高壓水噴砂噴嘴在海工項目中的應用

陳健++王家鵬

摘 要：將含有濕砂的高壓射流水砂混合物撞擊金屬表面，清除金屬表面的毛刺、氧化層、雜物等，以達到國際防腐標準對金屬表面粗糙度的要求，保證金屬表面的防腐層質量。同時減少噴砂工作對環境的污染以及對其他工種的施工影響，確保海工項目的順利完工。

關鍵詞：高壓水噴砂除銹；噴嘴；質量；海工項目

中圖分類號：U671.1 文獻標識碼：A

Application of High-Pressure Water-Sand Jet in FPSO Project

CHEN Jian，WANG Jiapeng

（ Chengxi Shipyard （Guangzhou） Co.， Ltd.Guangzhou 511462 ）

Abstract： A high-pressure water and sand mixture is jetted and hit the metal surface to remove the burr， oxide layer， clutter， etc. in order to meet the requirements of the international standard for corrosion protection of metal surface roughness， ensure the quality of the metal surface coating， reduce the pollution to the environment and the impact to other types of work in FPSO project.

Key words： High-pressure water-sand blasting； Jet； Quality； FPSO project

1 前言

某FPSO輪改裝項目是將一艘超大型油輪改裝為集生產處理、儲存和卸載一體的30萬噸級海上浮式生產儲油裝置（FPSO），被稱為“海上石油工廠”。該項目是目前世界上最先進的第三代FPSO，能夠日處理原油15萬桶、天然氣600萬ft3，能儲存原油160萬桶。改裝工程的順利完成，刷新了由澄西（廣州）公司保持的世界上同類型FPSO改裝史上工程量最大、工程最復雜、功能最先進的新紀錄。

某FPSO輪項目完工交付后，作業油田離岸250 km，作業水深2 120 m，在未來25年不需要進行大的維修，因此對質量要求極高。該輪總長346.5 m、型寬58 m、型深31 m、設計吃水22.7 m、甲板面面積相當于3個足球場。設計要求對整個甲板表面采取整體防腐處理，其存在以下主要困難：

（1）若采用壓縮空氣作噴砂處理，對廠內環境污染嚴重，粉塵大、噪音大，工作環境惡劣，嚴重影響其他工種的施工，防塵保護施工難度大；

（2）若采用噴丸處理方法，廠內沒有噴丸大型設備；

（3）若采用手工除銹，因為甲板表面粗糙，有很多微小的凹坑，用人工打磨的方法很難將凹坑里的氧化物雜質去掉，且施工面積巨大需花費周期超長。

因此，采用高壓水噴砂的方法對甲板表面進行處理比較合適。

2 高壓水噴砂除銹機理和特點

一般金屬表面產生腐蝕的主要原因是電化學腐蝕，導致金屬表面出現很多凹坑和機械強度下降（見圖1）。

高壓水噴砂除銹機理是：在高速高壓水中混入濕細砂，因為濕細砂密度大于水的密度，以同樣速度撞擊甲板面時，含砂水撞擊力比純水要大一倍左右。高壓含砂水的撞擊能夠去掉凹坑中的雜質和消除焊縫表面的應力集中，減少應力腐蝕。因此，采用高壓水噴砂除銹，既能使金屬表面達到防腐處理要求，又能減少環境污染和節約費用。

高壓水噴砂的缺點是金屬表面與水的反應容易生成二次氧化物，為了解決這個問題在高壓水中加入一定量的金屬鈍化劑，可以防止二次氧化過程的出現。

根據以上分析，結合我廠有一臺36 Mpa、流量50 L/min的高壓電動水泵的條件，決定采用高壓水噴砂的防腐方案。同時也研究出一種結構簡單、操作方便的高壓水噴砂噴嘴。

3 高壓水噴砂噴嘴的設計

見圖2。

3.1 現有噴砂噴嘴分析

高壓水噴砂噴嘴是射流噴砂設備的關鍵零件，設計噴嘴時要考慮以下兩種常見的不良現象：一是吸砂困難；二是噴嘴磨損嚴重。

吸砂困難的原因主要是：噴嘴的濕砂入口真空度差；濕砂入口口徑太小。

噴嘴磨損嚴重的原因是：內噴水孔與砂水混合直管段入口距離不合適；砂水混合直管材質不合適。

噴嘴的性能好壞主要由吸砂管直經、噴水孔直經、噴水孔與砂水混合直管段的距離、砂水混合直管段的直經與長短、材質等因素來控制。

砂水混合直管段過長，則真空度好但噴嘴磨損嚴重；直管段過短，則真空度差、噴嘴出口端磨損嚴重、水、砂混合不充分。

3.2 噴砂噴嘴設計

已知條件：高壓水泵壓力36 Mpa；排水量50 L/min；噴水孔直徑=2 mm；高壓水流速=250 m/s。

（1）將噴水嘴出口與砂水混合直管段的入口距離設計成相同；吸砂管直徑、砂水混合直管段直徑設計成相同。這樣濕砂在流動過程中就不會出現瓶頸現象；

（2）砂水混合直管的內徑取噴水孔直徑的5倍，即10 mm；

（3）砂水混合直管的材質選碳化硅或1Cr18Ni9Ti；

（4）砂水混合直管段的長度是決定真空度和磨損的關鍵，實驗結果是：不同的壓力和高壓水流速，需要砂水混合直管段的長度不一樣，一般取砂水混合直管段的長度為管直徑3.5倍對射流壓力的適應范圍較好。

4 高壓水噴砂過程

（1）高壓水噴砂過程中同時安排足夠的配合工，以確保有較好的排水能力；

（2）高壓水采用兩種用水：一種是普通水做射流噴砂用；另一種是加入緩蝕劑的混合水，作為保護噴好后的金屬表面不二次氧化的使用，見圖3；

（3） 濕砂采取細黃砂做粒料，注意砂桶內一定要把砂浸在水里。吸砂管插入水下面的細砂中，不斷的攪動濕砂水，射流開關打開時從透明吸管能看到細砂不斷的流到射流槍中。在噴砂過程中要控制好噴嘴與鋼板的距離，以便達到最佳噴砂效果，對于焊縫位置要多噴一會以便消除焊縫表面殘余應力；

（4）施工人員要穿好防水服裝、戴好頭盔和護鏡、保護手套和鋼頭防滑鞋；

（5）采用這種噴嘴對整個甲板面分區域進行處理，平均每3.5分鐘可除銹1 m2，每塊區域300 m2，花費時間約17.5個小時（包括噴緩蝕劑的時間）。

5 結論

經過高壓水噴砂處理的金屬表面完全達到GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕和除銹等級》中的Sa3等級，即鋼材表面無可見油脂、污垢、氧化皮、油漆涂層附著物，表面顯示均勻的金屬色澤。

經過射流噴砂處理后的甲板面，噴了2度防銹底漆、1度甲板耐磨面漆。整個甲板面經過了28天的處理，保質、按期的完成了任務。

參考文獻

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