LNG船鋼板預(yù)處理要求與影響因素控制措施

董 亮, 王 朋, 于 航, 郄金波, 謝 新

(1.上海船舶工藝研究所，上海 200032；2.上海江南長興造船有限責(zé)任公司，上海 201913)

0 引 言

目前，我國形成多個(gè)大型液化天然氣(Liquefied Natural Gas，LNG)船建造企業(yè)集群。自2022年開始，全球大型LNG船市場呈現(xiàn)前所未有的“井噴”態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年中國船舶集團(tuán)有限公司累計(jì)簽約大型LNG船訂單達(dá)49艘，合同金額超過100億美元，訂單總量占全球市場份額由2021年的不足7%躍升至近30%，創(chuàng)歷史新高。針對市場份額的變化，各家船廠對LNG船高效建造的需求不斷提升，從建造工藝優(yōu)化、供應(yīng)鏈布局和管理模式提升等方面提升LNG船建造效率，縮短建造周期，提升建造產(chǎn)能。

LNG船鋼板預(yù)處理必須滿足中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、船舶建造方針和施工要領(lǐng)要求，并滿足船舶所有人對鋼板預(yù)處理的質(zhì)量評審要求，包括原材料要求、預(yù)處理設(shè)備要求、施工工藝要求、首制件檢測要求和漆面質(zhì)量要求等。

LNG船鋼板應(yīng)滿足如下標(biāo)準(zhǔn)要求：《船體用結(jié)構(gòu)鋼》(GB 712—2000)；《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》(GB/T 8923.1—2011/ISO 8501-1：2007)。

1 原材料要求

1.1 鋼板平整度要求

為確保艙容穩(wěn)定和維護(hù)系統(tǒng)安全，LNG船在建造過程中對液貨艙面結(jié)構(gòu)的平整度提出更高要求。對結(jié)構(gòu)面的平整度要求為3.0 m內(nèi)允許出現(xiàn)小于7.0 mm的變形，對液貨艙面結(jié)構(gòu)的平整度要求為3.0 m內(nèi)允許出現(xiàn)-4.0～3.0 mm的變形。與傳統(tǒng)船舶建造要求相比，液貨艙面的結(jié)構(gòu)要求顯然提升較大。LNG船對鋼板原材料的平整度要求：鋼板在堆放和轉(zhuǎn)運(yùn)中，應(yīng)保證鋼板原材料的平整度，確保不出現(xiàn)鋼板折角的情況。例如，鋼板堆放應(yīng)根據(jù)鋼板長度實(shí)施長板和短板分別放置的措施，并應(yīng)控制鋼板堆放高度小于1.2 m，確保鋼板堆放的質(zhì)量和安全。

1.2 鋼板表面清潔要求

鋼板表面清潔包括鋼板表面的實(shí)體雜物和油污等污染物清潔。很多鋼廠在進(jìn)行火車轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)使用稻草等作為鋼板間隔物，鋼板長期積壓會導(dǎo)致稻草等粘貼在鋼板反面。在鋼板進(jìn)入預(yù)處理設(shè)備前應(yīng)確保清除雜物，重點(diǎn)關(guān)注鋼板反面，并使用清洗劑對鋼板表面油污進(jìn)行清理，確保鋼板表面質(zhì)量。

1.3 鋼板銹蝕等級要求

熱鋼板在軋鋼機(jī)內(nèi)處理時(shí)與空氣發(fā)生反應(yīng)，在鋼板表面形成一層膜，稱為氧化皮。氧化皮呈藍(lán)色，厚度通常小于0.1 mm，脆性較大[1]。氧化皮附著于鋼板表面，保護(hù)鋼板免受大氣腐蝕，但在鋼板放置于室外時(shí)，氧化皮會分解。由于氧化皮是鋼板的電化學(xué)陰極，因此鋼板的暴露部位會生銹。氧化皮和銹經(jīng)常導(dǎo)致一些問題，必須通過機(jī)械表面處理去除。

鋼板銹蝕等級分為4級：A級，鋼材表面大面積覆蓋氧化皮，幾乎無銹；B級，鋼材表面開始生銹，氧化皮脫落；C級，鋼材表面氧化皮因銹蝕而脫落或可被刮掉，但在正常目測下僅可見少量點(diǎn)狀銹斑；D級，鋼材表面氧化皮因銹蝕而脫落，在正常目測下可見大量銹斑。鋼板銹蝕等級如圖1所示。

圖1 鋼板銹蝕等級示例

普通船用鋼板銹蝕等級至少應(yīng)滿足B級，鋼板在進(jìn)入流水線前應(yīng)使用比對圖冊進(jìn)行核對后才能進(jìn)行預(yù)處理，而船舶所有人普遍要求LNG船鋼板銹蝕等級為A級。LNG船鋼板存放要求更高，應(yīng)在鋼板到貨3個(gè)月內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理作業(yè)。若鋼板在預(yù)處理后局部存在麻點(diǎn)和表面質(zhì)量問題，則需要上報(bào)公司的質(zhì)檢部門，對鋼板表面質(zhì)量情況進(jìn)行判定，根據(jù)判定結(jié)果對鋼板進(jìn)行處理。LNG船鋼板在打磨過程中，在通常情況下應(yīng)沿船長方向進(jìn)行，確保鋼板打磨后的剛度。

1.4 鋼板分類要求

在鋼板進(jìn)入預(yù)處理流水線前應(yīng)根據(jù)鋼板厚度、材質(zhì)和銹蝕等級情況進(jìn)行分類。厚度小于6.0 mm或大于38.0 mm的鋼板應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行擺放。厚度小于6.0 mm的鋼板不建議使用鋼板預(yù)處理流水線進(jìn)行預(yù)處理。厚度大于40.0 mm的鋼板應(yīng)根據(jù)鋼板重量選擇預(yù)處理方式。為減少對鋼板預(yù)處理流水線輥道的影響，厚度大于60.0 mm的鋼板建議擺放在門架上，運(yùn)送至涂裝房進(jìn)行預(yù)處理作業(yè)。

2 質(zhì)量要求

2.1 鋼板輸送要求

鋼板預(yù)處理流水線各工序的傳送由輥道完成。輥道兩端設(shè)置軸承，輥道間距為500.0～750.0 mm。為防止車間底漆的漆膜受到破壞，常采用鏈?zhǔn)近c(diǎn)接觸型結(jié)構(gòu)或“八”字形輥道結(jié)構(gòu)的軌道[2]。

2.2 環(huán)境要求

LNG船鋼板預(yù)處理的環(huán)境要求與普通船用鋼板基本一致，施工環(huán)境相對濕度應(yīng)不大于85%，控制鋼材表面溫度高于空氣露點(diǎn)溫度3 ℃以上[3]。測量環(huán)境條件可使用搖表、溫度計(jì)或露點(diǎn)儀等檢測儀器，并定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和檢測。為保證鋼板預(yù)處理環(huán)境的清潔度，應(yīng)確保鋼板預(yù)處理設(shè)備罩殼的密封性和危險(xiǎn)廢物處理設(shè)備的吸附性，并保持鋼板預(yù)處理環(huán)境的清潔和干燥等條件。施工人員在進(jìn)行首制件檢測或設(shè)備監(jiān)控時(shí)，為防止造成污染，應(yīng)盡可能避免踩踏鋼板，確保預(yù)處理鋼板的清潔。

2.3 拋丸要求

鋼板預(yù)處理設(shè)備的拋頭應(yīng)與鋼板保持合理的距離和角度，同時(shí)拋丸的覆蓋面應(yīng)滿足鋼板寬度要求。拋頭角度與磨料選擇相關(guān)。若磨料直徑較大、硬度較高，則拋頭角度不可垂直于鋼板，否則會造成鋼板粗糙度過大。粗糙度測試使用比對樣板和觸針式粗糙度儀。磨料直徑?jīng)Q定鋼材表面粗糙度，直徑應(yīng)控制為0.8～1.2 mm。LNG船粗糙度要求與普通船型標(biāo)準(zhǔn)相同，比對樣板在2～3區(qū)間，粗糙度儀數(shù)值為30～75 μm。

2.4 噴漆要求

拋丸處理后的鋼材表面應(yīng)立即涂覆車間底漆。噴漆以自動化方式進(jìn)行。整個(gè)涂漆裝置由無氣噴漆機(jī)、自動噴槍、通風(fēng)去漆霧裝置等組成。自動噴槍的移動采用鏈條式氣缸傳動，以行程開關(guān)控制噴槍的啟動和停止。噴槍在鋼板的上下兩邊各設(shè)置 1支，兩者的運(yùn)行方向相反。噴槍與鋼板之間的距離為25～30 cm，下噴槍的距離應(yīng)略小于上噴槍的距離。為防止污染，噴槍房設(shè)置吸風(fēng)管道、漆霧過濾器、風(fēng)機(jī)和排氣管道。排風(fēng)量的大小取決于車間底漆的溶劑揮發(fā)量和允許排放的溶劑氣體體積分?jǐn)?shù)。

3 首制件檢測要求

LNG船鋼板首制件檢測必須具備相應(yīng)的工藝文件，應(yīng)明確檢測項(xiàng)目、檢測工具、檢測方式和檢測工序等，檢測數(shù)據(jù)作為評定鋼板預(yù)處理質(zhì)量的依據(jù)。

(1)鋼板粗糙度：配備比對樣板和觸針式粗糙度儀等工具。對比樣板在2～3區(qū)間，粗糙度儀數(shù)值為30～75 μm。檢測時(shí)間：在拋丸后除銹前進(jìn)行。

(2)鋼板表面鹽分：通過計(jì)算電導(dǎo)率差值得出表面鹽分值，不大于50 mg/m2。檢測時(shí)間：在拋丸后除銹前進(jìn)行。

(3)鋼板除銹等級：Sa 2.5，非常徹底的噴射或拋射除銹。鋼板表面無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，任何殘留的痕跡僅為點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑。檢測時(shí)間：在拋丸后除銹前進(jìn)行。

(4)車間底漆膜厚：在光滑試板上進(jìn)行，18～32 μm。漆膜試板采用表面粗糙度近似零的馬口鐵，尺寸為50.0 mm×150.0 mm。在鋼板自拋丸區(qū)域至檢測平臺后，在鋼板表面前、中、后位置按對角線方向放置3塊漆膜試板。為防止漆膜試板被噴槍沖擊力吹落，可使用雙面膠對漆膜試板進(jìn)行固定，待取下試板后清理。檢測時(shí)間：在噴漆后進(jìn)行，但必須在噴漆前完成漆膜試板放置。漆膜試板放置如圖2所示。

圖2 漆膜試板放置示例

4 影響因素控制措施

4.1 環(huán)境影響因素控制措施

鋼板預(yù)處理質(zhì)量受相對濕度、露點(diǎn)溫度和氣溫等環(huán)境因素影響較大。對于相對濕度監(jiān)測，應(yīng)在鋼板預(yù)處理設(shè)備關(guān)鍵位置設(shè)置除濕設(shè)備，并應(yīng)保證烘干設(shè)備良好運(yùn)轉(zhuǎn)。鋼板預(yù)處理設(shè)備應(yīng)保證密封性，防止灰塵溢出，鋼丸廢渣和廢棄漆霧應(yīng)每天清理，保證鋼板預(yù)處理設(shè)備區(qū)域的清潔。應(yīng)定期更換濾筒，確保環(huán)保系統(tǒng)的正常使用。由于冷風(fēng)夾雜水氣會對鋼板造成二次銹蝕，因此鋼板預(yù)處理的冷風(fēng)管路應(yīng)定期除水，確保用于拋丸的冷風(fēng)不夾雜水氣。

4.2 設(shè)備影響因素控制措施

鋼板預(yù)處理設(shè)備應(yīng)具備完整的預(yù)熱、拋丸、噴漆和烘干等功能，流水線在重點(diǎn)部位應(yīng)落實(shí)監(jiān)控，確保流水線操作的可持續(xù)性。應(yīng)明確檢測平臺，在必要時(shí)設(shè)置鋼板反面檢查的觀測區(qū)域，確保可觀測鋼板反面沖砂和噴漆質(zhì)量。

鋼板預(yù)處理設(shè)備各工序均應(yīng)滿足鋼板預(yù)處理質(zhì)量要求。為確保鋼板在預(yù)處理過程中的連續(xù)性生產(chǎn)，鋼板預(yù)處理流水線應(yīng)建立全員生產(chǎn)維護(hù)(Total Productive Maintenance，TPM)設(shè)備管理體系、鋼板預(yù)處理流水線設(shè)備檔案和鋼板預(yù)處理設(shè)備主要零部件看板管理，對重大零部件更換情況進(jìn)行記錄，并對重大零部件庫存情況進(jìn)行跟蹤，確保零部件可及時(shí)更換。

4.3 易耗品影響因素控制措施

為保證鋼板的除銹效果和粗糙度等級，鋼板預(yù)處理的拋丸磨料建議使用鋼絲切丸，油漆品牌必須得到施工船型船級社的認(rèn)可，并保存船級社認(rèn)可證書和油漆批量合格檢驗(yàn)書。

5 鋼板預(yù)處理日志

LNG船鋼板預(yù)處理的質(zhì)量監(jiān)控，特別是首制件檢測數(shù)據(jù)，應(yīng)記錄存檔。在通常情況下，要求以鋼板為單位進(jìn)行記錄，至少應(yīng)包含鋼板基本信息、施工當(dāng)天環(huán)境信息、質(zhì)量數(shù)據(jù)信息、車間底漆信息和操作測量人員信息等。鋼板預(yù)處理自主質(zhì)量檢查表如圖3所示。

圖3 鋼板預(yù)處理自主質(zhì)量檢查表

6 結(jié) 語

鋼板預(yù)處理是LNG船建造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在建造初期應(yīng)對鋼板預(yù)處理階段進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，在船舶報(bào)驗(yàn)后獲得LNG船建造資質(zhì)才能具備鋼板預(yù)處理連續(xù)生產(chǎn)的資格。通過對LNG船鋼板預(yù)處理要求與影響因素控制措施進(jìn)行總結(jié)，為提升LNG船的建造效率和質(zhì)量提供技術(shù)支撐。