环保喷砂工艺在海洋工程中的应用

吴显斌，豆小艳，陈品，徐学军，刘广辉，姜立群

（海洋石油工程（青岛）有限公司， 山东 青岛 266520）

海洋石油工程装备工况环境恶劣，腐蚀严重，通常采用重防腐涂料进行防护。为满足钢材表面的粗糙度和清洁度要求，在涂料喷涂之前大多需要进行喷砂处理。传统喷砂工艺，在施工过程中会产生大量的粉尘污染。室内喷砂，由于喷砂房内配备有除尘系统，经过除尘净化后通常能够满足相应的粉尘排放标准。但是，海洋工程行业由于需要在室外进行油漆修补，因此室外喷砂不可避免。如何在室外条件下满足粉尘排放要求，亟待解决。本文针对不同工况条件下的室外喷砂作业，通过对设备的选型和磨料的选择，结合现场实验和实际应用，探索合适的喷砂工艺，以满足国家现行的大气污染物综合排放标准。

1 传统喷砂工艺应用情况

喷砂是利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将磨料高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。

从施工成本考虑，传统喷砂工艺在室外条件下通常选择石榴石、氧化铝等一次性使用的非金属磨料，其硬度低、易破碎，在喷射到工件表面的瞬间会变成粉末状的矿砂，在压缩空气的作用下，磨料粉尘会弥漫到整个喷砂区域，对周边环境造成严重污染。

2 环保喷砂工艺的选择

针对不同室外工况条件，在满足涂装质量要求和施工工效的前提下，通过合理选择喷砂设备和磨料类型，满足相应的环保要求。

2.1 海绵磨料喷砂

海绵磨料是以一种以聚氨酯海绵体材料作为胶黏剂，将不同规格的磨料黏结在一起形成的砂团。该磨料结合了聚氨酯海绵的吸附能力和传统喷砂工艺的切削能力，海绵体在压缩空气的推动下冲击工件表面时变扁，磨料瞬间显露出来对工件表面进行喷抛清理并形成一定的粗糙度，而砂团在脱离工件表面时，海绵体迅速扩张，形成真空，吸附产生的绝大多数粉尘和杂质，从而显著改善喷砂作业的环境。图1为海绵磨料，图2为海绵磨料喷砂机。

海绵磨料具有以下优点：(a)低尘环保，喷砂作业过程中基本无可见性粉尘逸出；(b)安全性高，海绵磨料外层的聚氨酯海绵体，使得磨料不会产生剧烈的飞溅和反弹；(c)可循环利用，节约材料成本。但是，海绵磨料也有自身的缺点，如成本较高、喷砂工效偏低等。

因此，海绵磨料主要适用于以下室外工况：(a)船体舱室、海洋平台生活楼房间等可实现海绵磨料有效回收的密闭空间；(b)项目后期，各专业已基本完工，为减少对其他专业的污染和破坏，采用海绵磨料进行局部区域的修补作业。

2.2 高压水喷射

图1 海绵磨料

高压水喷射是利用高压水的压力对底材表面进行处理，对底材表面附着物产生冲击、水楔、疲劳和气蚀等作用，使其脱落而除去。高压水的压力一般能到达200-250MPa，可以有效地去除氧化皮、铁锈和旧涂层[1]。

高压水喷射由于不使用任何磨料，因此是一种无尘环保的表面处理的方法，对于一些复杂的结构形式也能较好地进行喷射处理，且可以有效地去除底材表面的可溶性盐分。

但高压水喷射也有自身明显的缺点：(a)高压水喷射不能产生粗糙度，只能维持母材表面的原始粗糙度，焊道区域不适合高压水喷射；(b)高压水喷射后的废水中含有旧油漆、污油、铁锈等杂质，不能直接排入大海，回收困难；(c)需使用特种油漆（满足在一定湿度条件下施工），水汽和闪锈是不均匀分布的，在水汽和闪锈较多的地方油漆附着力差，甚至存在短时间内脱落的风险。

因此，高压水喷射除锈，主要用于海洋工程中的涂装系统维修工作。特别适用于船舶进坞、设备停检期的涂装工作。

2.3 循环回收式喷砂机

循环回收式喷砂机采用压缩空气作为动力，将磨料高速喷射到工件表面，经过磨料冲击将工件表面锈污除去，使表面达到要求的清洁度和粗糙度，再通过真空泵（或真空发生器）产生的负压，回收磨料和粉尘，并通过设备的粉尘分离系统将完整的磨料分离继续循环使用，而粉尘和锈污则进入集尘桶内。

图2 海绵磨料喷砂机

循环回收式喷砂机（如图3所示）采用的是不易破碎的金属磨料，喷砂的同时即实现了磨料和粉尘的回收，是一种环保喷砂设备。但也有其应用的局限性：(a)工效偏低，不适用于大面积喷砂作业；(b)喷砂枪需和钢材表面完全贴合，因此仅适用于平面区域的喷砂，对于形状不规则或者曲面区域，则不能够很好地实现磨料的回收和除尘。因此，循环回收式喷砂机主要适用于形状规则的平面区域的小范围局部喷砂作业。

2.4 舱面打砂机

舱面打砂机是一种移动式喷砂设备（如图4所示），通过人工或机器设定的方式可实现一边行走一边喷砂，该设备通过抛丸器将钢丸以很高的速度和合适的角度抛射到钢材表面，在钢材表面形成所需要的粗糙度和清洁度，同时喷射出的钢丸和灰尘被吸尘器吸入到过滤系统，其中灰尘分离到集尘桶内，而钢丸则重新进入抛丸器循环利用。

舱面打砂机具有施工工效高，无尘环保的优点，在海洋工程行业，通常应用于平台主甲板、舱室甲板等大面积贯通平面区域的喷砂，但是对于设备边缘、甲板四周等，舱面打砂机无法进入，则需要采用其他喷砂方式进行处理。

图3 循环回收式喷砂机

图4 舱面打砂机

图5 帆布围挡形成密闭空间

2.5 传统喷砂结合局部除尘

传统喷砂工艺采用干式喷砂机，根据其喷砂原理又分为吸入式和压入式。其中，吸入式干喷砂是以压缩空气为动力，通过气流的高速运动在喷枪内形成的负压，将磨料通过输砂管吸入喷枪并经喷嘴射出，喷射到被加工表面；而压入式干喷砂则是以压缩空气为动力，通过压缩空气在压力罐内建立的工作压力，将磨料通过出砂阀压入输砂管并经喷嘴射出，喷射到被加工表面。

传统喷砂工艺虽然粉尘污染严重，但其具有工效高、处理后清洁度和粗糙度良好的优点。因此，在涂装工期较短或是大面积喷砂的情况下，可以考虑传统喷砂结合局部除尘的方案。该方案采用帆布围挡喷砂区域，形成一个局部密闭空间（如图5所示），喷砂过程中采用除尘风机对密闭空间进行通风除尘（如图6所示），可有效地提升内部空间的能见度，外部空间亦无明显的粉尘逸出，满足环保排放标准。

因此，传统喷砂结合局部除尘的喷砂工艺主要适用于工期较为紧张，且可以形成封闭空间的大面积区域，如平台甲板面、船体舱室内部等。

3 结束语

图6 除尘风机

随着国家对环境保护要求的日益提高，环保喷砂将是未来涂装行业的趋势所在，如何寻求环境保护与喷砂工效及质量的平衡点将是亟待攻克的难题。本文列举了几种室外环保喷砂工艺，分析了其各自的优缺点，可以作为海洋工程行业不同工况条件下，选择喷砂设备、磨料和施工工艺的依据。值得注意的是，以上喷砂工艺都有其应用的局限性，如何促进激光除锈等新型环保喷砂工艺的研究，将是今后研究的重点。

◆参考文献

[1] 王健. 防腐蚀涂料与涂装工[M].北京：化学工业出版社，2000.