海水壓載艙保護涂層模擬試驗裝置和檢測方法
　
 

　　文/黃淑珍,金曉鴻,任潤桃,陶乃旺,姚敬華,李彥文,黃婷,王華清·中國船舶重工集團公司第七二五研究所
 

　　本文為中國腐蝕與防護學會2012年科技論文獎一等獎項目,主要介紹了船舶專用海水壓載艙保護涂層模擬加速試驗裝置和檢測方法。
 

　　根據IMO MSC.215(82)《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙弦側處所保護涂層性能標準》(簡稱PSPC)的規定,在涂層選擇的預備資格試驗中,必須通過依據其附件—《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙弦側處所保護涂層的資格試驗程序》進行的180天模擬壓載艙狀況試驗和冷凝艙試驗。
 

　　PSPC標準發布時,國際上只有挪威船級社(DNV )和日本海上技術安全研究所二家建有壓載艙專用模擬加速試驗裝置,且都對我國進行了技術保密。我國壓載艙專用模擬加速試驗方法和裝置研究是空白的。對壓載艙涂層實際應用條件下由顛簸和搖擺導致的海水潑濺及壓載艙周圍艙室環境因素對壓載艙涂層的影響缺乏試驗方法和驗證試驗的技術支撐,這必將制約我國高性能船舶壓載艙保護涂層的研究和應用與國際接軌。
 

　　為了適應我國造船業的迅猛發展,開展IMO《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙弦側處所保護涂層性能標準》專用試驗方法的研究和設計,制作我國自己的模擬壓載艙狀況加速試驗裝置十分迫切,也是縮短我國新一代高性能船舶壓載艙保護涂層的研制周期,正確評估新型壓載艙涂料保護壽命的必然選擇。
 

摸擬壓載艙試驗箱
 

　　設計思路
 

　　研究、設計、制造一臺符合IMO《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙弦側處所保護涂層性能標準》(PSPC)附件1《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙弦側處所保護涂層的資格試驗程序》技術要求的,能夠立體的、全方位的模擬壓載艙涂層真實環境狀況的試驗裝置— 模擬壓載艙試驗艙,為壓載艙保護涂層在實際應用環境條件下的耐腐蝕性能和環境適應性能的質量預測、評定創造技術條件,模擬壓載艙試驗艙裝置除模擬船舶顛簸和搖擺的運動外,還要充分模擬驗證船舶壓載艙保護涂層實際應用中的下列環境條件:
 

　　(1)與受熱表面相關艙室的位置。
 

　　(2)壓載與排壓載的操作頻率。
 

　　(3)涂層與輔助陰極保護體系的相容。
 

　　(4)在陽光曝曬甲板下面或在加熱艙室周圍的艙室上應用的涂層應當具有耐反復加熱或冷卻而不變脆的特性等。
 

　　具體試驗條件應滿足:
 

　　(1)模擬船的顛簸和搖擺,將壓載艙試驗波浪艙設計成可周期性的傾斜運動,其最高運動頻率為3s,造成艙內海水波浪運動,形成周期地向艙內各壁潑濺海水。
 

　　(2)模擬壓載艙的真實狀況,壓載艙試驗波浪艙裝滿1/3體積的海水,海水溫度保持在35℃ ,試驗中2周期海水/1周期空艙循環。
 

　　(3)模擬甲板下頂部的邊艙遭受太陽曝曬和晝夜交替的狀況,壓載艙試驗波浪艙頂部設計為50℃加熱12h/20℃冷卻12h的循環模式。
 

　　(4)模擬一個壓載艙翼艙的冷卻艙壁,壓載艙試驗波浪艙的一個垂直艙壁設計為背部冷卻,形成大約為20℃ 的溫度梯度。
 

　　(5)壓載艙試驗波浪艙的另一個垂直艙壁設計為既不加熱也不冷卻;
 

　　(6)模擬雙層底受熱的燃料艙和壓載水艙之間的邊界鋼板,設計有一塊樣板浸泡于70℃海水中。
 

　　(7)為了評估壓載艙陰極保護的效果,壓載艙試驗波浪艙內需固定鋅犧牲陽極。
 

　　技術途徑
 

　　由于挪威和日本都針對我國進行了技術保密,因此,課題組提出了自行研發、設計制造模擬壓載艙試驗艙的設計方案、技術參數要求。
 

　　2007年4月召開了《模擬壓載艙試驗艙和冷凝試驗艙的設計方案》評審會議,會議原則性的通過了模擬壓艙試驗艙技術參數要求。
 

　　建造的壓載艙模擬試驗艙設計由8個獨立控溫系統、搖擺控制系統、智能試驗控制系統和并排的8個各自獨立的單個艙室組成,如圖1所示。各單獨艙室內均放置4塊試驗樣板。
 

圖1 試驗樣板放置狀況和實驗艙結構示意圖

　　(1)頂制冷(熱)組件。
 

　　采用紅外線照射方案:通過控制安置在試板上方的紅外線加熱管的開啟對試驗樣板進行加熱,并通過在模擬壓載試驗艙第四艙室頂部試板中央錫焊有一感溫傳感器控制其加熱溫度(50± 2℃ );冷卻時關閉紅外線燈,借助室內空調達到環境溫度(20± 2℃ )。
 

　　通過編程紅外線照射控溫系統方式實現頂部試樣板背面50℃ /12h和20℃ /12h的溫度切換,真實地模擬了在陽光曝曬甲板下面的壓載艙頂板環境效果。相比編程水溫調節控制系具有統結構簡單、能耗低,模擬效果好、使用壽命長的特點。
 

　　(2)側制冷(熱)組件。
 

　　側制冷(熱)組件為制作同側箱體一體的薄型塑料材質水盒,面積大小具有足夠的制(冷熱)能力;組件外部有一個恒溫水箱,由控制器控制水溫為15± 2℃ ,通過水泵將15± 2℃ 恒溫水供入水盒并循環。
 

　　(3)底部制冷(熱)組件。
 

　　底部制熱組件為制作同箱體底部一體的薄型塑料材質水盒,由控制器控制泵入高溫水至薄型塑料材質水盒,通過隔套水盒加熱艙內海水溫度至35℃ ,由此避免直接使用加熱管對艙內海水加熱,所帶來的加熱管腐蝕和試驗樣板溫度不均勻性問題,
 

　　(4)恒溫水箱結構設計和溫度自動控制。

　　為保證試驗箱體溫度的精度和均勻性,在外部設計二個恒溫水箱,控溫分別為15℃ 、35℃ ,其中15℃恒溫水箱結構為整體型,即制冷加熱控制水箱都在一個結構內,這樣就可保證溫度的精度和均勻性。采用水箱在前控制集中于總操作柜,制冷機組在后部,在水箱內有制冷用紫銅盤管及加熱器和水位控制器等組件,每個水箱溫度控制可根據試驗需要提前控制。

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