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空化射流技术在水下清洗方面的应用
发布日期:2018-01-03   |   访问量:1002次   |   来源:

一、绪论

      长时间停泊在海水中的船舶,水面以下部分都会生长藻类、软体动物、珊瑚或贝壳类等海生物,腐蚀船体。船体表面涂漆和其他措施能使腐蚀过程放缓,但即使是有毒防污漆也不能彻底解决海生物的形成。海生物在形成过程中不断侵蚀油漆,破坏船体表面涂层,从而加速了船体表面的腐蚀和加重了海生物污染。

二、水下海生物对船舶的影响

       美国环境保护委员会(USEPA)以往返于拉丁美洲和欧洲的散货船及油轮测试为例,如果一年内不对船舶表面海生物进行清洗,一艘散货船会有约2500磅的污垢需要清理,这将会导致其运输速度降低约25%;一艘油轮会有2700磅的污垢需要清理,航行速度将下降每小时3海里,为了维持船舶的正常航速,船舶业主将增加燃料和润滑材料的开支,造成的额外亏损每年高达50万美元。

根据美国海军对其舰艇的日常维护要求,在舰艇主机同样转速档位和相同海况下,如果舰艇速度下降15%-20%,就要进行水下清洗。此时舰艇上附着的海生物多为软体类海生物,容易清洗。舰艇按计划进行水下清洗船体和抛光螺旋桨,燃油节约超过15%,更能增加进坞间隔期,显著提高舰船的在航率,延长舰船的服役时间。


下表是美国海军针对舰船表面海生物影响航速及油耗的实验数据:

序号

舰船等级

SHIP CLASS

重度污染的速度损失

SPEED LOSS (HEAVY FOULING)

燃油增加量

INCREASE IN FUEL USE

1

航母  CA

1.5节(Knot)

40%(在20节航速时)

2

导弹驱逐舰  DDG

2.0节(Knot)

35%(在20节航速时)

3

导弹驱逐舰(使用低表面能油漆)  DDG(USS SCOTT FOUL-RELEASE)

1.0节(Knot)

30%(在20节航速时)


下表是不同的油轮在一年中不清洗船体多消耗燃油和费用的数据:

序号

船只排水量

Ship's Displacement

发动机

Engine

多消耗的燃油

Fuel over-expenditure

额外费用

Extra expenses

1

50,000吨(T)

柴油机

1,900吨(T)

1,292,000美元(US$)

2

50,000吨(T)

蒸汽机

2,500吨(T)

1,700,000美元(US$)

3

270,000吨(T)

柴油机

3,200吨(T)

2,176000美元(US$)

注:燃油以2011年12月份国际市场平均售价680美元/吨计算。

三、水下海生物清洗的现状

    目前,水下海生物清洗技术主要有机械摩擦式清洗、高压水清洗、手工清洗和空化射流清洗。前三种清洗设备及技术使用较早,存在不同的缺陷和缺点。

     机械摩擦式清洗容易损伤清洗物体表面的油漆,尤其是对船体表面清洗时会磨下大量的防污漆,其中的重金属离子等有害物质都会水环境造成污染。清洗过程中,高压油有可能泄露,造成对潜水员和环境的危害。并且,在清洗过程中需要不断停下来清理和更换刷子,导致清理速度慢,耗材损耗大,成本高。

      高压水清洗时水流压力大,极易损伤清洗物体表面油漆和伤害作业人员。高压水射流对人体的伤害,不仅是皮肤轻微破裂,有时大量的水已经通过小孔穿透皮肤、进入人体深层组织,这种伤害可能引起人体大面积的组织损伤,并且存在发生严重感染的危险。清洗时只能点线式清理,只可用在小面积无油漆的表面上,效率极低。

手工清洗清洗效率低,成本大,管道内部无法清洗。

四、空化射流技术介绍及优点

     目前,国际上最新的水下清洗海生物的技术是空化射流技术,该技术可用于清洗不同类型的舰船、海上石油平台、码头、水下管道等设施的海生物。

      空化是水流或液流在低压处突然发生的空泡(汽化或气化空穴)现象。空化技术就是利用空化设备在水射流中诱发空化泡,产生具有空化气泡的水射流,水射流中空化气泡到达物面时溃灭,诱发局部高压,对物面产生强烈的剥蚀作用。因此,空化射流技术被广泛应用于海上水下金属结构物表面清洁等方面。

      空化射流水下清洗设备就是利用海水或淡水,在一定压力下(15MPa)形成一股或多股由水和微气泡组成的高速射流,当射流接触到处理表面时,射流中的微气泡在处理点上急速破裂,形成15,000MPa压力的微爆炸,从而将附着物彻底摧毁和清除。

      与传统的机械摩擦式清洗、高压水清洗、手工清洗海生物,空化射流技术具有以下优点:1、清洗的效率高,大范围的平面清洗时,每小时清洗面积可超过1500平方米;2、清洗范围广,可清洗异性平面的形状,包括船用螺旋桨、舵、海底门、稳定器、加强肋和管线内部;3、清洗工序安全环保,空化射流压力小,不会对使用者造成危险,保障人员的安全;4、小压力的清洗射流即能保证除掉污垢,有保证被处理表面上的清漆和油漆防污防腐涂层;5、在运行清洁工程的时候可多组人员同时施工,且无需更换工具和耗材,可进行不间断的运作,节省时间;6、容易操作,不需要对操作者进行特别的培训;7、方便运输,使用便捷,机动性强,设备可设在拖车上或船只上。

五、空化射流水下清洗对救捞系统的益处

       迄今为止,救捞系统拥有各类救助打捞船舶约185艘,这些船舶可不用进坞,在码头、泊位完成水下清洗,通过水下清洗能达到以下益处:

1、大幅度提高防污漆的防污年限。定时进行水下清洗,二到三年期限的防污漆防污年限可增加至五到七年,从而延长了进坞间隔期。

2、减小船体运行阻力,降低船舶油耗。船体海生物的减少,减小了船体运行时阻力,大大节约了船舶燃油消耗。

3、增加航速,极大提高了救助能力。船体运行时阻力的减小,在油耗相同的情况下,将增大船舶航行速度,确保救助船以最佳航速处于待命状态,极大提高了救助船的机动性能和救助能力。

4、降低维护成本,提高经济效益。防污漆防污年限的增加、进坞间隔期的延长、油耗的降低、船舶使用年限的增加等都能极大地提高救捞系统的经济效益。

5、提高救捞基地利用率及人员的工作技能。救捞系统有19个救助基地,上百个潜水员。如果在各基地——尤其是在南方海域——配备一定数量的空化射流水下清洗设备,利用系统内的潜水员,为各类救助打捞船舶进行水下清洗,既节约了费用,又提高了潜水员的工作技能。

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