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船舶涂料和涂装国际标准发展趋势

2018-04-16 13:05:42
作者:金晓鸿
来源:上海涂料

介绍了船舶涂料和涂装国际标准的制定过程。阐述了新标准的发展趋势。

  金晓鸿

    ( 中船重工第七二五所厦门分部,福建厦门 361002)


    0 引言


    进入21 世纪以来,世界性的能源危机和气候的异常,使人们对保护海洋环境和节能减排的关注与日俱增,国际海事组织(IMO)和国际标准化组织(ISO)等国际组织相继颁布和实施了一系列新的船舶涂料标准,包括IMO《控制船舶有害防污底系统国际公约》(简称AFS 公约)、《船舶专用海水压载舱保护涂层性能标准》(简称PSPC)和《油船货油舱保护涂料和防腐》等标准。为了更好地强制实施IMO 的这些新标准,ISO 等国际组织也正在制定一些相关的标准,如《船舶防污底系统的海洋环境风险评估》、《船舶与海上技术——保护涂层》等系列标准。这些标准的制定和颁布实施会给船东、船舶设计、造船企业,以及船舶涂料的研究和生产单位带来冲击和影响。我国正在积极应对这些船舶涂料和涂装国际新标准的发展,已经从以往的按照国际标准做、简单被动地引进和原封不动地实施,发展到目前积极主动地提出和参与国际标准的制定的全过程。本文介绍几个国际新标准的主要内容和应用,以及我国参与制定情况。


    1 IMO《控制船舶有害防污底系统国际公约2001》[1]

 

    在21 世纪初,国际海事组织单独为船舶防污涂料颁布了一个《船舶防污底公约 2001》国际公约,说明了船舶防污涂料本身对海洋环境保护的重要性。从该国际标准的重要性和规格来讲,《船舶防污底公约 2001》是国际性条约中最高级别的国际性文件,不仅公约本身的内容是强制性的,而且与公约相关的附件也均是强制性的文件,是各国政府制定各自法规和政策的重要依据。虽然从该公约本身的内容来看,在当时仅仅是禁止使用有机锡防污涂料,而当时我国绝大多数船舶涂料的生产、研究单位还正处于开发有机锡防污涂料的阶段,该国际公约的颁布和即将禁止有机锡防污涂料在船舶上使用所带来的冲击还很小,因此对我国涂料行业引起的“震动”不大。当时我国船舶涂料的生产、研究和检测人员没有机会参与到制定该国际公约的过程中,被隔绝在这个国际性的“圆桌”之外,只是处于听听这种信息的状态。当国际上几家主要的船舶涂料生产厂家已经开始研发取代有机锡防污涂料的新一代自抛光或磨蚀型防污涂料时,我国船舶涂料行业还只是根据这些技术信息进行新型船舶防污涂料的研发。


    国际海事组织在2001 年10 月通过了《国际控制船舶有害防污底系统公约,2001 年》,公约要求从2003 年1 月1 日起禁用含有机锡防污剂的防污涂料,2008 年1 月1 日起对现有船舶完全禁用含有机锡防污剂的防污涂料。一直到2007 年9 月17 日签字国达到34 个,占世界商船总吨位的52.81%,才满足公约实施的要求。经过1 年后,于2008 年9 月该公约开始进入强制执行阶段,2010 年我国正式成为签字国。我国不仅仅要求完全实施《船舶防污底公约 2001》,而且也特别重视在我国水域内禁止使用有机锡防污涂料产品,交通运输部于2012 年开始实施《国内航行船舶控制有害防污底系统暂行规定》。


    该公约的禁用物质清单为开放性清单,虽然目前仅禁用有机锡一种物质,但未来可能进一步增加禁用物质。《船舶防污底公约 2001》的附则2 和附则3 提出了防污涂料及其生物杀伤剂(即防污剂)的环境风险评估的工作。公约的决议3《船舶防污底系统的认可和试验方法》要求各国就含有防污活性物质的防污底系统的试验方法、评估方法和性能标准继续开展工作。


    2 船舶防污涂料和防污剂的海洋环境风险评估相关标准

 

    《船舶防污底公约 2001》要求对新增禁用防污活性物质提供相应的特征数据,其中包括防污活性物质的成分名称和化学文摘社(CAS)登记号、对环境和非目标生物、人类健康或水质产生不利影响浓度的可能性的证明材料、对环境或生态的风险数据、采用相关的数学模型对环境浓度的预测,以及相关的理化性能数据。国际标准化组织也在近十年内相继开展了船舶防污涂料和防污剂的海洋环境风险评估相关标准的编制工作,其中主要是:ISO 13073 的系列标准《船舶和海洋技术——船舶防污底系统风险评估》[2]。


    计划编制的ISO 13073 系列标准有3 个:


    第一,ISO 13073-1 :2012《船舶和海洋技术——船舶防污底系统风险评估 第1 部分》,使用在防污底系统中的杀生物活性物质的海洋环境风险评估方法。


    第二,ISO 13073-2 :2012《船舶和海洋技术——船舶防污底系统风险评估 第2 部分》含有杀生物活性物质的防污底系统的海洋环境风险评估方法。


    第三,ISO 13073-3 :2012《船舶和海洋技术——船舶防污底系统风险评估 第3 部分》船舶在涂装和去除含有杀生物活性物质的防污涂料时对人类健康风险评估方法。


    该系列标准中,-1 和-2 已经在2102 年颁布实施,-3 目前正在编制过程中。我国没有参与-1 和-2的编制工作,但是已经参与了-3 的工作组工作。


    在防污涂料的防污剂环境风险评估工作中,一个很重要的技术参数是防污活性物质渗出率的测定方法,虽然ISO、ASTM(美国材料试验学会)和中国的国标已经制定了铜化合物、有机锡防污剂、DDT(滴滴涕)和其他杀生物剂活性物质渗出率的实验室测定方法,但是普遍认为实验室方法测得的渗出率数据与实际情况相差较大,因此不建议作为防污剂环境风险评估的计算数据。为此,ISO 编制了ISO10890—2010《利用质量平衡方法计算防污漆中防污活性物质的渗出率模型》标准[3]。该标准方法基于船舶的防污涂层参数,以更接近实际和最不利条件下的渗出模型为边界条件来计算渗出率,可应用于防污剂的环境风险评估计算。


    中国船级社(CCS)在完成国家环境保护部与联合国开发计划署(UNDP)合作开发项目“中国用于防污漆生产的滴滴涕替代”中所承担的“防污漆产品检验能力建设项目”的工作中,新制定了《防污漆防污活性物质海洋环境风险评估方法》,开展了对国内外常见防污活性物质的风险评估工作,在评估的基础上建立了《常用防污活性物质清单》,编制完成的《防污漆产品检验指南》中引入了风险评估方法(待批准颁布),明确禁止在防污涂料中使用有机锡化合物和DDT 作为防污剂,建立了防污涂料生产企业对所使用的防污活性物质的申报制度,对于未列入《常用防污活性物质清单》的防污活性物质实施强制性的风险评估要求。该指南是我国首个,也是国际海事界首个引入强制性风险评估制度的防污涂料管理办法[4]。


    上述一系列的标准、指南和方法向防污涂料的研究、生产和应用单位告示重视防污剂的应用问题。目前最简单和经济的方法是对照CCS 的《防污漆产品检验指南》中提出的《常用防污活性物质清单》,对于不在清单中的防污剂尽量不用,因为毕竟作为防污涂料的研究和生产单位,要完成新的防污活性物质的环境风险评估的工作时间太长,投资太大,而且风险也大。


    3 IMO《油船货油舱保护涂料和防腐》


    2006 年IMO 正式批准《船舶专用海水压载舱保护涂层性能标准》(PSPC)后,积极推动油船货油舱涂料和腐蚀防护的标准制定工作,其目标也要作为一项强制性标准实施。经过近3 a 的涂层标准联合工作组的讨论和几轮实践的试验工作,IMO 于2010 年5 月19 日通过了《1974 年国际海上人命安全公约》(SOLAS公约)的第II-1/3-11 条规则的修正案《油船货油舱的腐蚀防护》,作为第II-1/3-11 条规则的附件1《油船货油舱保护涂料性能标准》和附件2《油船货油舱腐蚀防护替代方法性能标准》也一起通过,并作为强制性标准实施。这是IMO 在2001 年通过《控制船舶有害防污底系统国际公约》和2006 年通过《船舶专用海水压载舱保护涂层性能标准》(PSPC)后的第3 个与船舶涂料直接有关的强制性标准。从2013 年1 月1 日起签订建造合同的原油船要求强制按照该标准实施。


    该标准适用于5 000 载重吨以上的原油船,而各方认可的成品油船不必满足[6]。由于压载舱涂层性能标准(PSPC)的严格要求,已经在造船界产生了很大的震动,引起了设计、造船、船东、油漆供应商等的特别关注。货油舱保护涂层性能标准(PSPC-COT)是在PSPC 的基础上,根据原油船货油舱的环境条件提出的,其基本内容与PSPC 相同,但是仍有差别,见表1。


表1 压载舱和货油舱PSPC 比较

Table 1 The comparison of PSPC between ballast tank and cargo oil tank

 

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    由表1 可见:货油舱涂层性能要求与海水压载舱涂层有明显的差别,特别是前者涂层要求耐酸性介质的性能。从该标准制定过程中的防腐涂料的验证试验结果和一些第三方的检测报告分析,有一部分防腐涂料系统在酸性和氯离子环境中,容易发生涂层间的起泡和剥离、涂层膜厚减少等弊病。涂料生产商应重视该类涂料产品的认可试验工作。


    与《货油舱保护涂层性能标准》同时通过的替代标准《耐蚀钢和焊接材料应用标准》也开始正式实施,这2 项标准的比较见表2。


表2 货油舱防腐涂层和耐蚀钢比较

Table 2 The comparison between anticorrosion coating for cargo oil tank and corrosion resistant steel

 

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    耐蚀钢在原油船货油舱的应用还处于研发阶段,日本是提出该标准的主导者,在2010 年该标准正式通过时,他们已有实验室的试验结果和5 a 的实船的部分舱室的应用数据。目前我国、韩国等也正在开发原油船货油舱专用耐蚀钢和配套焊接材料。中国船舶工业船舶涂料厦门检测站从2007 年开始与国际上其他腐蚀实验室一同进行货油舱涂层性能对比试验,参与该项国际标准制定的全过程,目前已建立符合标准要求的试验设备,并已开始进行货油舱涂层性能和耐蚀钢的认可试验工作[5]。


    4 ISO 16145《船舶与海上技术——保护涂层》


    系列标准ISO 16145 系列标准是国际标准化组织的船舶与海上技术委员会船舶设计分委会(ISO/TC8/SC8)为满足IMO PSPC 的要求而制定的涉及保护涂层及其检查方法的标准。该系列标准包括,第1 部分:专用海水压载舱;第2 部分:空舱;第3 部分:货油舱;第4 部分:水溶性盐的自动化测量和第5 部分:压载舱涂层破损面积评估和计算。分别由中、韩和日三国主编。由于涂层质量在很大程度上取决于表面处理和涂装作业,因此,按照标准正确进行表面处理和涂装作业,包括各阶段的检查至关重要。ISO16145 可为船东、船厂和涂料生产商在新船建造期间实施IMO-PSPC 提供技术支撑。与IMO-PSPC 比较,ISO16145 系列标准对一些涂装施工的实施更加细化,举例如下:


    (1) 合格涂层检验员的资质比IMO-PSPC 规定的资格更加具有可操作性,增加了助理涂层检查员和生产线质量员,主要开展正式检查前的检查工作或仅限于受托范围检查工作。


    (2) ISO 16145 针对IMO-PSPC 在制定过程和前几年的实施过程中,引起争议较多的条款进行了具体细化,例如:一次表面处理和二次表面处理时表面清洁度的评定、灰尘等级的判定、水溶性盐含量的测试方法、边缘的打磨处理、合拢后破损涂层面积的计算方法、合拢焊缝的范围等,应该说ISO 16145 的可操作性更好。


    (3) ISO 16145 标准中增加了涂料供应商的话语权,在引言中强调了按涂料生产商的建议正确进行表面处理和涂装作业,其中包括各阶段的检查。完成一次表面处理后,应根据涂料生产商的建议在喷涂车间底漆前检查钢材表面清洁度和粗糙度。车间底漆的厚度以及与主涂层兼容的数据要求由涂料供应商提供和建议。另外,对二次表面处理的方式和清洁度的检查、修补涂层的相容性、确定最大允许的涂层厚度均要求按照涂料供应商的建议。涂料供应商应在PSPC 实施过程中的每一个环节作好全程的技术服务。


    ISO 16145 系列标准经过近3 a 的不断修改,已从2013 年开始陆续进入到出版稿阶段和颁布实施。我国直接参加了该系列标准制定的全过程,并是第5部分“压载舱涂层破损面积评估和计算”的提出者。


    5 防污涂层和船体性能评估相关性标准

 

    与防污涂层的环境风险评估同样重要的另一个性能指标是防污涂层对降低船体表面摩擦阻力的作用的评估方法。ISO/TC8/SC2/WG7(国际标准化组织的船舶与海上技术委员会船舶设计分委会第7 工作组)正在组织编写ISO 19030-1、-2 和-3 的系列标准。目前标准名称是:《船体和螺旋桨性能测量》,内容关于防污涂层对船体表面阻力性能的影响,以及采用主轴功率和船速的测定方法进行评定。我国正在参加该系列标准的制定工作。


    另外,我国也正在制定防污涂层的磨蚀率和摩擦阻力的测量标准——《船舶防污漆磨蚀率测定法》和《防污漆降阻性能试验方法》,已进入报批稿阶段。这也为中国标准转为国际标准创造了条件。


    6 GB/T 6822—2007《船体防污防锈漆体系》(第 2 版)

 

    GB/T 6822—2007《船体防污防锈漆体系》从2008 年正式实施以来,已得到船舶涂料生产厂家和船级社的广泛关注,已有不少涂料生产厂家和涂料检测站开始按照该标准进行认可工作,但在各单位按照该标准进行生产和认可过程中也发现了一些问题,主要有:耐阴极试验的判定表述不合理;防污剂的表述太笼统;防锈涂料和防污涂料之间的连接涂料未归入到防污防锈涂料体系中;中、长期效防污涂料型式检验的浅海浸泡性检验每4 a 进行1 次时间太短;防污涂料和防污剂的分类;缺少对污底易脱型(或污损释放型,或不沾污型)防污涂料的防污性能的评定方法和自抛光型(或磨蚀型)防污涂料的抛光性(或磨蚀率)的评定方法等。


    从2011 年开始着手对其进行修订,经过2 a 的修订工作,到2012 年12 月底已完成全部修订工作,正在进行标准审批,即将正式颁布实施。根据已完成的修订情况,与GB/T 6822—2007 版的主要技术差异有:


    (1) 标准的第1 节在涂料体系中增加连接涂料品种,强调了防污涂料和船底防锈涂料的配套的重要性。


    (2) 标准的第3 节“ 分类”改为“ 防污涂料类型和防污剂类型”。防污涂料类型增加 III 型:不含防污剂的非自抛光型或非磨蚀型的防污涂料(FoulRelease Coating 污底易脱型/ 污损释放型/ 低表面能防污涂料)。防污剂类型分成A 类:铜和铜化合物;B 类:不含铜和铜化合物;C 类:其他,以适应一些不含铜类防污剂的防污涂料的发展方向和市场动态。


    (3) 防污剂突出铜总量,分成铜总量和不含铜的生物杀伤剂2 栏;增加挥发性有机化合物(VOC)1 栏;对原毒性1 栏,明确为锡总量和滴滴涕(DDT),并明确规定“不得使用”;考虑到检测仪器的检测精度和参考相关标准的要求,列出相应的有无判定指标。


    (4) 明确防污涂料体系的浅海浸泡性不适用于III 型防污漆。


    (5) 对含防污剂的I 和II 型防污涂料与不含防污剂的III 型防污涂料的动态模拟试验要求有所不同。Ⅰ型和Ⅱ型防污涂料的试验程序按照GB/T 7789—2007 的第4.3 节试验程序要求,即先以(18±2)kn 速度连续运转,相当于航行(4 000±50)kn,再浮筏静态浸泡30 d,为1 个周期。而Ⅲ型防污涂料的试验程序是先将试样放入试验浮筏进行静态浸泡试验10 d 到2 个月(根据产品技术要求确定,并在检验结果中注明适用的最长的海港静态浸泡时间),检查试样并拍照后,再以线速度为(18±2)kn 连续运转,相当于航行(4 000±50)kn,检查试样表面留有的硬壳污损生物(藤壶、硬壳苔藓虫、盘管虫等)的覆盖面积并记录拍照。以此作为动态试验的1 个周期,其结果应符合4.2.1.3 条的要求。


    (6) 标准的第4.3.4 节“耐阴极剥离试验(适用于I 型)”牺牲阳极材料改为锌阳极,试验时间改为182 d,结果的合格评判也作了修改。明确与配套的防污涂料一同进行耐阴极保护性试验的防锈涂料体系,不再单独做防锈涂料的耐阴极剥离性试验。


    (7) 标准的第4.2.2 节“与阴极保护性”对结果评判的叙述有修改,明确了合格判定的数值:防污涂层与防锈涂层之间(包括连接涂层)的剥离在人造漏涂孔外缘起10 mm 范围内;同时防锈涂层从钢基体表面的剥离在人造漏涂孔外缘起8 mm 范围内,即在整个人造漏涂孔周围被剥离涂层的计算等效圆直径为19 mm 范围内,以便于试验和检定。该试验方法仅适用于钢基材的防污涂料体系。III 型防污涂料与阴极保护相容性应符合产品的技术要求,应由涂料生产商根据各自的产品技术要求来定。


    (8) 标准的第6.4.1 节“检验条件”型式检验的“a)”条款修改为:正常生产时,每4 a 应进行1 次型式检验;中、长期效防污涂料的浅海浸泡性试验每8a 进行1 次型式检验。


    (9) 取消了防锈涂料产品的常温型和低温型的分类划分。


    7 结语

 

    从上述标准的制定过程可以归纳如下:


    (1) IMO《控制船舶有害防污底系统国际公约2001》是船舶涂料在国际海事组织颁布实施的公约和条例的最重要的文件之一。该公约不仅禁止使用有机锡防污剂,而且对新的防污活性物质的环境风险评估和准入提供了工作途径和相关规定。国际标准化组织也在配合IMO 的船舶防污底公约实施中配套提出了一系列的环境风险评估标准。


    (2) IMO《油船货油舱保护涂料和防腐》是继《船舶专用海水压载舱保护涂层性能标准》(PSPC)后推出的又一项强制性标准,其中包括保护涂层和替代的耐蚀钢材料2 个附录。同时ISO 16145《船舶与海上技术——保护涂层》系列标准是国际标准化组织积极参与船舶涂料和涂装技术的新开展的工作之一,为船东、船厂和涂料生产商在新船建造期间实施IMO-PSPC 提供技术支撑。


    (3) 与船舶节能减排相关的防污涂层的另一个性能指标是防污涂层对降低船体表面摩擦阻力作用的评估方法。ISO 正在进行这方面的标准编制工作,我国也正在编制与防污涂层的表面特性有关的标准。


    (4) GB/T 6822—2007《船体防污防锈漆体系》是船舶涂料一系列国家标准中最为重要和难度最大的标准之一,它的修订也体现了船舶防污涂料技术的发展趋势。


    参考文献

 

    1 International Convention on the Control Harmful Anti-fouling Systemson Ships[S],2001(AFS 2001),IMO.


    2 ISO 13073 Ships and Marine Technology—Risk Assessmetn on AntifoulingSystem on Ships[S]。


    3 ISO 10890 Modelling of Biocide Release Rate from Anti-foulingPaints by Mass-Balance Calculation[S]。


    4 中国用于防污漆生产的滴滴涕替代之防污漆产品检验能力建设项目报告。 中国船级社,2013.


    5 船舶涂料新标准的解读[J]。 船舶标准化工程师,2013,46(01):2-5.


    6 黑明。 原油油船货油舱保护涂层性能标准的执行参考[J]。 船舶涂装技术,2012 专刊。

 

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标签: 国际海事组织, 国际标准化组织, 船舶涂料和涂装, 标准

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