海綿磨料低塵噴砂工藝的探討

晏學兵，程晉宜，豆小艷，吳顯斌，王伊諾

(海洋石油工程（青島） 有限公司，山東 青島 266520)

海洋石油工程所涉及到的生產(chǎn)設施均處在特殊的腐蝕環(huán)境下，維護難度大。這就對生產(chǎn)設施的防腐涂層提出了非常高的要求。噴砂處理作為海洋工程生產(chǎn)設施防腐過程中常用的處理方法，具有滿足生產(chǎn)設施粗糙度和有效除銹的優(yōu)點。而傳統(tǒng)噴砂工藝不可避免的一大問題就是在作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量的粉塵，無論是對作業(yè)人員的安全防護和身體健康還是對作業(yè)環(huán)境都帶來了很大損害，所以對傳統(tǒng)噴砂工藝存在的弊端進行改良勢在必行。本文提出了一種新型低塵噴砂工藝——海綿磨料噴砂工藝，對該新型工藝在海洋工程生產(chǎn)設施建造中的應用進行了深入分析。

1 傳統(tǒng)噴砂工藝的具體應用情況

1.1 傳統(tǒng)噴砂工藝簡述

噴砂處理工藝又被稱為噴丸處理工藝，其除銹形式屬于表面處理范疇。磨料的主要成分為金屬或者非金屬顆粒，通過壓縮機壓縮空氣來獲取動力，將磨料噴射到需要處理設施的表面，噴射出的磨料具有動力，其在被處理設施的表面通過撞擊或者磨削形式來徹底清除海洋工程設備表面的和氧化皮。通過高壓磨料處理后的海洋工程設備表面實現(xiàn)出白效果，同時針對涂層表面實現(xiàn)了輕度掃砂作用。噴砂過程既實現(xiàn)了較高水準的除銹效果又實現(xiàn)了設備表面對粗糙度的一定要求，繼而為海洋工程生產(chǎn)設施施涂高性能涂料奠定了基礎(chǔ)。

1.2 傳統(tǒng)噴砂工藝存在的幾點問題

傳統(tǒng)噴砂工藝中的磨料成分主要是鋼砂、銅礦砂以及鋼丸，該成分材質(zhì)的主要特點是具有硬脆性。在壓縮空氣的作用下，與海洋工程生產(chǎn)設施表面接觸的同時立即變成粉末狀礦砂。該粉末狀礦砂給作業(yè)人員身體健康和作業(yè)環(huán)境帶來了諸多危害。

1） 環(huán)境保護問題。在傳統(tǒng)的噴砂工藝中，通過壓縮空氣動力輸出的磨料在噴砂處理后大部分變成了粉末，成為一次性材料，無法進行再利用，只能作為廢料進行處理。中等規(guī)模的海洋工程生產(chǎn)設施進行傳統(tǒng)噴砂處理后產(chǎn)生的廢料大概有幾百噸之多，大型的海洋工程生產(chǎn)設施就會更多。即便是后來采用了一定措施增加了磨料節(jié)約使用率，也避免不了粉塵的產(chǎn)生。噴砂處理后的廢料增加了繁重的后續(xù)處理工作，而且要單獨開辟堆放噴砂廢料的場地，如果在后續(xù)處理過程中稍有不慎將廢料泄漏到空氣中，將會造成大氣污染，降低空氣質(zhì)量。

2） 勞動保護問題。逸散性是排放的一種常見形式，而噴砂作業(yè)是逸散性排放的主要因素。變成粉末后的磨料粉塵含有顆粒極細的多種中金屬物質(zhì)，有的粉塵可以穿透作業(yè)人員的防護服以及防護面罩，對粉砂作業(yè)人員的身體健康造成了極大隱患，作業(yè)人員在充滿了重金屬粉末的環(huán)境下長期工作容易患上中毒性肺炎。

3） 施工周期長。如果使用常規(guī)磨料進行噴砂作業(yè)后，廢料的清理時間長，無論是對施工環(huán)境的不利影響較大。但是采用動力工具進行打磨期除銹效果不僅差而且效率低下，抑制了整個海洋工程生產(chǎn)設施建造的總進度，大大降低了生產(chǎn)作業(yè)平臺的周轉(zhuǎn)使用情況。

基于傳統(tǒng)噴砂工藝存在的勞動安全保護、環(huán)境保護以及作業(yè)周期長的問題，相關(guān)從業(yè)者進了大量系統(tǒng)性的研究，推出了一種海綿磨料低塵噴砂工藝的新型技術(shù)。該工藝將常規(guī)磨料延伸為海綿磨料，使得噴砂工藝變得先進靈活的同時也具有回收再利用的功效。

2 海綿磨料低塵噴砂工藝的基本原理及施工程序

2.1 海綿磨料簡介

海綿磨料是一種包含了各種規(guī)格磨料的組合砂團。砂團中的各種規(guī)格磨料的黏結(jié)材料是聚氨酯海綿體。如圖1 所示。

圖1 海綿磨料組成示意圖

海綿磨料將傳統(tǒng)噴砂工藝的撞擊、磨削特點與聚氨酯海綿超強的吸附能力二者進行了完美融合。海綿磨料在壓縮空氣動力推動下，與海洋工程生產(chǎn)設施表面接觸的瞬間變形，與此同時磨料漏出對構(gòu)件進行噴砂處理作業(yè)，當海綿磨料與構(gòu)件分離后，又迅速恢復原狀形成真空，在海綿體變形和恢復原狀的過程中吸附了作業(yè)過程中產(chǎn)生的大量粉塵和固體雜質(zhì)。對改善噴砂作業(yè)環(huán)境起到了積極作業(yè)。海綿磨料屬多孔結(jié)構(gòu)，在作業(yè)過程中吸附了大量的逸散性粉塵，大大提高了作業(yè)環(huán)境的可見度，增加了作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，顯著的降低了作業(yè)人員吸入粉塵的概率。傳統(tǒng)噴砂磨料在作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)的飛濺和反彈，在聚氨酯海綿多孔狀結(jié)構(gòu)的作用下變得幾乎不存在，大大提高了噴砂作業(yè)的安全性。聚氨酯海綿的阻燃性可以將磨料與構(gòu)件碰撞過程中產(chǎn)生火花的概率降到最低。基于以上諸多特點，海綿磨料特別適合應用在海洋工程和石油化工行業(yè)中的構(gòu)件除銹作業(yè)中。

2.2 海綿磨料的作業(yè)機理

海綿磨料低塵噴砂系統(tǒng)作為一種新型噴砂除銹系統(tǒng)，其新穎性主要在于海綿磨料自身的低塵性和低彈射性。該噴砂系統(tǒng)的精髓是將聚氨酯海綿和噴砂工藝的清潔磨削除銹原理進行了有機的結(jié)合，在保留傳統(tǒng)噴砂工藝清潔磨削能力的基礎(chǔ)上，通過聚氨酯海綿與被處理構(gòu)建膨脹前后體積變形來吸附作業(yè)過程中產(chǎn)生的固體顆粒和碎屑物，讓被處理構(gòu)建底材漏出，完成除銹任務同時不產(chǎn)生作業(yè)廢料，滿足環(huán)保和作業(yè)人員安全的要求。

2.3 海綿磨料低塵噴砂工藝設備組成和作業(yè)流程

海綿磨料低塵噴砂工藝設備由兩個磨料單元組成，分別是供給單元和循環(huán)單元。儲料缸和中央控制面板構(gòu)成了海綿磨料低塵噴砂工藝的供給單元。分離斗、廢料回收期、磨料回收期以及循環(huán)器構(gòu)成了海綿磨料低塵噴砂工藝的循環(huán)單元。供給單元中的儲料缸一次最多儲料60kg，可以隨著噴砂作業(yè)進程不斷補充磨料。噴射壓力和海綿磨料的補充量可以通過中央控制面板來進行有效調(diào)節(jié)，中央控制面板調(diào)節(jié)依據(jù)是根據(jù)海綿磨料的流動性情況來確定噴射壓力和海綿磨料的補充量。噴射磨料用的噴嘴是供給磨料輸出的唯一通道，磨料通過噴嘴噴射到構(gòu)建表面。分離斗中的磨料在氣流（真空） 動力作用下回傳到循環(huán)器中進行凈化并分類。分離的目的主要是從含有過大碎片和失去效用的磨料混合物中回收那些可以重復利用的海綿磨料，為后續(xù)的循環(huán)利用提供磨料。在整個海綿磨料噴砂工藝中涉及到的4 個環(huán)節(jié)都是彼此獨立運行的。如圖2。

圖2 海綿磨料低塵噴砂工藝使用的設備

3 海綿磨料低塵噴砂工藝的應用效果

1） 提高施工質(zhì)量。通過對海綿磨料施工現(xiàn)場可以看出，采用海綿磨料處理后的構(gòu)建表面粗糙度十分均勻，均勻的粗糙度大大提升了構(gòu)建鋼板和防腐涂層之間的附著力，附著力的增加延長了涂層防腐能力，增加了涂層的耐久性，對涂層的流平和裝飾提供了有利保障。

2） 有效抑制了砂塵的產(chǎn)生。海綿磨料低塵噴砂工藝作業(yè)區(qū)內(nèi)粉塵、砂塵明顯減少，大大提高了能見度。能見度的大幅度提高為作業(yè)人員及時檢查構(gòu)建表面處理情況提供了方便，縮短了檢查周期。砂塵的減少大大降低了噴砂作業(yè)人員患病的風險，保障了作者人員的身心健康。砂塵的有效降低也為臨近工作單元的工作環(huán)境提供了有效保障，改善了整個區(qū)域內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生。

3） 噴砂設備輕巧便捷，噴砂設備組合套裝總體重量在150kg 左右，可以放置在設有萬向輪的支架上隨時隨地移動到指定位置，設備結(jié)構(gòu)輕巧便捷。噴砂組合設備與構(gòu)件表面越近所需要的皮管越短，噴射作業(yè)的效果也越明顯。海綿磨料的低塵和低反彈性大大縮短了作者人員的檢查和磨料收集時間，提高了工作效率。海綿磨料的低塵性也為不同工種的交叉作業(yè)提供了可能。

4 結(jié)語

隨著環(huán)境問題的日益突出，環(huán)境保護已成為現(xiàn)在的主流模式。各行各業(yè)都在提倡綠色減排，以為為本的基本理念。海綿磨料低塵噴砂工藝問世恰好解決了傳統(tǒng)噴砂工藝中污染較大的難題，解決了磨料浪費嚴重和不可回收重復利用的難題，大大提高了作業(yè)效率。