CN114657581A - 大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，该防锈功能水预处理方法包括：步骤S1，利用所述软水供给单元对自来水进行软化处理；步骤S2，配液单元将硅酸盐混合液与所述软水供给单元输出的软化水进行混合；步骤S3，利用输水泵将所述软水供给单元和配液单元输出的液体输送至电解单元；步骤S4，电解单元对输水泵输送的液体进行电解后形成成品防锈功能性水，之后存储于储液单元；步骤S5，出水泵组将储液单元内的电解液输送至预设的超高压水泵，利用超高压水泵喷射的水柱对船体表面进行除锈施工。本发明能够在使船体在超高压水除锈施工表面具有防锈特性，减少了表面涂装前的缺陷发生率以及降低了表面可溶性盐分含量。
Description
技术领域
本发明涉及造舰(船)表层预处理技术领域，尤其涉及一种航空母舰等大型舰船、设施表面涂装环节，大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法。
背景技术
现有技术中，船舶除锈一直是修船业的难题，无论人工铲锤，空气喷砂、喷丸除锈工艺，都改变不了严重粉尘污染、噪音、劳动强度大、成本和工效的矛盾等。传统喷砂除锈过程产生的扬尘是形成PM2.5的重要成因之一，对周边环境影响可达2～3公里，是大气污染的一项重要污染源。同时，铜矿砂生产也随着环保政策的严格而面临挑战，价格持续走高。此外，喷砂作业产生的粉尘导致坞内设备损坏率高，影响周边作业且清洁成本大，废砂处置成本上升。超高压水射流除锈技术，改变了干喷砂的粉尘污染问题，而且除锈效率提高了2～3倍。除锈方法主要包括：
1、喷砂与防尘网除锈相结合：传统喷砂除锈是利用7～10个大气压的压缩空气催动铜矿砂磨料以较高的初速度击打在船壳外板上，去除船壳表面漆皮、铁锈。为防止除锈粉尘无组织扩散，发展出了喷砂+防尘网除锈，为防止除锈粉尘无组织扩散，发展出了喷砂+防尘网除锈，试图用防尘网将整条船从上到下封闭起来，以减少粉尘飘散，但实际运行中该方法操作难度大，效果不佳，且耗工耗时耗料，对大型船舶更是难以实施；
2、喷砂与水雾除锈相结合：该方法为抑制除锈粉尘扩散，使用高压水炮在喷砂工作区域四周形成水幕，通过水雾与粉尘结合阻止粉尘飘散到四周大气中。该方法只能抑制部分扬尘，钢板表面质量不佳，存在返锈和二次除锈问题，增加清洗工序，生产效率低，废水难以回收；
3、砂水混合除锈：该方法是除锈喷头技术领域的一次革新，使用砂水混合喷砂除锈机喷出湿度较大的磨料，以一定的压力喷射到船壳表面，达到清污、除锈的目的，可以抑制扬尘，但经处理后表面粗糙、平整度不佳，需要增加清洗工序，废水可以部分回收，废砂清理回收处理难度增大；
4、激光除锈：该方法利用高能激光去除金属表面铁锈，除锈效果较好，但去除船壳金属表面漆皮效果不佳，漆皮汽化过程产生大量烟雾扬尘，未能解决扬尘问题。同时受功率限制不适合船厂大范围作业；
5、超高压水除锈：该方法通过高压水泵增压后，将水压提升到100MPa以上，利用超高压水射流的冲击作用和水撬作用破坏锈蚀层和原有涂层对钢板的附着力，进行除锈施工；超高压水射流除锈技术，改变了干喷砂的粉尘污染问题，而且除锈效率提高了2～3倍，全过程无扬尘，金属表面平整度好，除锈废水方便回收处置；此处理方式不能产生粗糙度，最大的问题是钢铁船体遇水后会快速的再次生锈，金属凹孔处也会因水的残留而持续产生锈蚀缺陷，极大的影响了此技术的实际大面积推广应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能够在一定时间内使船体表面具有防锈特性，减少表面涂装前的缺陷发生率以及降低表面可溶性盐分含量的用于大型船体表面的超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，该方法基于一装置实现，所述装置包括有软水供给单元、配液单元、输水泵、电解单元和储液单元，所述配液单元连通于所述软水供给单元，所述输水泵的输入端均连通于所述软水供给单元和所述配液单元，所述输水泵的输出端连通于所述电解单元，所述储液单元连通于所述电解单元的输出端，所述出水泵组的输入端连通于所述储液单元，所述方法包括：步骤S1，利用所述软水供给单元对自来水进行软化处理；步骤S2，所述配液单元将硅酸盐混合液与所述软水供给单元输出的软化水进行混合；步骤S3，利用所述输水泵将所述软水供给单元和所述配液单元输出的液体输送至所述电解单元；步骤S4，所述电解单元对所述输水泵输送的液体进行电解后形成成品防锈功能性水，之后存储于所述储液单元；步骤S5，所述出水泵组将所述储液单元内的防锈功能性水输送至预设的超高压水泵，利用超高压水泵喷射的水柱对船体表面进行除锈施工。
优选地，所述软水供给单元包括有进水法兰、前置过滤器、软水器和前置水桶，所述步骤S1中，所述进水法兰引入的自来水依次通过所述前置过滤器进行过滤和所述软水器进行软化处理后输送至所述前置水桶。
优选地，所述步骤S2中，注入所述配液单元的所述硅酸盐混合液浓度为10％～30％，与软化水进行混合后的硅酸盐水溶液浓度为0.5‰～5‰。
优选地，所述配液单元包括有配液桶，所述配液桶连通于所述前置水桶与所述输水泵之间，所述配液桶内设有搅拌装置，所述步骤S2中，利用所述搅拌装置对硅酸盐水溶液进行搅拌。
优选地，所述配液单元包括有两个并行设置的配液桶，每个配液桶的输入管路上设有配液桶进水阀。
优选地，所述步骤S4中，所述电解单元包括有多个并行设置的电解模组，所述电解模组连通于所述输水泵与所述储液单元之间，所述储液单元包括有两个并行设置的后储水桶。
优选地，所述步骤S5中，所述出水泵组包括有两个出水泵，两个出水泵的输入端分别连通于两个后储水桶，两个出水泵的输出端均通过一出水法兰连通于超高压水泵。
优选地，所述装置包括有控制器，所述输水泵、所述搅拌装置和所述出水泵分别电性连接于所述控制器，利用所述控制器控制所述输水泵、所述搅拌装置和所述出水泵的运行状态。
本发明公开的用于大型舰船船体表面超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，在处理过程中，先利用所述软水供给单元对自来水进行软化处理，然后所述配液单元将硅酸盐混合液与所述软水供给单元输出的软化水进行混合，再利用所述输水泵将所述软水供给单元和所述配液单元输出的液体输送至所述电解单元，电解过程中，所述电解单元对所述输水泵输送的液体进行电解后形成电解液，之后存储于所述储液单元，最后由所述出水泵组将所述储液单元内的电解液输送至预设的超高压水泵，超高压水射流的冲击作用，和水撬作用破坏锈蚀层和原有涂层对钢板的附着力，进行除锈施工。基于上述原理使得本发明能够在一定时间内使船体表面具有较高防锈特性，减少了表面涂装前的缺陷发生率以及降低了表面可溶性盐分含量，解决了瓶颈问题，可以极大提高了大型舰船涂装预处理除锈环节的除锈效率，除锈质量好，无粉尘污染，不损伤钢板，具有极其显著的进步作用。
附图说明
图1为大型船体表面的超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备装置的结构示意图一；
图2为大型船体表面的超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备装置的结构示意图二；
图3为大型船体表面的超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法的流程图；
图4为电解单元中的电化学反应原理示意图；
图5为防锈功能性水处理后的试样效果照片一；
图6为防锈功能性水处理后的试样效果照片二；
图7为防锈功能性水处理后的试样效果照片三；
图8为防锈功能性水处理后的试样效果照片四。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
实施例一
本实施例提出了一种大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，结合图1至图3所示，该方法基于一装置实现，所述装置包括有软水供给单元100、配液单元200、输水泵6、电解单元300和储液单元400，所述配液单元200连通于所述软水供给单元100，所述输水泵6的输入端均连通于所述软水供给单元100和所述配液单元200，所述输水泵6的输出端连通于所述电解单元300，所述储液单元400连通于所述电解单元300的输出端，所述出水泵组500的输入端连通于所述储液单元400，所述方法包括：
步骤S1，利用所述软水供给单元100对自来水进行软化处理；
步骤S2，所述配液单元200将硅酸盐混合液与所述软水供给单元100输出的软化水进行混合；
步骤S3，利用所述输水泵6将所述软水供给单元100和所述配液单元200输出的液体输送至所述电解单元300；
步骤S4，所述电解单元300对所述输水泵6输送的液体进行电解后形成防锈功能性水，之后存储于所述储液单元400；
步骤S5，所述出水泵组500将所述储液单元400内的防锈功能性水输送至预设的超高压水泵，利用超高压水泵喷射的水柱对船体表面进行除锈施工，具体是利用超高压水射流的冲击作用和水撬作用破坏锈蚀层和原有涂层对钢板的附着力，进行除锈施工。
上述方法在实际应用中，普通硅酸钠防锈膜存在微孔以及结构性气孔，膜层疏松后期漆面处理会存在漆附着力差，以及产生针蚀风险。特殊电化学工艺处理的防锈功能性水可在金属表面形成的致密的三维网状结构的保护膜有利于后期漆层涂装，膜层不与漆面材料产生不利的物理、化学反应，不影响漆层的附着力。相比之下，常温自然干燥情况下普通硅酸钠防锈膜具有一定的防锈效果，但其存在微孔以及结构性气孔，还含有Si-OH键和Na+，遇水易溶，耐水性较差，成膜过程会在金属表面造成局部腐蚀，有的肉眼不可见，形成缺陷，会给漆层处理环节形成隐患，处理过的金属材料表面耐蚀性不强。而经过特殊电化学工艺处理得到的功能性水为复合型硅酸盐水溶液，水分子小，所含二氧化硅粒子细小，SiO2粒子为1mμ左右，则水溶液清晰透明、粘度低、贮存和使用性能耐水性、耐火性、耐侯性等均十分优异，这样的功能性水可在金属表面形成连续、完整、稳定的防锈功能膜，此时的防锈膜中形成了si-Q-si键，得到耐水性较好的三维网状结构，成膜均匀致密，可以较好地使金属件与外界环境隔绝，从而有效延缓了金属表面的腐蚀。
本实施例中，所述软水供给单元100包括有进水法兰1、前置过滤器2、软水器3和前置水桶5，所述步骤S1中，所述进水法兰1引入的自来水依次通过所述前置过滤器2进行过滤和所述软水器3进行软化处理后输送至所述前置水桶5。
作为一种优选方式，所述步骤S2中，注入所述配液单元200的所述硅酸盐混合液浓度为10％～30％，与软化水进行混合后的硅酸盐水溶液浓度0.5‰～5‰。
关于所述配液单元200，本实施例中，所述配液单元200包括有配液桶22，所述配液桶22连通于所述前置水桶5与所述输水泵6之间，所述配液桶22内设有搅拌装置24，所述步骤S2中，利用所述搅拌装置24对硅酸盐水溶液进行搅拌。进一步地，所述配液单元200包括有两个并行设置的配液桶22，每个配液桶22的输入管路上设有配液桶进水阀20。
在本实施例的所述步骤S4中，所述电解单元300包括有多个并行设置的电解模组10，所述电解模组10连通于所述输水泵6与所述储液单元400之间，所述储液单元400包括有两个并行设置的后储水桶27。
关于电解过程，请参见图4，基本电化学反应方程式：
2H2O(电解)＝＝2H2↑+O2↑
H4SiO4＝＝H2SiO3+H2O
随着水的持续电解，氢离子不断转化为氢气，H2SiO3离子化速率升高，SiO3 2-浓度升高；
在本实施例的所述步骤S5中，所述出水泵组500包括有两个出水泵16，两个出水泵16的输入端分别连通于两个后储水桶27，两个出水泵16的输出端均通过一出水法兰18连通于超高压水泵。
作为一种优选方式，所述装置包括有控制器28，所述输水泵6、所述搅拌装置24和所述出水泵16分别电性连接于所述控制器28，利用所述控制器28控制所述输水泵6、所述搅拌装置24和所述出水泵16的运行状态。
上述方法中，请参见图2，自来水通过1进水法兰进入前置过滤2进行两级PP棉粗滤、活性炭吸附过滤再进入软水器(3、4)进行软化，这时的软化水达到了进入电解模组进行电解作业的基础要求；然后进入前置水桶5；配液桶(24、25)搅拌电机对配液桶(22、23)高浓度参杂的硅酸盐混合液进行充分搅拌浓度在10％～30％，搅拌好的混合液通过加液泵精度加入软化水得到0.5‰～5‰的硅酸盐水溶液，通过输水泵6进入到电解模组(7～12)，电解需要连接直流电源，DC24V，240A～360A，进行电解作业；电解后的电解液流入后储液桶(26、27)内，桶内装有水位传感器，完成设备自动启停；后储液桶(26、27)内为成品防锈功能性水，通过输水泵(16、17)给超高压水泵供水；通过主输水法兰18和超高压水泵进水管连接。
通过本实施例方法得到防锈功能性水，在实验室分别进行了防锈测试，模拟舰船船体超高压水除锈(实验用打磨后浸泡防锈功能性水中1min)试件暴露在空气中18H，18H放置浸涂底漆干燥后进行百格测试，请参见图5和图6。
实验结果：18H试件空气暴露放置未出现锈蚀；试件涂底漆干燥后百格测试，样件级别是5级(按照日本工业标准(JIS)，分为1～5级，级数越高，要求越严格，当客户规范当中要求是第5级时，表示完全不能有脱落)。附着力测试二划痕盐雾测试，24H盐雾后观察划痕宽度变化，未见明显变化，请参见图7；720H浸泡测试对照组(自来水浸泡)锈蚀严重，实验样件一出现局部轻微锈蚀，实验样件二未见锈蚀，请参见图8。
相比现有技术而言，本发明可以实现多重工序合并，大幅减少施工工序，极大的提高了功效、大大降低了成本，有效解决了造、修船涂装环节表层超高压水除锈施工中的困扰船企多年的再次返锈问题；同时，传统方式下的超高压水除锈用的是消防水或普通自来水，除锈过程船体不仅会快速返锈，还会在钢材凹孔内存水发生持续氧化反应，形成钢板的涂装前缺陷，影响船体漆层的防护作用；而本发明防锈功能性水在超高压水除锈施工中的应用大大减少了表面涂装前的缺陷发生率以及降低了可溶性盐分残留，并且在防锈功能性水制备过程应用新的技术，使功能性水在金属船体表面成膜稳定并且与漆层不会产生不良物理和化学反应，漆层附着力不受影响，从而最大限度保证了漆层对船体的防护，使延长船体漆层的使用寿命成为可能；此外，本发明在作业过程对人无毒害，对环境无污染。
实施例二
本实施例提出了一种大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备装置，请参见图1和图2，其包括有：
软水供给单元100，用于软化自来水；
配液单元200，连通于所述软水供给单元101，所述配液单元200用于将硅酸盐混合液与所述软水供给单元101输出的软化水进行混合；
输水泵6，其输入端均连通于所述软水供给单元100和所述配液单元200，其输出端连通于一电解单元300，所述输水泵6用于将所述软水供给单元100和所述配液单元200输出的液体输送至所述电解单元300；
所述电解单元300用于对所述输水泵6输送的液体进行电解后形成成品防锈功能性水；
储液单元400，连通于所述电解单元300的输出端，所述储液单元400用于对所述电解单元300输出的成品防锈功能性水进行存储；
出水泵组500，其输入端连通于所述储液单元400，所述出水泵组500用于将所述储液单元400内的防锈功能性水输送至预设的超高压水泵。
实际应用中，普通硅酸钠防锈膜存在微孔以及结构性气孔，膜层疏松后期漆面处理会存在漆附着力差以及产生针蚀风险。而本发明装置得到的防锈功能性水为细化、改性后的硅酸盐、氧化硅等复合型水溶液，其水分子小，所含二氧化硅粒子细小，SiO2粒子为1mμ左右，则水溶液清晰透明、粘度低、贮存和使用性能耐水性、耐火性、耐侯性等均十分优异，这样的功能性水可在金属表面快速形成连续、完整、稳定的防锈功能性膜，防锈膜中形成了si-Q-si键，得到耐水性较好的三维网状结构，成膜均匀致密，可以较好地使金属件与外界环境隔绝，从而有效延缓了金属表面的腐蚀。
上述装置在处理过程中，先利用所述软水供给单元100对自来水进行软化处理，然后所述配液单元200将硅酸盐混合液与所述软水供给单元100输出的软化水进行混合，再利用所述输水泵6将所述软水供给单元100和所述配液单元200输出的液体输送至所述电解单元300，电解过程中，所述电解单元300对所述输水泵6输送的液体进行电解后形成成品防锈功能性水，之后存储于所述储液单元400，最后由所述出水泵组500将所述储液单元400内的防锈功能性水输送至预设的超高压水泵，利用超高压水射流的冲击作用，和水撬作用破坏锈蚀层和原有涂层对钢板的附着力，进行除锈施工。基于上述原理使得本发明能够在一定时间内使船体表面具有较强防锈特性，能避免船体表面锈蚀、减少表面涂装前的缺陷发生率以及降低了表面可溶性盐分含量，具有显著的进步作用。
关于所述软水供给单元100的优选结构，本实施例中，所述软水供给单元100包括有进水法兰1、前置过滤器2、软水器3和前置水桶5，所述进水法兰1、所述前置过滤器2、所述软水器3和所述前置水桶5依次连通。
为了进一步提高软化水效率，本实施例中，所述软水供给单元100包括有两个并行设置的所述软水器3。
作为一种优选方式，所述配液单元200包括有配液桶22，所述配液桶22连通于所述前置水桶5与所述输水泵6之间，所述配液桶22内设有搅拌装置24。具体地，所述配液单元200包括有两个并行设置的配液桶22。
为了便于实施开关控制，本实施例中，每个配液桶22的输入管路上设有配液桶进水阀20。
为了满足高效率电解要求，本实施例中，所述电解单元300包括有多个并行设置的电解模组10，所述电解模组10连通于所述输水泵6与所述储液单元400之间。
进一步地，所述储液单元400包括有两个并行设置的后储水桶27。
关于所述出水泵组500的优选结构，本实施例中，所述出水泵组500包括有两个出水泵16，两个出水泵16的输入端分别连通于两个后储水桶27，两个出水泵16的输出端均通过一出水法兰18连通于超高压水泵。
为了实现统一控制，本实施例包括有控制器28，所述输水泵6、所述搅拌装置24和所述出水泵16分别电性连接于所述控制器28。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，其特征在于，该方法基于一装置实现，所述装置包括有软水供给单元(100)、配液单元(200)、输水泵(6)、电解单元(300)和储液单元(400)，所述配液单元(200)连通于所述软水供给单元(100)，所述输水泵(6)的输入端均连通于所述软水供给单元(100)和所述配液单元(200)，所述输水泵(6)的输出端连通于所述电解单元(300)，所述储液单元(400)连通于所述电解单元(300)的输出端，所述出水泵组(500)的输入端连通于所述储液单元(400)，所述方法包括：
步骤S1，利用所述软水供给单元(100)对自来水进行软化处理；
步骤S2，所述配液单元(200)将硅酸盐混合液与所述软水供给单元(100)输出的软化水进行混合；
步骤S3，利用所述输水泵(6)将所述软水供给单元(100)和所述配液单元(200)输出的液体输送至所述电解单元(300)；
步骤S4，所述电解单元(300)对所述输水泵(6)输送的液体进行电解后形成成品防锈功能性水，之后存储于所述储液单元(400)；
步骤S5，所述出水泵组(500)将所述储液单元(400)内的防锈功能性水输送至预设的超高压水泵，利用超高压水泵喷射的水柱对船体表面进行除锈施工。
2.如权利要求1所述的大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，其特征在于，所述软水供给单元(100)包括有进水法兰(1)、前置过滤器(2)、软水器(3)和前置水桶(5)，所述步骤S1中，所述进水法兰(1)引入的自来水依次通过所述前置过滤器(2)进行过滤和所述软水器(3)进行软化处理后输送至所述前置水桶(5)。
3.如权利要求1所述的大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，注入所述配液单元(200)的所述硅酸盐混合液浓度为10％～30％，与软化水进行混合后的硅酸盐水溶液浓度为0.5‰～5‰。
4.如权利要求1所述的大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，其特征在于，所述配液单元(200)包括有配液桶(22)，所述配液桶(22)连通于所述前置水桶(5)与所述输水泵(6)之间，所述配液桶(22)内设有搅拌装置(24)，所述步骤S2中，利用所述搅拌装置(24)对硅酸盐水溶液进行搅拌。
5.如权利要求1所述的大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，其特征在于，所述配液单元(200)包括有两个并行设置的配液桶(22)，每个配液桶(22)的输入管路上设有配液桶进水阀(20)。
6.如权利要求1所述的大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述电解单元(300)包括有多个并行设置的电解模组(10)，所述电解模组(10)连通于所述输水泵(6)与所述储液单元(400)之间，所述储液单元(400)包括有两个并行设置的后储水桶(27)。
7.如权利要求4所述的大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述出水泵组(500)包括有两个出水泵(16)，两个出水泵(16)的输入端分别连通于两个后储水桶(27)，两个出水泵(16)的输出端均通过一出水法兰(18)连通于超高压水泵。
8.如权利要求7所述的大型舰船超高压水除锈施工专用防锈功能性水的制备方法，其特征在于，所述装置包括有控制器(28)，所述输水泵(6)、所述搅拌装置(24)和所述出水泵(16)分别电性连接于所述控制器(28)，利用所述控制器(28)控制所述输水泵(6)、所述搅拌装置(24)和所述出水泵(16)的运行状态。
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