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建造一艘船舶时涂塑钢管综合分析

    建造一艘船舶,所用管道数量相当可观,万吨级船舶的管系长度可达3U公里,其维修工作量约占船舶总维修工作量25 %}。海水对钢材的腐蚀本来就很严重,加上海水中的固体颗粒,增加了对钢管内壁磨损,沉积在管壁上便引起隙缝腐蚀。长期来,船舶管系采用增加壁厚或内壁镀锌来延长使用寿命,但是使用2-r3年后就会产生内壁腐蚀并多处穿孔。为了解决海水对管壁的腐蚀与磨损,在钢管内壁涂敷一层塑料层,有很好的使用效果。

    用于船舶管系防腐蚀的涂层材料,应满足下列条件:
    1、耐海水,尤其是60^-80℃海水的腐蚀。
    2、与钢管基体附着力强。
    3、涂塑工艺简便。
    4、材料立足于国内。
    我们曾选用多种类型的塑料如环氧粉末、聚氟乙烯(PYF)乳液、聚乙烯粉末、以及T3:作为固化剂的环氧树脂,AB5树脂等,从中进行筛选。试验的方法是:按照有关规定制作样板(平板、园柱、管件),在其表面涂敷所试验的材料涂层。然后进行冲击试验,附着力常规划圈试验,弹性弯曲试验,人造海水浸泡试验,盐雾试验,6D℃与常温人造海水交变浸泡试验,海港挂片试验,安装于船舶管路中实船使用等。经过两年多的试验研究,筛选出适用的材料有如下两种。
    (1)改性环氧粉末(H65-K}),这类材料比较稳定,与钢管粘结性能和耐海水腐蚀性好,适于船舶海水管系内壁涂塑。
    (2)聚氟乙烯<PVF)乳液,有较好的耐腐蚀性能,使用温度范围广,工艺:简单,如能严格掌握工艺过程,则与钢管有较好的粘结性,同样可作为钢管内壁防腐蚀涂层材料。两种涂塑材料性能见表1。

    聚乙烯粉末材料,价格便宜,其防腐蚀性能亦较好,但涂层与钢管基体粘结力稍差,如能提高与钢管的粘结性能,也将是一种很有前途的材料。

涂塑工艺与装置

      (一)工件表面的预处理   

钢管内壁涂塑的质量与工件表面预热处理的优劣和工艺措施是否恰当有很大关系。涂塑前必须根据工件对象,选用恰当的预处理工艺。通常对阀件及容器采用机械除锈(喷丸或喷砂),对于大多数管件则采用化学法除锈,所用的酸洗液有:硫酸、磷酸、705或B205酸洗液。在我所及江南造船厂、沪东造船厂曾分别用上述四种除锈液进行处理,都能取得同样的效果。
    工件预处理的质量指标:
    1、表面不允许有毛刺、尖棱角、焊渣、气孔及严重锈蚀点。
    2、表面不允许涂油漆或其他涂料。
    3、表面必须经过严格去油、除锈,露出金属本色。

      (二)工艺与装置
    为了能使钢管内壁、管件内腔涂敷均匀的涂塑层,曾采用静电喷涂、热喷涂、真空吸涂、浸涂等多种工艺进行了试验研究。
    涂塑工艺可分为两大类型;即溶剂型材料的涂塑工艺及粉末类材料的涂塑工艺。溶剂型涂料(PVF乳液)采用浸涂、喷涂工艺,操作方便,为保证与基体有较好的粘结力,需严格工艺过程。此类工艺可涂敷任意形状和大小的管壁及内腔,根据所要求的涂层厚度可浸涂二遍、三遍。在施工中虽有溶剂挥发,但对人体无害,且可进行回收,其工艺流程如下:

当被涂工件管径大于160时,以喷涂为宜,可增加粘结力。其工艺流程如下:

    涂敷粉末类材料的工艺方法不同,所采用的装备也就不同。涂塑装置包括下列几大部分:即表面酸洗槽、加热’系统、供气系统、供粉装置、电气控制系统、涂装系统、回收装置等。
    管道防腐蚀涂塑层表面质量指标:
    1,涂层表面应均匀、光滑、致密、无明显破损。
    2、涂层厚度,H65-K,涂层为25050}m}  PVF涂层为100120um,用磁性测厚仪检查厚度。
    3、针孔度:涂层无针孔。用针孔报警器检查。
    为了考察涂层质量,除在实验室进行加速腐蚀对比试验外,选择了腐蚀条件较为苛刻的厦门港海域作涂塑管件的防腐蚀试验,该试验站的自然条件全年平均值为:溶解氧5.27m1/1,水温20,8℃,盐度2.86,pHB,18,流速33,5厘米/秒。
    试验方法:制作专门的浸海框架,涂塑钢管试样用尼龙绳固定在框架中间,框架全浸于试验浮伐中。试验过程中,定期测定海水的各种指标,同时定期检查内壁涂塑层的情况。经过二年又一个月浸挂后检查,H65^K:改性环氧粉末涂层,PVF乳液涂层完好的部分钢管未发现锈迹,两种涂层材料防海水腐蚀效果甚好。

涂塑钢管的实船使用
    在进行涂塑工艺研究的同时,还涂敷了一些阀件、管件,安装于船舶海水管路中经受使用考验。
    1、一九八三年七月,江南造船厂为新加坡建造的两艘700TEU集装箱船中热交换器端盖的内腔、阀件内腔,采用静电喷涂H65--K,粉末,八四年四月交船,经过保证期一年航行考验,在海水系统附件的涂塑层上未发现任何问题。

    2、一九八三年十一月,江南造船J一修造浙江801客货轮时,选择两段}75mm} x500mm内壁流经海水的主机冷却系统管道,其一直管内壁喷涂Hg5-K:粉末,另一段S形弯管内壁涂敷PVF乳液,经过两年多实船航行使用,除日常观察外,定期拆开检查二次,两段涂有Hg5-K1 , PVF涂层的海水管道内壁涂层完整无损,涂层无脱落,无腐蚀锈斑。

    3、一九八五年六月,沪东造船厂修理的海洋一号轮,在副机舱中选择流经海水的三段管件帅114 x 4.5 x 2500mm,}114 x 9'}.5x 1750mm. X76 x 4 x 1600mm),都采取分成两段制造,其中的一段涂敷H65-K:段或PVF,另一段仍采用传统的热镀锌,使涂塑管件与热镀锌芒在同一工作状况下使用,对比考察使用寿命,在航行一定时间后将拆开检查。

    大面积推广涂塑钢管的应用,必将是对涂塑工艺的更好检验,并使涂塑工艺更加完善。为此,江南造船尸为广州海运局建造的650001}WT油轮,其中部分IGS管道,国外图纸要求采用涂塑钢管,现准备进行涂敷H 65-IC, , PVF两种材料,数量共有60余根,长度约为150米,管径分别为D8150, D880D850. D825等,形状有弯管、支管等。

钢管内壁涂塑技术经济分析
    钢管内壁涂塑工艺比热镀锌工艺有较好的经济效益,具体有以下几个方面:
    1、经济成本:
    一般热镀锌钢管镀锌费用以吨位计算,在1000^-1400元/吨,而涂塑钢管在400^600元/吨,建造一艘二万七千吨货轮,全部采用涂塑管道则可节省几万元。
    2、防腐蚀效果:
    据有关资料介绍,涂塑管耐腐蚀性能远比镀锌好(实验室内的对比试验也得出同样结果)。如一九六一年英国某海运公司发现,其散盆货轮的舱底镀锌低碳钢管道遭到严重腐蚀,某些部位2N$年内就穿孔了,其后安装了几根涂塑管道,使用二年后,没有岁现点蚀或起泡现象。一九六八年在格拉斯哥的依次哥港新建的几艘船上,安装了涂塑舱底管道,运行n年后,其管道未发生腐蚀现象。我国船舶上使用的镀锌钢管,一般在3}}年船舶小修时,部分管道因腐蚀必须更换,7~8年大修时,其管道需全部更换。而我们进行了两年多实船使用的涂塑钢管,其涂塑层仍完好无损,无腐蚀现象。在厦门海域常年浸泡于海港试验站浮伐内涂塑管试样,两年来检查,其涂塑层的防腐蚀性能亦良好。
    3、操作工艺与能源消耗:
    采用热镀锌工艺,必须要有专门的锌池
  (通常为8000 x 1700 x 1500mm),把锌块加热到510^-5}0 C熔融成锌液,才能进行镀锌。而在停镀时也应将成吨锌掖保温在500 C左右,消耗能源非常严重。采用涂塑工艺就简单得多,涂塑固化时,所需温度仅在200 C左右,据初步估算,建造固化烘房(大小为8000 x 2000 x 1500mm)其投资费用仅为锌池的十分之一,而操作时所耗电能仅为热镀锌的六分之一。一般非晶合金代替硅钢片,损耗可由i1,5W/kg降至0.44W/k8o
    利用非晶高导磁率、高电阻率、高硬度等性能,可制录音机、录象机、计算机、记录仪的磁头,其音质与寿命比晶态铁氧体及.坡莫合金磁头高。
    3、耐蚀材料
    含有Cr与P的非晶合金,抗氯化物、硫酸腐蚀的能力强,可用于海洋、化工、医:疗等工业,如反应罐、阀座、阀门、泵、搅拌浆、板式换热器,轴、轴承、外科手术刀等。
    4、其它方面应用,
  非晶合金可作为催化剂:表面活性化耙基非晶合金用于甲醇、甲酸醋钠或甲醛的氧化。生成碳化氢所用的Fe-Ni-P-B非晶催化剂效果比晶态合金高一百倍。
    贮氢材料,可用于以氢为燃料的车辆、热泵、空调器等。
    另外,非晶态在钎焊材料,光导纤维材料,多层薄膜材料(每层仅3一5个原子层厚)等方而均右应用.