大包装涂料系统在船厂的应用

孟祥军, 张开帅, 刘 欣, 冯立新

(1.大连船舶重工集团设计研究院，辽宁 大连 116005；2.中国船舶集团有限公司，上海 200011)

0 引 言

船舶涂装涉及船舶建造全过程，具有持续时间长、范围广等特点，同时产生大量固体废物，是在船舶建造过程中污染物排放的主要因素。随着我国挥发性有机物排放标准和法规的逐渐完善，船舶涂装工艺在不断探索革新，采用大包装涂料系统替代传统小包装涂料系统，即为船舶涂装创新升级工艺之一[1]。尽管近年来国内个别船厂在大包装涂料系统应用方面进行初步尝试，但基于大包装涂料系统的装备升级、工艺创新和物流管理等方面的瓶颈，目前尚无比较成熟和标准的大包装涂料系统在船厂的应用模式可供参考[2]。

1 大包装涂料系统

1.1 大包装涂料系统技术问题

大包装涂料系统由大包装涂料罐、与大包装涂料罐匹配的搅拌器和喷涂装置等3部分组成。近年的研究实践表明，各部分均存在一系列技术问题。

(1)大包装涂料罐

需要研究确认适合多种船舶涂料装载的大包装涂料罐的规格、尺寸、质量、开口方式和出口形式等参数设计问题，并取得中国船级社(CCS)等机构的相关运输化学品认可证书。

(2)与大包装涂料罐匹配的搅拌器

需要研究确认与大包装涂料罐开口尺寸匹配的搅拌器的规格、桨叶形式与布置和密封固定形式等参数设计问题，并针对不同黏度的涂料实现充分搅拌，满足正常喷涂施工需求。

(3)与大包装涂料罐匹配的喷涂装置

需要研究确认A/B双组分涂料的顺畅吸入、精准数量配比、及时有效混合熟化和规定时间良好喷涂等参数设计问题，并确保喷涂后的科学高效清洗，满足涂装生产效率需求。

1.2 大包装涂料罐

近年来，中型散装容器(Intermediate Bulk Container，IBC)广泛用于石油化工等行业，以其现有技术工艺参数为基础，结合船舶涂装的现场实际，确定用于装载船舶涂料的大包装涂料罐适用范围：符合《国际海运危险货物规则》要求的UN31A/Y包装导则的Ⅱ类和Ⅲ类液态危险品；装运的危险液体密度不大于2.74 kg/L，包括相关化学品(危险品)，如涂料、黏合剂、油墨、液体肥料和农药等；可重复清洗再利用。大包装涂料罐如图1所示。

图1 大包装涂料罐

结合船舶涂料技术参数、综合运输和循环应用需求，设计确定大包装涂料罐的各项总体和附属功能参数，如表1所示，其中，DN为公称通径，EPT(Ethylene Propylene Terpolymer)为乙烯丙烯三元聚合物(合成橡胶)，PTFE(Polytetrafluoroethylene)为聚四氟乙烯。

表1 大包装涂料罐技术参数

1.3 与大包装涂料罐匹配的搅拌器

800 L及以上大包装涂料罐需要根据涂料罐的长宽高尺寸、容积参数、涂料黏度参数、船舶涂装现场安全要素、电动/气动等合适动力搅拌状况和不同层面液体流动原理等多种要素，结合相关实际开展各种组合试验和对比测试，研究确定合适的搅拌器动力方式和结构形式。在确定上述大包装涂料罐技术参数后，拟定采用气动三层桨式组合搅拌器，该组合搅拌器按涂料的不同层级分布搅拌叶片，配备专用自动化可移动和升降组合装置，可顺利实现不同层级大包装涂料的均匀搅拌，达到理想的搅拌效果。气动三层桨式组合搅拌器如图2所示。

图2 气动三层桨式组合搅拌器

1.4 与大包装涂料罐匹配的喷涂装置

与大包装涂料罐匹配的喷涂装置可采用常规高压无气喷涂泵、新型双组分高压无气喷涂泵和专用大包装涂料喷涂组合装置。

常规高压无气喷涂泵主要适用于单组分大包装涂料，而双组分大包装涂料需要人工在现场按比例采用中置罐混合搅拌再进行喷涂，费工费力且混合比例参数等较难控制，影响喷涂后的涂层质量。

新型双组分高压无气喷涂泵主要适用于双组分大包装涂料，可解决大包装双组分涂料(A/B组分)的准确吸取和混合搅拌，实现正常喷涂。

专用大包装涂料喷涂组合装置基于新型双组分高压无气喷涂泵，增加中置罐和搅拌设备，结合大包装涂料的工艺特点，开发研制专用大包装涂料喷涂组合装置单元，适用于单/双组分涂料的喷涂施工，具有自动涂料配比精准和中置容器搅拌均匀等优点，可实现顺利的喷涂施工和良好的喷涂质量。

2 大包装涂料系统物流管理

2.1 小包装涂料系统物流管理流程和成本

(1)小包装涂料系统物流管理流程

小包装涂料系统物流管理流程：船厂订单购买→由涂料公司提供小包装涂料(在邻近地区设置必要的涂料储存周转物流仓库)→涂料公司按船厂需要及时供货至船厂(船厂在厂内设置临时储存库)→船厂按生产计划领用，用过的小包装涂料罐等固体废物由船厂按环保要求合规处理。

(2)小包装涂料系统物流管理成本

以1辆专用危险品卡车公路运输小包装涂料(20 L/罐)至某船厂作为1个运输单元为例：1辆卡车最多装载40个托盘，运输质量为31.2 t，共18 000 L，运输距离约1 300 km，运输时间为5 d。涂料本身成本不计，其物流管理成本如下：①小包装涂料罐1 200个，16 000元；②小包装涂料罐供应商将涂料罐运至涂料公司(运费)，3 000元；③托盘、塑料薄膜，5 000元；④小包装涂料运费，14 000元。

1个运输单元公路物流管理成本为38 000元，涂料运输成本平均约2.11元/L。

2.2 大包装涂料系统物流管理流程和成本

(1)大包装涂料系统物流管理流程

大包装涂料系统物流管理要素主要包括船厂、涂料公司和第三方物流公司。各要素均可成为牵引主导，其物流管理流程大体相同。

以涂料公司牵引主导为例，大包装涂料系统物流管理流程：涂料公司与第三方物流公司签订大包装涂料物流合同→第三方物流公司负责大包装涂料罐的订制(购买或租赁)、清洗和重复利用→船厂根据船舶生产需求，下发大包装涂料订单至涂料公司(每批量提前10 d)→涂料公司接收船厂订单，制定涂料生产计划，并通知第三方物流公司送备大包装涂料罐，安排涂料生产→涂料公司通知第三方物流公司安排专用运输危险品卡车将大包装涂料公路运输至船厂→船厂将大包装涂料放入专用化学品仓库储存→船厂按生产计划领用，并在涂料公司指定的使用期限内用完大包装涂料，用过的大包装涂料罐由船厂现场即时进行预清洗并密封，再由第三方物流公司将空涂料罐拉回指定位置，按照环保要求进行合规清洗、日常(易损件等)维护保养、储存，以备下次使用。

(2)大包装涂料系统物流管理成本

以1辆专用危险品卡车公路运输大包装涂料(800 L/罐，实际装载600 L/罐)至某船厂作为1个运输单元为例：1辆卡车最多装载26个大包装涂料罐，运输质量为31.2 t，共15 600 L，运输距离约1 300 km，运输时间为5 d。涂料本身成本不计，其物流管理成本如下：①大包装涂料罐26个，涂料公司从第三方物流公司租赁大包装涂料罐的1次使用成本为8 580元[按330元/(个·次)计算]；②第三方物流公司将空涂料罐送至涂料公司(运费)，3 000元；③第三方物流公司将大包装涂料送至船厂(运费)，14 000元；④第三方物流公司将船厂用过并经简单预清理的空涂料罐运至指定地点(运费)，4 000元。

1个运输单元公路物流管理成本为29 580元，涂料运输成本平均约1.90元/L。

(3)大小包装涂料系统物流管理成本对比

根据上述大小包装涂料系统物流管理成本数据，与小包装涂料系统相比，大包装涂料系统可节省约0.21元/L。假设某船厂1 a使用大包装涂料240万L，采用大包装涂料系统则共计可节省约 50 400元。

(4)大包装涂料系统其他成本

大包装涂料系统成本应包含大包装涂料罐的清洗成本。人工清洗：平均500元/(罐·次)，根据大包装涂料罐的不同状态有所差别，具体包括人工费200元/(罐·次)，溶剂约200元/(罐·次)，危废处置、密封件更换等其他费用约100元/(罐·次)。自动设备清洗：设备总投资约600 000元(不包括场地等成本)，使用年限按5 a计算，每年折旧费为120 000元；假设某船厂1 a使用大包装涂料240万L，则清洗4 000罐次，清洗成本为30元/(罐·次)(单个成本取决于每年清洗罐体数量)。以采用自动设备清洗方式为例，大小包装涂料罐的清洗成本对比：每年4 000罐次大包装涂料罐相当于12万个小包装涂料罐，用过的小包装涂料罐固体废物质量按1.65 kg计算(含涂料残留约0.5%)，共产生小包装涂料罐固体废物198.0 t，地方合规处理固体废物单价按1 700元/t计算，共产生固体废物处理费约336 600元。采用自动设备清洗大包装涂料罐，约2 a即可收回自动清洗设备的投入成本。

3 结 语

从目前大包装涂料系统论证和现场涂装实际来看，大包装涂料系统主要可用于船舶建造各阶段的大面积涂装施工，包括单组分防污漆和双组分通用环氧漆等。针对各阶段船舶涂装的修补和小面积施工，仍需要采用小包装涂料系统。船厂可结合各自的实际情况，以小包装涂料系统为基础，针对大包装涂料系统，建立实际应用各要素(船厂、涂料公司、第三方物流公司等)的职责范围和分工体系，确定具体实施方案。