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摘 要：随着世界的经济发展以及区域经济特点的影响，修船行业具有鲜明的地域特征。国际船舶维修市场以欧洲，新加坡，马来西亚，中东，中国为主，东南亚的菲律宾和越南等国的船舶修理行业，最近几年也开始出现了明显的增长。其中，民用船舶修理市场占据了很大的市场份额。我国为持续优化修船产业布局和加快业务绿色高端转型，加大了修船设备设施升级改造力度，推动修船业务向绿色、环保、低耗、高效的发展。超高压水除锈是一种采用超高压喷射水流，对钢板表面进行除锈的绿色环保除锈方法，在实际应用中，主要采用高压泵进行加压，使水压力大于250兆帕。超高压水除锈技术主要以水为核心，在除锈的全过程中，既能确保没有灰尘污染，又能在除锈后对废水进行循环利用，在满足污水排放标准后，保证其不污染环境。

关键词：修船；船舶修理；超高压水；除锈；应用

中国造船工业协会于2019年发布并编制了《修船行业绿色船舶修理企业规范条件》，是中国第一部“绿色修船”产业标准。该规范要求，将进一步强化对该行业的监管，使其朝着“规范”“绿色”“安全”“可持续”的方向发展，推进产业的供给侧结构变革，推动我国修船产业的高质量发展。从而促使修船行业采用全新的、环境友好的船舶除锈涂装新技术，并已在一些船舶修理企业中得到了广泛的应用。随着国家、地方各级政府环保要求逐步提高，超高压水除锈作为环保、高效、清洁、全天候及无职业危害的新型除锈工艺，已成为我国修船行业的主流技术。在国家层面的鼓励下，环境友好、高效的超高压水除锈技术得到了较大的发展，在修船行业得到了快速的推广应用，它的技术能力、稳定性和成熟度都得到了进一步的提升，综合效率和使用成本都与船舶工业的需要相符，产品的市场化程度也越来越高，采购的价格也越来越合理。超高压水射流和高压智能化清洗正逐渐成为舰船工业洁净除锈技术发展的趋势。

1.超高压水除锈技术概述

1.1超高压水除锈技术国内发展历程

超高压水除锈技术是一种利用超高压泵组（马达或柴油带动柱塞泵头），将超高压水流经高压管道输送给除锈机构，再经喷嘴喷射出超高压水流，对工件表面进行冲刷，从而实现除锈和去除油漆的新环保技术。80年代超高压水除锈技术被引入到国内，国内外有关院校、科研单位及企业对此进行了大量的研究。在此期间，江南船厂和上海船厂也成立了专门的技术研究团队，开展了一系列的实验研究。在此之前，尽管可以采用超高压水除锈技术进行防腐处理，但由于受到装备的制约，如喷流压力和速度过慢，致使除锈效果较差，没有实际应用价值。在水溶液中添加磨料，尽管其效果更佳，但铜矿砂等磨料供给紧张，使用成本较高。另外，作业时产生的潮湿磨料会遮盖作业面及增加清理难度，清理物中的铜矿砂磨料回收工艺复杂也是较大的问题，且易损伤喷头而不能普及。近几年，由于船舶除锈工业对效率、质量和环保的需求不断增加，加之装备的技术不断进步，各类自动化、智能化的高效驱动器不断涌现，使得超高压水除锈技术发展迅速，已具备了产业化的基本条件，并步入了市场发展的轨道。超高压水射流除锈能够实现对被处理的金属基材不产生任何破坏，也不会对被处理的金属基材产生二次污染，通常无需二次净化，就能够对具有复杂外形和结构的物品表面进行清洗除锈作业。在有效的驱动装置的辅助下，具有较高的自动化水平、较高的清灰效果和较好的去污性。目前，国内主要修船厂完成的修船涂装采用绿色超高压水除锈作业面积已超过总量的50%，部分船厂已经实现船壳外部超高压水除锈全覆盖，逐步淘汰传统高污染的喷砂除锈技术。

1.2超高压水除锈工艺的优势

a.环境污染和职业病风险大幅降低。超高压水除锈过程中，粉尘排放少，不会引起空气污染，也不会给工人带来硅肺病的危险。并且，在工作过程中可见度较高，可以防止由于视野不好引起其它的安全问题。b.清理物回收经济快捷。因为超高压水除锈不需要铜沙等磨粒，原料为自来水，确保了除锈过程不出现粉尘逸散，从根源上杜绝了大气颗粒物污染问题，工作时所生成的清理物质以污水及微量固体物质为主，容易被回收，可以很容易地用于密封舱、水舱等密闭舱中。清除物的回收既简便又经济，在回收清除物之后，经过过滤，可以将固体物质和污水分开，经过处理的污水可以再进行二次回收。c.作业效率更高。与常规的需要人工经过或磨料的层层研磨不同，超高压水采用高压射流对金属板上的附着物质进行冲蚀、剥蚀、切割和打击，特别当涂层厚度较厚时，超压水除漆效果更好。并且在除油和除锈的过程中，还能实现对钢板表面的清理和脱盐，不需要二次清理，节省工作周期，提升总体工作效能。d.适用范围更广。对阀门、管件等有较高密封需求的部位，超高压水除锈不会产生湿润的磨粒，也不会有磨粒的残余对阀门零件的密封造成影响，回收成本低且工作效率大幅提高，可以得到广泛的应用。另外，高压水射流除锈没有高温和火花，本身就具有降温和灭火的功能，可以在需要防火、防爆的地方进行工作，适用的领域也更加广泛。e.清洁效果更好。超高压水可以更加彻底地清除位于毛孔和凹陷中的锈蚀斑点或漆斑，而不会对其造成任何影响，从而达到更好的清洗效果，同时还可以改善涂料的黏合性。在除锈期间，通过多次清洗和稀释溶解盐，可以高效地除去水中的溶解盐。f.具备全天候露天作业能力。因为超高压水除锈不会受到雨水天气的干扰，无论在晴天还是雨天都可以进行户外工作，可以消除雨天的不良影响，保障施工计划有效进行。

2.超高压水除锈系统组成

超高压水除锈系统涉及电动平台车，液压提升系统，电气控制系统，超高压水喷盘一体化组件，末端连接件，超高压连接软管，废弃物回收系统，泵组系统等。（此系统描述是否需增加泵组部分？）（1）电力驱动平台车。主要由承载平台，平台部件，悬臂支架，减震钢板，主动轮，转向轮，转向装置，转向减速箱，转向马达，铅酸蓄电池组等构成。（2）液压升降系统。主要包括液压泵，顶升油缸等。（3）电控系统。主要包括电子控制盒，铅酸蓄电池组，电位器，总接触器，信号接收器，无线遥控，直流串励电动机，串励电动机调速器，指示灯等。（4）超高压水喷盘集成模块。它主要由超高压喷盘，喷盘支撑座，双动辊（引导/防撞），支撑式伸缩器等组成的。（5）端部连接部件。包括高压接口，废物回收接口等。（6）超高压连接软管。承压能力280Mpa，壁厚8mm。（7）泵组系统。超高压泵组系统包括超高压泵站，泵前水处理装置和电气控制系统，其中超高压泵输出压力为260MPa-280MPa，输出流量为32-36L/min，配带电机功率为132 kW。（8）废弃物回收系统。主要包括罗兹鼓风机，直流马达，连接软管等。

只有在超过2300bar的压力和30 L/Min的情况下，才能确保双手握两把喷枪达到5米/小时的工作效率，满足油轮、化学品船等的甲板除锈的要求。为了使该装置具有先进的性能，主要参数为：流量：32—36L/min，最大工作压力：2600-2800bar，真实工作气压大于2500bar；驱动形式：电机为主传动，动力功率160-180KW；执行机构：每个单机配2支手控喷淋，排量12—16L/m，最大工作压力2800bar；本机配备有四部手动推磨平板除锈机，最大工作压力为3000bar/m。一般船舶外板表面的清理工作区域为4000-6000㎡，按照16个小时的除锈周期计算，单个码头需要64支喷枪进行工作。

3.超高压水除锈技术的设计与应用

3.1超高压水喷盘集成模块设计

（1）超高压水喷盘集成模块整体设计。该喷盘主要由8个喷嘴组成，底座与箱体的结合部为聚氧亚甲基（POM）材质，在喷头上设有废料收集孔，通过一根管子将废料进行循环利用。喷盘罩外壳由调心轴承组成，轴端与外部底座相连，底座周围装有导向和防撞滚轮，在各部件之间装有可伸缩的机构，可在工作时对喷盘的定位进行自动调节和校正。图1为超高压水喷板一体化组件的结构图。

（2）喷盘左右滑动执行机构设计。喷盘共用基础滑道为方形管道，方形管道为滑道共用基础，由方形管道与顶升油缸相连，可向左、向两侧滑动，两个喷射板之间的距离可依需要而调整。图2 显示了二维动作执行机构模型图。

3.2喷盘集成模块测距安全保险装置设计

喷盘一体化组件是电力传动坞底处的超高压清洗机和除锈器的关键组件，为了对喷盘一体化组件进行高效的防护，充分考虑了设备运行过程中的安全性，增加了喷盘一体化模块测距安全保险设备，它主要包括机械高度限制安全保险机构和无接触互动雷达测距安全保险机构2个部分。

第一，机械高度限位安全保险装置。将该装置设置为喷射板一体化组件的第一层安全设备，所述设备被划分为三个层次的安全控制，其中，第一层是普通的安全风险防护高度，也就是，在机械限制压缩量是10mm时，将限制接触信号，通过电子控制元件，将压力传递给液压缸，从而对油压缸的顶起高度进行调节；在机械限制压缩量小于20mm的时候，通过电控元件将极限触点的压力值回馈给液压缸，从而实现对油压缸的提升高度的调节；在机器限制压缩量达到30 mm时，通过电控元件将极限触点信号回馈给液压油缸急停机构，以达到驱动坞底超高压水冲洗除锈设备紧急停机的作用。

第二，非接触式交互雷达测距安全保险装置。将无接触互动雷达定位安全保险设置为喷射圆盘一体化组件的二层安全保障，其具有更高的效能，适合于在坞底处进行超高压力的水中除锈。采用无接触互动雷达定位安全保障设备，将接收到的回波脉冲与接收到船体的时差进行转换，将危险范围内的测量信息通过电控元件传递到液压油缸的急停设备上，达到环保动力驱动坞底超高压水冲洗除锈设备紧急停机的作用。

3.3悬臂支撑模块设计

第一，悬臂升降控制系统设计。操作员用无线远程控制器发送上升和下降的信号，该接收器将所接收的无线电信号转化成一个切换量的输出信号，这个信号带动外部24 V的直流中间继电器，该中间继电器带动气缸控制触点和油路控制电磁阀，使油缸马达通电转动，通过一个叶片将气缸里的液压功率传递给一个液压顶杆，再由顶杆带动起吊盘，从而达到对托盘进行抬升。通过在油道处设置反向电磁阀，使货盘降低。液压提升装置主要由液压泵、提升油缸和双作用换向阀构成。该装置由48V直流电动机带动，为机架的提升提供了一定的液压功率。第二，悬臂固定防转装置设计。当整个超高压水射流除渣设备运行时，因喷射盘一体化组件具有一定倾角，需与船体底部相接触并向前推进，在外部载荷作用下，喷头一体化组件容易发生旋转。鉴于液压缸活塞是圆筒形，在其上下运动过程中受到喷板组件旋转的作用，会发生旋转，需要在其上安装一个与液压缸一体化的防旋转装置，以确保其按照预定轨道运行。

3.4承载平台设计

（1）承载平台整体设计。根据坞墩到船体底部的高基本都在1.5m以内，这个高度确定了承载平台的高度，经过比较，发现使用履带设备可以将车体高度降到最低，可以达到三个坞同时使用的目的。（2）承载平台防自转装置设计。在进行喷砂除锈工作时，支架与喷射器模件底座相连，因船坞舱面高低不平容易造成振动，使支撑平台产生变形。为了避免这种情况的出现，研究开发了一种用于支撑结构承载的支架和承载平台之间的夹角调节装置，以避免支撑结构的变形。本发明安装于喷枪底座框架的两端，采用凸形把手，手工锁紧，保证了喷枪底座和喷枪底座在各种工作状态下均能平稳工作。这种锁定机构的最大特点是：其构造简洁，能够在高低不平的情况下工作。

3.5超高压水除锈系统设计

（1）废弃物回收系统。废弃物收集装置包括罗兹鼓风机、直流马达和连接软管等，作业时罗兹风机通过直流马达推动固体颗粒进行吸附。在风机高速旋转（3000 r/min）条件下，通过管道等装置将破碎后的颗粒物质抽吸到筒中，通过筒内的滤袋进行过滤，将颗粒状物质集中到一个布袋中，然后将污水排入到坞底污水处理系统中。在强负压的作用下，气体从进风口快速地流向筒体，而在喷射盘中的水流和空气，则被采集并被带到筒体中，而在筒内壁上则连接着一个过滤器，该过滤器的过滤精度通常为1微米，其作用是将水和空气从滤袋的孔隙中排出，从而满足了对环境保护的需求。（2）环保驱动电力系统。整车采用24套直流-250型铅酸电池，构成48伏直流电源。其行走驱动主要由3 kW的直流串联电动机组成，并与减速器相匹配，使整车具有较强的动力输出能力。方向盘使用300 W的直流电动机，并与RV040型减速器相匹配，实现了对车体的导向作用。

结束语：

综上所述，与常规的除锈方法相比，超高压水除锈技术具有更好的清洗效果，而且其本身的应用可以实现污水的治理和循环利用，将对周边环境的冲击降到最低，这对船舶维修产业的发展来说是至关重要的。另外，高压水射流除锈技术在使用中仍然有很多缺陷，需要不断地改进和改进这些技术，为国家船舶工业的可持续发展做出自己的贡献。

参考文献

[1]陆华，陈纪赛，王振刚，等.修船表面超高压水除锈废渣干馏热解无害化处理技术[J].船海工程， 2020（04）：112-115.

[2]崔军，徐卫华，任中正.浮船坞内船底超高压水除锈技术研究与应用[J].中国修船， 2023（05）：34-38.

[3]薛胜雄.超高压水射流自动爬壁除锈机理与成套设备技术[J].浙江大学，2022（05）：215-218.

[4]张英文.修船作业中超高压水除锈技术的应用[J].中国水运， 2022（04）：324-328.

[5]梅佛全.超高压水射流除锈工艺在船舶清洗中应用前景的探讨[J].清洗世界，2020（05）：154-157.

[6]刘权.超高压水除锈在修船除锈中的应用与实践[J].船舶物资与市场， 2020（08）：20-23.