海绵磨料低尘喷砂工艺的探讨

2019-11-11晏学兵程晋宜豆小艳吴显斌王伊诺

云南化工 2019年9期

晏学兵，程晋宜，豆小艳，吴显斌，王伊诺

(海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520)

海洋石油工程所涉及到的生产设施均处在特殊的腐蚀环境下，维护难度大。这就对生产设施的防腐涂层提出了非常高的要求。喷砂处理作为海洋工程生产设施防腐过程中常用的处理方法，具有满足生产设施粗糙度和有效除锈的优点。而传统喷砂工艺不可避免的一大问题就是在作业过程中会产生大量的粉尘，无论是对作业人员的安全防护和身体健康还是对作业环境都带来了很大损害，所以对传统喷砂工艺存在的弊端进行改良势在必行。本文提出了一种新型低尘喷砂工艺——海绵磨料喷砂工艺，对该新型工艺在海洋工程生产设施建造中的应用进行了深入分析。

1 传统喷砂工艺的具体应用情况

1.1 传统喷砂工艺简述

喷砂处理工艺又被称为喷丸处理工艺，其除锈形式属于表面处理范畴。磨料的主要成分为金属或者非金属颗粒，通过压缩机压缩空气来获取动力，将磨料喷射到需要处理设施的表面，喷射出的磨料具有动力，其在被处理设施的表面通过撞击或者磨削形式来彻底清除海洋工程设备表面的和氧化皮。通过高压磨料处理后的海洋工程设备表面实现出白效果，同时针对涂层表面实现了轻度扫砂作用。喷砂过程既实现了较高水准的除锈效果又实现了设备表面对粗糙度的一定要求，继而为海洋工程生产设施施涂高性能涂料奠定了基础。

1.2 传统喷砂工艺存在的几点问题

传统喷砂工艺中的磨料成分主要是钢砂、铜矿砂以及钢丸，该成分材质的主要特点是具有硬脆性。在压缩空气的作用下，与海洋工程生产设施表面接触的同时立即变成粉末状矿砂。该粉末状矿砂给作业人员身体健康和作业环境带来了诸多危害。

1）环境保护问题。在传统的喷砂工艺中，通过压缩空气动力输出的磨料在喷砂处理后大部分变成了粉末，成为一次性材料，无法进行再利用，只能作为废料进行处理。中等规模的海洋工程生产设施进行传统喷砂处理后产生的废料大概有几百吨之多，大型的海洋工程生产设施就会更多。即便是后来采用了一定措施增加了磨料节约使用率，也避免不了粉尘的产生。喷砂处理后的废料增加了繁重的后续处理工作，而且要单独开辟堆放喷砂废料的场地，如果在后续处理过程中稍有不慎将废料泄漏到空气中，将会造成大气污染，降低空气质量。

2）劳动保护问题。逸散性是排放的一种常见形式，而喷砂作业是逸散性排放的主要因素。变成粉末后的磨料粉尘含有颗粒极细的多种中金属物质，有的粉尘可以穿透作业人员的防护服以及防护面罩，对粉砂作业人员的身体健康造成了极大隐患，作业人员在充满了重金属粉末的环境下长期工作容易患上中毒性肺炎。

3）施工周期长。如果使用常规磨料进行喷砂作业后，废料的清理时间长，无论是对施工环境的不利影响较大。但是采用动力工具进行打磨期除锈效果不仅差而且效率低下，抑制了整个海洋工程生产设施建造的总进度，大大降低了生产作业平台的周转使用情况。

基于传统喷砂工艺存在的劳动安全保护、环境保护以及作业周期长的问题，相关从业者进了大量系统性的研究，推出了一种海绵磨料低尘喷砂工艺的新型技术。该工艺将常规磨料延伸为海绵磨料，使得喷砂工艺变得先进灵活的同时也具有回收再利用的功效。

2 海绵磨料低尘喷砂工艺的基本原理及施工程序

2.1 海绵磨料简介

海绵磨料是一种包含了各种规格磨料的组合砂团。砂团中的各种规格磨料的黏结材料是聚氨酯海绵体。如图1 所示。

图1 海绵磨料组成示意图

海绵磨料将传统喷砂工艺的撞击、磨削特点与聚氨酯海绵超强的吸附能力二者进行了完美融合。海绵磨料在压缩空气动力推动下，与海洋工程生产设施表面接触的瞬间变形，与此同时磨料漏出对构件进行喷砂处理作业，当海绵磨料与构件分离后，又迅速恢复原状形成真空，在海绵体变形和恢复原状的过程中吸附了作业过程中产生的大量粉尘和固体杂质。对改善喷砂作业环境起到了积极作业。海绵磨料属多孔结构，在作业过程中吸附了大量的逸散性粉尘，大大提高了作业环境的可见度，增加了作业效率和作业质量，显著的降低了作业人员吸入粉尘的概率。传统喷砂磨料在作业中经常出现的飞溅和反弹，在聚氨酯海绵多孔状结构的作用下变得几乎不存在，大大提高了喷砂作业的安全性。聚氨酯海绵的阻燃性可以将磨料与构件碰撞过程中产生火花的概率降到最低。基于以上诸多特点，海绵磨料特别适合应用在海洋工程和石油化工行业中的构件除锈作业中。

2.2 海绵磨料的作业机理

海绵磨料低尘喷砂系统作为一种新型喷砂除锈系统，其新颖性主要在于海绵磨料自身的低尘性和低弹射性。该喷砂系统的精髓是将聚氨酯海绵和喷砂工艺的清洁磨削除锈原理进行了有机的结合，在保留传统喷砂工艺清洁磨削能力的基础上，通过聚氨酯海绵与被处理构建膨胀前后体积变形来吸附作业过程中产生的固体颗粒和碎屑物，让被处理构建底材漏出，完成除锈任务同时不产生作业废料，满足环保和作业人员安全的要求。

2.3 海绵磨料低尘喷砂工艺设备组成和作业流程

海绵磨料低尘喷砂工艺设备由两个磨料单元组成，分别是供给单元和循环单元。储料缸和中央控制面板构成了海绵磨料低尘喷砂工艺的供给单元。分离斗、废料回收期、磨料回收期以及循环器构成了海绵磨料低尘喷砂工艺的循环单元。供给单元中的储料缸一次最多储料60kg，可以随着喷砂作业进程不断补充磨料。喷射压力和海绵磨料的补充量可以通过中央控制面板来进行有效调节，中央控制面板调节依据是根据海绵磨料的流动性情况来确定喷射压力和海绵磨料的补充量。喷射磨料用的喷嘴是供给磨料输出的唯一通道，磨料通过喷嘴喷射到构建表面。分离斗中的磨料在气流（真空）动力作用下回传到循环器中进行净化并分类。分离的目的主要是从含有过大碎片和失去效用的磨料混合物中回收那些可以重复利用的海绵磨料，为后续的循环利用提供磨料。在整个海绵磨料喷砂工艺中涉及到的4 个环节都是彼此独立运行的。如图2。

图2 海绵磨料低尘喷砂工艺使用的设备

3 海绵磨料低尘喷砂工艺的应用效果

1）提高施工质量。通过对海绵磨料施工现场可以看出，采用海绵磨料处理后的构建表面粗糙度十分均匀，均匀的粗糙度大大提升了构建钢板和防腐涂层之间的附着力，附着力的增加延长了涂层防腐能力，增加了涂层的耐久性，对涂层的流平和装饰提供了有利保障。

2）有效抑制了砂尘的产生。海绵磨料低尘喷砂工艺作业区内粉尘、砂尘明显减少，大大提高了能见度。能见度的大幅度提高为作业人员及时检查构建表面处理情况提供了方便，缩短了检查周期。砂尘的减少大大降低了喷砂作业人员患病的风险，保障了作者人员的身心健康。砂尘的有效降低也为临近工作单元的工作环境提供了有效保障，改善了整个区域内的环境卫生。

3）喷砂设备轻巧便捷，喷砂设备组合套装总体重量在150kg 左右，可以放置在设有万向轮的支架上随时随地移动到指定位置，设备结构轻巧便捷。喷砂组合设备与构件表面越近所需要的皮管越短，喷射作业的效果也越明显。海绵磨料的低尘和低反弹性大大缩短了作者人员的检查和磨料收集时间，提高了工作效率。海绵磨料的低尘性也为不同工种的交叉作业提供了可能。