海水压载舱保护涂层模拟试验装置和检测方法
　
 

　　文/黄淑珍,金晓鸿,任润桃,陶乃旺,姚敬华,李彦文,黄婷,王华清·中国船舶重工集团公司第七二五研究所
 

　　本文为中国腐蚀与防护学会2012年科技论文奖一等奖项目,主要介绍了船舶专用海水压载舱保护涂层模拟加速试验装置和检测方法。
 

　　根据IMO MSC.215(82)《船舶专用海水压载舱和散货船双弦侧处所保护涂层性能标准》(简称PSPC)的规定,在涂层选择的预备资格试验中,必须通过依据其附件—《船舶专用海水压载舱和散货船双弦侧处所保护涂层的资格试验程序》进行的180天模拟压载舱状况试验和冷凝舱试验。
 

　　PSPC标准发布时,国际上只有挪威船级社(DNV )和日本海上技术安全研究所二家建有压载舱专用模拟加速试验装置,且都对我国进行了技术保密。我国压载舱专用模拟加速试验方法和装置研究是空白的。对压载舱涂层实际应用条件下由颠簸和摇摆导致的海水泼溅及压载舱周围舱室环境因素对压载舱涂层的影响缺乏试验方法和验证试验的技术支撑,这必将制约我国高性能船舶压载舱保护涂层的研究和应用与国际接轨。
 

　　为了适应我国造船业的迅猛发展,开展IMO《船舶专用海水压载舱和散货船双弦侧处所保护涂层性能标准》专用试验方法的研究和设计,制作我国自己的模拟压载舱状况加速试验装置十分迫切,也是缩短我国新一代高性能船舶压载舱保护涂层的研制周期,正确评估新型压载舱涂料保护寿命的必然选择。
 

摸拟压载舱试验箱
 

　　设计思路
 

　　研究、设计、制造一台符合IMO《船舶专用海水压载舱和散货船双弦侧处所保护涂层性能标准》(PSPC)附件1《船舶专用海水压载舱和散货船双弦侧处所保护涂层的资格试验程序》技术要求的,能够立体的、全方位的模拟压载舱涂层真实环境状况的试验装置— 模拟压载舱试验舱,为压载舱保护涂层在实际应用环境条件下的耐腐蚀性能和环境适应性能的质量预测、评定创造技术条件,模拟压载舱试验舱装置除模拟船舶颠簸和摇摆的运动外,还要充分模拟验证船舶压载舱保护涂层实际应用中的下列环境条件:
 

　　(1)与受热表面相关舱室的位置。
 

　　(2)压载与排压载的操作频率。
 

　　(3)涂层与辅助阴极保护体系的相容。
 

　　(4)在阳光曝晒甲板下面或在加热舱室周围的舱室上应用的涂层应当具有耐反复加热或冷却而不变脆的特性等。
 

　　具体试验条件应满足:
 

　　(1)模拟船的颠簸和摇摆,将压载舱试验波浪舱设计成可周期性的倾斜运动,其最高运动频率为3s,造成舱内海水波浪运动,形成周期地向舱内各壁泼溅海水。
 

　　(2)模拟压载舱的真实状况,压载舱试验波浪舱装满1/3体积的海水,海水温度保持在35℃ ,试验中2周期海水/1周期空舱循环。
 

　　(3)模拟甲板下顶部的边舱遭受太阳曝晒和昼夜交替的状况,压载舱试验波浪舱顶部设计为50℃加热12h/20℃冷却12h的循环模式。
 

　　(4)模拟一个压载舱翼舱的冷却舱壁,压载舱试验波浪舱的一个垂直舱壁设计为背部冷却,形成大约为20℃ 的温度梯度。
 

　　(5)压载舱试验波浪舱的另一个垂直舱壁设计为既不加热也不冷却;
 

　　(6)模拟双层底受热的燃料舱和压载水舱之间的边界钢板,设计有一块样板浸泡于70℃海水中。
 

　　(7)为了评估压载舱阴极保护的效果,压载舱试验波浪舱内需固定锌牺牲阳极。
 

　　技术途径
 

　　由于挪威和日本都针对我国进行了技术保密,因此,课题组提出了自行研发、设计制造模拟压载舱试验舱的设计方案、技术参数要求。
 

　　2007年4月召开了《模拟压载舱试验舱和冷凝试验舱的设计方案》评审会议,会议原则性的通过了模拟压舱试验舱技术参数要求。
 

　　建造的压载舱模拟试验舱设计由8个独立控温系统、摇摆控制系统、智能试验控制系统和并排的8个各自独立的单个舱室组成,如图1所示。各单独舱室内均放置4块试验样板。
 

图1 试验样板放置状况和实验舱结构示意图

　　(1)顶制冷(热)组件。
 

　　采用红外线照射方案:通过控制安置在试板上方的红外线加热管的开启对试验样板进行加热,并通过在模拟压载试验舱第四舱室顶部试板中央锡焊有一感温传感器控制其加热温度(50± 2℃ );冷却时关闭红外线灯,借助室内空调达到环境温度(20± 2℃ )。
 

　　通过编程红外线照射控温系统方式实现顶部试样板背面50℃ /12h和20℃ /12h的温度切换,真实地模拟了在阳光曝晒甲板下面的压载舱顶板环境效果。相比编程水温调节控制系具有统结构简单、能耗低,模拟效果好、使用寿命长的特点。
 

　　(2)侧制冷(热)组件。
 

　　侧制冷(热)组件为制作同侧箱体一体的薄型塑料材质水盒,面积大小具有足够的制(冷热)能力;组件外部有一个恒温水箱,由控制器控制水温为15± 2℃ ,通过水泵将15± 2℃ 恒温水供入水盒并循环。
 

　　(3)底部制冷(热)组件。
 

　　底部制热组件为制作同箱体底部一体的薄型塑料材质水盒,由控制器控制泵入高温水至薄型塑料材质水盒,通过隔套水盒加热舱内海水温度至35℃ ,由此避免直接使用加热管对舱内海水加热,所带来的加热管腐蚀和试验样板温度不均匀性问题,
 

　　(4)恒温水箱结构设计和温度自动控制。

　　为保证试验箱体温度的精度和均匀性,在外部设计二个恒温水箱,控温分别为15℃ 、35℃ ,其中15℃恒温水箱结构为整体型,即制冷加热控制水箱都在一个结构内,这样就可保证温度的精度和均匀性。采用水箱在前控制集中于总操作柜,制冷机组在后部,在水箱内有制冷用紫铜盘管及加热器和水位控制器等组件,每个水箱温度控制可根据试验需要提前控制。

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