CN108453028B - 基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，按照以下步骤进行：S1：防腐处理前验收；S2：罐内空气检测；S3：表面激光处理；S4：粗糙度检测；S5：内衬层施工；S6：内衬层厚度检测；S7：导静电层涂覆；S8：导静电性能测试。采用本发明提供的基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，存在施工效率高、现场条件要求低、安全风险低、经济性好、不影响环境、无职业伤害、内衬层附着力大和使用寿命长等优势，具有极佳的市场推广和应用的前景。

Description

基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺

技术领域

本发明属于防腐工程技术领域，具体涉及一种基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺。

背景技术

过去国内加油站多采用钢制单层卧式埋地油罐，对这些油罐的渗泄漏问题没有引起足够重视，也缺乏系统性的调查，时常发生燃油泄漏污染地下水源的情况。随着公众环保意识的逐步增强，加油站安全环保问题日益突出，特别是加油站地下油罐系统渗泄漏带来的环境风险，成为社会各界关注的重点。

鉴于国内在役加油站还有大量埋地钢制单层卧式埋地油罐事实，从经济和技术诸多方面考虑，大批量更换是不现实的，最有效的方法是对现有罐体内表面进行防腐施工，在罐体内制作内衬，使之升级为双壁罐结构。在罐体内表面防腐施工中，对罐体内表面的处理是整个防腐施工的重要环节，表面处理质量的好坏直接关乎于内衬层的稳定性与使用寿命。

现有的罐体内表面处理方法通常采用喷砂处理方法，主要通过颗粒喷射的冲蚀作用以达到表面清洁和适宜的粗糙度，具备除锈效率高、成本低等优势，但是存在以下问题：

1、职业伤害大，长期作业的工人易患尘肺病等职业病；

2、环保问题严重，易污染环境；

3、罐体内空间狭窄，施工噪音巨大，易损害作业者的听力；

4、场地要求高，需要专用场地放砂和筛砂；

5、处理精度难以把控，易对锈蚀部位附件的局域器件造成损伤；

6、内衬层施工无法及时跟进，由于喷砂处理完成后，罐体内部扬尘严重，需静置等待后才能进行内衬层施工；

7、废砂处理会产生二次污染，且废砂转运成本高。

因此，随着环保问题的日益突出及各方管理的加强，急需引入一种全新的环保型施工工艺，以克服传统方法进行施工的问题。因而我们想到利用激光的物理特性，既能够对钢结构表面进行处理，又能够克服上述传统施工方法存在的问题。但是，目前的激光清洁方法虽然能够清洁钢结构的表面，但是处理完成的钢结构表面不具有满足内衬层附着力的粗糙度，根本无法达到防腐施工的要求。解决以上问题成为当务之急。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，具有施工效率高、现场条件要求低、安全风险低、经济性好、不影响环境、无职业伤害、内衬层附着力大和使用寿命长等优势。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，其要点在于，按照以下步骤进行：

S1：防腐处理前验收

对待处理的罐体进行洁净度和超声波探伤检查：不合格，拒绝接收，合格，接收并进入下一步骤；

S2：罐内空气检测

对罐体内部的空气中可燃气体浓度和氧气浓度进行检测：不合格，通风换气，合格，进入下一步骤；

S3：表面激光处理

利用激光发生设备处理罐体的内表面，去除罐体内表面的锈、泥和水分，并使罐体内表面的粗糙度大于60μm；

S4：粗糙度检测

检测罐体内表面的粗糙度是否大于等于60μm：否，返回步骤S3，是，进入下一步骤；

S5：内衬层施工

在罐体内表面涂装内衬层；

S6：内衬层厚度检测

检测内衬层的厚度是否合格：不合格，返回步骤S5，合格，进入下一步骤；

S7：导静电层涂覆

在内衬层上涂覆导静电层，使导静电层与灌口金属部分衔接；

S8：导静电性能测试

检测罐体内表面的导静电性能：不合格，返回步骤S7，合格，防腐施工完成。

采用以上方法，激光发生设备发射的激光脉冲不仅能够去除罐体内表面的铁锈、油等杂志，还能够同时挥发掉作业面的水分，在表面形成局部淬化，不易发生二次氧化，同时使罐体内表面具有防腐级的粗糙度。并且，激光清洗现场不会有大规模的扬尘及污染，无需静置等待即可进入内衬层施工的工序，不但大幅提高了整个防腐施工的效率，而且不会影响污染环境，不会产生较大噪音，操作者不会患尘肺病、听力障碍等职业病。同时，利用激光扫描的进行清洗除锈方式不受罐体形状和罐内支撑构造的限制，既利于在罐体内的狭窄空间进行施工，又能够对异形表面进行清洗除锈，使激光除锈后的罐体内表面干净、粗糙度适宜，使内衬层具有更大的附着力，从而大幅提高了防腐寿命，并且能够在罐内湿度不大于95％的环境下进行作业，适应性极强，另外，该工艺无需其他辅助设备及材料，有380V工作电源甚至发电机即可，其便利性也远远优于传统工艺。

作为优选：步骤S2中，所述钢结构工件的表面在激光发生设备的作用下形成由多个凹坑组成的微表面结构。采用以上方法，通过微表面结构，在罐体内表面形成防腐施工所必须的粗糙度，使内衬层能够更好地附着在罐体的内表面上，延缓内衬层发生渗漏等现象的时间，有效延长了防腐寿命。

作为优选：所述微表面结构由激光发生设备扫描罐体内表面至少两遍得到，且任一遍激光扫描形成的凹坑的密集度小于上一遍激光扫描形成的凹坑的密集度。采用以上方法，凹坑在罐体内表面形成无序排列，进而形成无序的粗糙面，快速在罐体内表面形成防腐级的粗糙度(大于等于45μm)，以大幅提高内衬层的附着力，这样的设计能够有效延长内衬层的使用寿命。其中，任一遍指的是第N遍，N为大于等于2的正整数。

作为优选：任一遍激光扫描的路径垂直于上一遍激光扫描的路径。采用以上方法，能够更加快速地使凹坑在罐体内表面形成无序排列，从而提高了激光处理的效率。其中，任一遍指的是第N遍，N为大于等于2的正整数。

作为优选：任一遍激光扫描形成的凹坑的大小大于上一遍激光扫描形成的凹坑的大小。采用以上方法，能够在罐体内表面形成更加无序的凹坑排列，以大幅提高内衬层的附着力，不发生脱落。

作为优选：所述微表面结构由激光发生设备扫描罐体内表面一遍得到，该微表面结构由交替排列的第一条形部和第二条形部组成，该第一条形部和第二条形部均由沿平面阵列分布的凹坑组成，所述第一条形部中凹坑的密集度大于第二条形部中凹坑的密集度。采用以上方法，凹坑密集度更大的第一条形部在含水量较小条件下与内衬层的结合性能更好、使用寿命更长，而凹坑密集度更小的第二条形部在含水量较大条件下与内衬层的结合性能更好、使用寿命更长，因此，第一条形部和第二条形部交替排列，各自作为对方的隔断，使罐体内表面不易脱落，这样的设计能够有效延长内衬层的使用寿命；另外，凹坑密集度更大的第一条形部对水性底漆的附着力更好，而凹坑密集度更小的第二条形部对环氧类底漆的附着力更好，因此，大幅提高了激光发生设备的通用性，无需时常调整激光发生设备的参数，降低了对操作工人能力的要求，减少了人工成本。

作为优选：步骤S5中，所述内衬层从内到外包括底涂层、内层玻璃钢层、贯通层和外层玻璃钢层，其中，所述贯通层3D中空织物制作而成。采用以上方法，内衬层使用寿命长，不易发生渗漏，且流道通畅，表面平整。

作为优选：步骤S2中，所述可燃气体至少包括气态汽油、气态柴油和苯乙烯，所述氧气浓度的合格范围为19.5％-22％。采用以上方法，氧气浓度的合格范围为19.5％-22％，既防止缺氧，又防止发生闪爆，而对气态汽油、气态柴油和苯乙烯的检测是为了保证罐内作业人员的安全性。

作为优选：步骤S2中，所述可燃气体的浓度如果不合格，则向罐体内通入热空气进行换气。采用以上方法，利用热空气加热器和风机对罐体内部进行换气，有效提高了换气效率。

作为优选：步骤S3中，所述激光发生设备的功率为1000w-2000w，扫描幅宽为200mm-400mm，最大焦距大于等于500mm。采用以上方法，使激光发生设备对罐体内表面的处理效率满足应用需求，同时具有足够大的焦距，以更加适应于狭窄空间和异形表面，便于工人操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，存在施工效率高、现场条件要求低、安全风险低、经济性好、不影响环境、无职业伤害、内衬层附着力大和使用寿命长等优势，具有极佳的市场推广和应用的前景。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为罐体内表面上生成的微表面结构其中一种实施方式的示意图；

图3为罐体内表面上生成的微表面结构另一种实施方式的示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

请参见图1，一种基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，按照以下步骤进行：

S1：防腐处理前验收

S11：检查待处理罐体的洁净度

检查待处理的在役油罐内部是否有残余油、废渣和水渍等杂质：有，重新清洗，无，进入下一步骤。

S12：超声波探伤检查

利用超声波探伤仪检测罐体的壁厚：当壁厚小于设计厚度的80％时，不满足后续施工条件，拒绝接收，当壁厚大于等于设计厚度的80％时，进入下一步骤。

S2：罐内空气检测

S21：检测罐体内可燃气体浓度

检测罐体内气态汽油的浓度是否在1％-6％以外、气态柴油的浓度是否在0.5％-4.1％以外、苯乙烯浓度是否小于50mg/m³，如以上条件均满足，则进入下一步骤，如任一不满足，则对罐体内进行空气置换，直至合格。需要指出的是，换气时通入热空气能够大幅加快可燃气的排出，以达到动火施工条件。

S22：检测罐体内氧气浓度

检测罐体内氧气浓度是否处于19.5％-22％的区间：是，既防止缺氧，又防止发生闪爆，则进入下一步骤，否，则强制换气通风。

S3：表面激光处理

利用激光发生设备处理罐体内表面，去除罐体内表面的锈、泥、油和水分等杂质，并使罐体内表面的粗糙度大于等于60μm，达到防腐级别，能够使内衬层可靠地附着在上面。

罐体内表面激光处理的原理：通过高功率密度、短脉冲的激光作用于金属表面，表面非金属材料(杂质)吸收激光能量后迅速气化，并几乎同时形成大量稠密的高温、高压等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生垂直于材料表面的压应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力和冲击凹坑，其中残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。

激光发生设备的参数如下：

1、主机功率达到1000w-2000w，主机重量不超过400kg，采用380v动力电源，最大耗能不超过6kw/h。

2、激光枪头采用手持式，便携性好，重量不超过5kg，该激光枪头与主机之间通过光纤连接，该光纤的长度大于30米，灵活性好，以适应于不同的场景。

3、扫描幅宽可调，以200mm～400mm为宜；最大焦距可调，且大于等于500mm，处理效率大于等于20m²/h。

进一步地，激光枪头与负压发生器连接，能够回收返尘，尤其便于清理罐内施工时的返尘。

需要指出的使，所述激光发生设备产生的单脉冲激光的波长优选为1064nm，既能够快速清洗去除罐体内表面的油、泥等杂质，又不会对罐壁造成穿透性损伤。

请参见图2和图3，在本步骤中，所述罐体内表面在激光发生设备的作用下形成由多个凹坑a组成的微表面结构，该微表面结构可以有多种实施方式。

其中一种实施方式：

请参见图2，所述微表面结构由无序排列的凹坑a组成，在罐体内表面形成无序的粗糙面，以大幅提高内衬层的附着力。具体地说，所述微表面结构由激光发生设备扫描罐体内表面至少两遍得到，并且，任一遍激光扫描的路径垂直于上一遍激光扫描的路径，即横竖交替施工。进一步地，且任一遍激光扫描形成的凹坑a的密集度小于上一遍激光扫描形成的凹坑a的密集度，任一遍激光扫描形成的凹坑a的大小大于上一遍激光扫描形成的凹坑a的大小。使罐体内表面快速形成大小各异且无序排列凹坑a，使罐体内表面的粗糙度达到防腐标准，以大幅提高内衬层的附着力。需要指出的是，通过改变激光的扫描速度(凹坑a的间隔)及焦距(凹坑a的大小)进行二次或多次冲击扫描，可使凹坑a变得无序，进而增加内衬层的附着力，大幅延长防腐期限。

举一个该实施方式的实例，先如图2中左上角的I小图所示的方式在罐体内表面横向扫描一遍，再如图2中右上角的II小图所示的方式在罐体内表面竖向扫描一遍，这一遍产生的凹坑a密集度小于第一遍，而凹坑a的大小则大于第一遍，最后又如图2中左下角的I小图所示的方式在罐体内表面横向扫描一遍，这一遍产生的凹坑a密集度小于第二遍，而凹坑a的大小则大于第二遍，最终，在罐体内表面形成了如图2中右下角所示的无序排列的凹坑a组合。其中，扫描速度：第三遍＞第二遍＞第一遍，而凹坑a大小的调整则是通过调整焦距实现的。

另一种实施方式：

请参见图3，所述微表面结构由交替排列的第一条形部1和第二条形部2组成，该第一条形部1和第二条形部2均由沿平面阵列分布的凹坑a组成，所述第一条形部1中凹坑a的密集度大于第二条形部2中凹坑a的密集度。采用这样的设计，凹坑a密集度更大的第一条形部1在低湿度条件下与内衬层的结合性能更好、使用寿命更长，而凹坑a密集度更小的第二条形部2在高湿度条件下与内衬层的结合性能更好、使用寿命更长，因此，第一条形部1和第二条形部2交替排列，各自作为对方的隔断，使内衬层不易脱落，这样的设计能够有效延长内衬层的使用寿命；另外，凹坑a密集度更大的第一条形部1对水性涂料的附着力更好，而凹坑a密集度更小的第二条形部2对油性涂料的附着力更好，因此，大幅提高了激光发生设备的通用性，无需时常调整激光发生设备的参数，降低了对操作工人能力的要求，减少了人工成本。

S4：粗糙度检测

检测钢结构工件表面的粗糙度是否大于等于60μm：否，返回步骤S2，是，进入下一步骤。当钢结构工件表面的粗糙度大于等于60μm时，达到防腐级别，能够进行内衬层施工。

S5：内衬层施工

在罐体内表面涂装内衬层，所述内衬层从内到外包括底涂层、内层玻璃钢层、贯通层和外层玻璃钢层。

S51：底涂层施工

在罐体内表面涂覆环氧树脂。

S52：内层玻璃钢层施工

在底涂层上涂装一层由玻璃纤维、环氧树脂和环氧基专用无捻粗纱组成的内层玻璃钢层。

S53：贯通层施工

选用3D中空织物制作而成，依照贯通尺寸进行预排，裁剪下料，采用手工粘贴法施工。具体如下：

1、根据罐内带衬情况，手工剪裁好3D织物尺寸；

2、将配比好FUCHEM环氧树脂FXR-6均匀的刷外层玻璃钢上；

3、将3D织物铺于刷好的FUCHEM环氧树脂FXR-6上，再滚刷树脂，注意树脂用量；

4、将3D织物搭接处处理使中间层流道通畅，表面平整；

5、检查修补：对不合格处打磨修补，保证中间层流道通畅，表面平整。

S54：外层玻璃钢层施工

在贯通层上涂装一层由玻璃纤维、环氧树脂和环氧基专用无捻粗纱组成的外层玻璃钢层。

S6：内衬层厚度检测

利用电火花法对内衬层的厚度进行检测：如无放电，则进入下一步骤，如不合格，则返回步骤S5。

S7：导静电层涂覆

导静电层施工，采用环氧耐油导静电涂料。罐体下半部分涂覆一层导静电层，在周长方向刷涂两道宽200mm的涂层与罐口金属部分衔接，罐口内侧周长方向刷涂200mm环状导电涂层。

S8：导静电性能测试

采用检测仪器对罐内进行内表面进行电阻率测试，要求电阻率应≤1X 1010Ω：如合格，防腐施工完成，如不合格，返回步骤S7。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，其特征在于，按照以下步骤进行：

S1：防腐处理前验收

对待处理的罐体进行洁净度和超声波探伤检查：不合格，拒绝接收，合格，接收并进入下一步骤；

S2：罐内空气检测

对罐体内部的空气中可燃气体浓度和氧气浓度进行检测：不合格，通风换气，合格，进入下一步骤；

S3：表面激光处理

利用激光发生设备处理罐体的内表面，去除罐体内表面的锈、泥和水分，并使罐体内表面的粗糙度大于60μm；

S4：粗糙度检测

检测罐体内表面的粗糙度是否大于等于60μm：否，返回步骤S3，是，进入下一步骤；

S5：内衬层施工

在罐体内表面涂装内衬层；

S6：内衬层厚度检测

检测内衬层的厚度是否合格：不合格，返回步骤S5，合格，进入下一步骤；

S7：导静电层涂覆

在内衬层上涂覆导静电层，使导静电层与灌口金属部分衔接；

S8：导静电性能测试

检测罐体内表面的导静电性能：不合格，返回步骤S7，合格，防腐施工完成；

其中，步骤S3中，罐体内表面在激光发生设备的作用下形成由多个凹坑(a)组成的微表面结构；

所述微表面结构或由激光发生设备扫描罐体内表面一遍得到，该微表面结构由交替排列的第一条形部(1)和第二条形部(2)组成，该第一条形部(1)和第二条形部(2)均由沿平面阵列分布的凹坑(a)组成，所述第一条形部(1)中凹坑(a)的密集度大于第二条形部(2)中凹坑(a)的密集度；

步骤S2中，所述可燃气体的浓度如果不合格，则向罐体内通入热空气进行换气；

步骤S3中，所述激光发生设备的功率为1000w-2000w，扫描幅宽为200mm-400mm，最大焦距大于等于500mm。

2.根据权利要求1所述的基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，其特征在于：步骤S5中，所述内衬层从内到外包括底涂层、内层玻璃钢层、贯通层和外层玻璃钢层，其中，所述贯通层由3D中空织物制作而成。

3.根据权利要求1所述的基于激光技术的在役油罐内表面防腐施工工艺，其特征在于：步骤S2中，所述可燃气体至少包括气态汽油、气态柴油和苯乙烯，所述氧气浓度的合格范围为19.5％-22％。

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