过程中砂尘较大，现场环境十分恶劣。

通过技术创新，发明环保型水雾砂枪，采用高压喷雾式，砂从水枪中间喷出，有效的清除油漆皂化、海生物、水泡、老化、油污染、各种程度的锈蚀，水形成雾从四周包围，既不影响喷砂，也有非常明显的降尘效果，现场几乎看不到明显的灰尘飞扬，见图9。

除锈效果明显，皂化、海生物、水泡、老化、油污染、各种程度的锈蚀和腐烂的油漆等污物都清除的非常干净，并且除锈后的表面清洁度也很好，相比较以前的打砂方式，明显干净无灰尘，更有利于油漆的附着，推广应用到船坞和陆上平地表面打砂处理，不造成灰尘污染，实用性非常高，效果非常好，见图10。

本项目研发的水雾砂枪是一种环保型的水雾喷砂除锈新设备产品，是自主研发的产品，已向国家申请专利。本项目产品的创新点包括以下五个方面。

一是，除尘效果好，传统打砂灰尘漫天，船坞内能见度极低，采用水雾喷砂除锈技术后，船坞内能见度大幅提高，视野清晰，空气质量也大幅提高，船上设备机械运作更顺畅，人员走动作业不会发生交叉碰撞危险。

二是，减少砂尘对船上设备的影响，避免大量砂尘进入船上和船坞的设备和机械，避免因为砂尘导致的设备和机械等的短路和损坏，减少了维护保养要先除砂尘的麻烦。

三是，采用污水处理系统，污水被船坞的污水井接收，并进行污水的处理，做到了污水不外流，治污效果好，不会影响水域的生态环境。

四是，喷头可调节，可以控制喷出的水压和水膜的厚度，保持喷雾的形状。

五是，职业健康安全效果好，可以有效的降低空气污染物的扩散，避免对呼吸系统产生伤害，对作业者和周边施工人员以及周边居民的身体健康有保护。

目前，该项目的研发成果已经应用到船坞修理打砂除锈方面，造船平地打砂除锈，陈旧落后的传统打砂方式已经开始退出历史舞台，新技术的研发成果已经展露锋芒。新成果的使用，将传统工艺下的劳动密集型产业模式转变为技术主导型的绿色船舶产业模式，开创了广东地区绿色修船的先河。坞修机械化程度的提高，也给坞修涂装技术带来了巨大的变革，加快了修船智能化的步伐。新成果率先在广东中远海运重工的修船领域实施使用，一改往日船坞打砂灰尘漫天的雾霾景象，现在船坞即使昼夜打砂，也再看不到漫天的灰尘，守住了碧水蓝天，极大地改善了当地的环境。★