水射流除锈：压力等级、标准及与喷砂的对比

任何涂层的失效都始于它所附着的表面。当船厂、油罐区或桥梁承包商需要在重新涂装前清除锈蚀和旧漆时，方法的选择决定了工程成本、产生的粉尘和废弃物数量，以及新涂层的使用寿命。一个世纪以来磨料喷砂一直是默认方法，但在许多现场它正被水射流除锈所取代：不加磨料的高压或超高压水，既能剥除涂层和腐蚀物，又能冲走喷砂遗留的可溶性盐分。本文介绍表面预处理水射流所采用的压力等级、各等级能清除什么、水射流处理钢材的目视标准如何应用、高压水喷射与喷砂的比较，以及做初步估算所需的泵、喷嘴、安全装备和施工效率数据。

水射流除锈：压力等级及其清除对象

水射流按工作压力分级，因为压力决定射流能清除什么。行业联合表面预处理标准划分了四个等级，由于各国和各公司的定义略有差异，这里给出的是典型范围。

当射流的驻点压力超过表面附着物的结合强度时，清除即发生。松散锈层在几百 bar 下即可剥离；粉化的醇酸漆可能需要 500 bar；在喷砂粗糙面上施工良好的双组分环氧漆则需要超高压射流。结合一旦被破坏，流量就与压力同等重要：流量负责带走碎屑，并决定每小时的处理面积。

所有等级都有两个共同的局限。仅靠水无法清除与钢材熔结在一起的氧化皮，也无法在金属上切出新的锚纹粗糙度。这两点是本文后面与磨料喷砂比较的核心。

水射流处理钢材的标准：WJ-1 至 WJ-4 与闪锈

由于水处理后的外观与喷砂不同，钢材水射流联合标准定义了独立于喷砂等级的目视清洁度等级。规范编制方应明确引用水射流等级。

清洁度等级

• WJ-1，清洁至裸露基材。所有可见锈蚀、涂层和异物全部清除；要求最高的等级，其目标与出白级喷砂相当。
• WJ-2，非常彻底或充分清洁。无可见锈蚀和涂层，仅允许在小比例面积上随机分布的色斑或附着牢固的残留痕迹。
• WJ-3，彻底清洁。允许在较大比例面积上保留附着牢固的残留物，其余部分必须清洁。
• WJ-4，轻度清洁。所有松散锈蚀、涂层和异物清除；附着牢固的物质可以保留。典型用于低表面处理要求的重涂之前的维护性清洗。

该标准还规定了不可见污染物的等级，涵盖氯化物及其他可溶性盐分，在清洗后通过化学方法检测。水射流在降低这类盐分方面效果显著，这在船舶和化工厂项目中是一个有力的论据。

闪锈等级

用水清洗过的钢材在干燥过程中开始氧化。该标准描述了三个闪锈等级，大致为轻度（淡淡的色调，擦拭布上不留痕迹）、中度（可见的锈层，在擦拭布上留下轻微痕迹）和重度（附着松散的锈层，遮盖原始表面）。大多数涂料制造商接受轻度闪锈，部分接受中度；规范中应写明允许的等级，并由涂料供应商确认。使用清洁、低氯化物的水，用干燥空气快速吹干，并在涂料供应商允许的时间窗口内涂装，都可以减缓闪锈。

高压水喷射与喷砂：实用对比

两种方法都不是在所有情况下都更优。下表列出各自的优势所在。

粉尘与围蔽

干式喷砂产生细粉尘和粉碎的涂层，在老旧结构上这些涂层可能含铅或铬酸盐。围蔽、抽风和呼吸防护的费用常常超过喷砂本身。水射流不产生空气中的粉尘；被清除的物料保持湿润状态，可用真空回收或从径流中过滤。在营运中的船舶、炼油厂或跨河桥梁上，仅这一点就足以决定采用哪种方法。

磨料处置

一个施工队从 500 m² 钢材上清除 300 µm 的涂层，可能消耗 15 至 30 吨一次性磨料，所有磨料都必须连同旧涂层一起收集、检测并处置。水射流只产生涂层固体和可以过滤回用的水。废弃物吨数通常减少 90% 以上。

锚纹粗糙度

这是磨料喷砂的立足之本。新钢材和带氧化皮的钢材必须通过喷砂形成锚纹粗糙度，水做不到这一点。然而对于已经喷砂并涂装过的钢材，原有粗糙度仍保留在涂层之下，超高压水可以将其完整地重新暴露出来。因此大多数维护性重涂不需要制造新的粗糙度。

速度与成本

在开阔平整的钢面上，按每工时计，喷砂通常更快。一旦把围蔽、准备、磨料搬运和清理都算进去，水射流就能追平。从总成本看，在已涂装钢材的重复维护、受限或有人作业区域以及废弃物处置费用高昂的场合，水射流往往占优；在新钢材、氧化皮以及需要新粗糙度的工程上，磨料喷砂占优。

设备：用于水射流的泵与清洗机

泵是系统的核心。压力决定能清除什么，流量决定清洗速度。

用于 OEM 水射流机组的柱塞泵

富森 D 系列和 E 系列不锈钢柱塞泵正是为此类工况设计。FDH 系列采用 30 mm 实心轴，覆盖 800 至 1,000 bar、15 至 20 L/min，适合紧凑型 1,000 bar 机组。FEH 系列采用 40 mm 轴，可达 800 至 1,200 bar、20 至 25 L/min；FES 系列可达 1,500 至 2,000 bar、10 至 15 L/min，用于超高压涂层清除；FEK 系列提供 450 至 750 bar、30 至 50 L/min，适用于以流量而非压力为优先的场合，例如清除船体上的海生物和松散锈层。FFS-G 齿轮箱泵可扩展至 1,500 bar、最高 65 L/min，用于高效率拖车式机组。所有型号均采用陶瓷柱塞和不锈钢泵头，这在水可能含盐的场合必不可少。

整机高压清洗机

对于需要即装即用设备的承包商，FDE 系列电动高压清洗机覆盖 500 至 1,000 bar、15 至 36 L/min，其中 FDE 15/100 和 FDE 18/100 在三相电源下覆盖用于涂层清除的 1,000 bar 级别。FKE 系列扩展至 1,500 bar，机型包括 FKE 15/150 和 FKE 20/100。在没有市电的场合，柴油驱动的 FKD 系列通过 FKD 30/280 和 30/250 可达 2,800 bar，也可用 FKD 120/100 和 FKD 150/70 以压力换取流量，用于大面积作业。防爆型 FDE-EX 已通过富森的欧盟 ATEX 型式检验，可用于炼油厂和油轮。

压力与流量的取舍

一条实用规则：选择能够可靠破坏待清除物结合力的最低压力，然后在该压力下尽量选用动力源允许的最大流量。液压功率等于压力乘以流量；电机功率固定时，压力越高的泵流量越小，每小时覆盖的面积也越少。一台 1,000 bar、18 L/min 的机组轴功率约需 37 kW；同样的电机在 500 bar 下可输出约 36 L/min。如果涂层在 500 bar 下就能剥离，后者每小时的剥除面积几乎是前者的两倍。

喷嘴与喷枪的选择

在水射流压力下，喷嘴是精密零件，喷头的选择对效率的影响超过任何其他变量。

• 单束固定射流（0°）。单位宽度冲击力最高，路径最窄。用于切穿极其顽固的涂层、清理焊缝和深入角落。在开阔区域效率低。
• 扇形射流（15° 至 25°）。在约 500 bar 以下，扇形射流是清除锈层和松散涂层的通用选择。超过该压力后扇形射流会迅速失去凝聚性，喷射距离变得至关重要。
• 旋转喷嘴。两个或更多 0° 孔口装在由射流反作用力驱动、以每分钟数千转旋转的喷头上。这是 700 bar 及以上涂层清除的标准工具：兼具针状射流的冲击力和 20 至 50 mm 宽的均匀路径。
• 地面清洗器和爬行器。用于甲板、罐底和船体板，采用带罩壳的旋转喷头并对水进行真空回收。在 1,000 bar 及以上，平板上可达到 20 至 40 m²/h，操作人员的疲劳程度也大大降低。

与常规清洗机完全一样，按泵流量和目标压力用喷嘴表确定孔径：孔口总面积必须在工作压力下通过泵的全部流量。700 bar 以上的水射流喷枪配有卸压阀，松开扳机的瞬间即把泵切换到低压状态。反作用力随压力和流量同时增大；手持作业应控制在约 250 N 以下，超过此值应使用带支撑的喷枪。

安全：个人防护装备、软管与作业规范

1,000 bar 的射流可以切穿钢头安全靴。注射性伤害表面看起来微不足道，却常常造成终身伤残，因为水和碎屑被深深打入组织。

• 个人防护装备。按规定压力和流量测试过的水射流防护服、护腿和手套、全面罩护面和听力防护。普通雨衣不提供任何防护。
• 软管与接头。使用额定工作压力至少等于泵最高压力、爆破安全系数不低于 2.5 的软管，并在每班作业前检查是否有割伤、扭结和外皮损伤。350 bar 以上的每个软管接头都应安装防甩鞭束缚装置。
• 泄压。必须配备独立于调压阀的安全泄压阀，设定值不超过工作压力的 110%。每次作业前进行验证。
• 隔离区。作业区周围设置实体屏障；区内除操作人员外不得有人，并在泵旁安排第二人，能够随时立即停机。
• 脚控与失能保护操作。操作人员一旦松开，每一把喷枪和喷杆都必须回到安全的低压状态。
• 培训。操作人员应针对其使用的压力等级接受培训和考核，并保留记录。
• 环境。清除含铅或铬酸盐涂层时应收集径流，进行过滤，并在处置前对固体进行检测。

施工效率估算：经验法则

下列数据仅作为报价的起点，应通过试验区块加以确认。数据假设由经过培训的操作人员使用旋转喷嘴，包含正常休息但不含准备时间。

耗水量由流量决定：一台 20 L/min 的机组在有效作业六小时的一个班次中耗水约 7 m³。在加强肋框架和管廊等复杂几何结构上，效率会大幅下降，达到平板效率的 40% 至 60% 是比较现实的；在已经开始失效的涂层上，效率则会上升。务必在一平方米上做计时试验；该数据经通道条件修正后，比任何表格都更适合作为报价依据。

水射流系统的规格确定

先明确待清除的涂层、要求的清洁度等级、允许的闪锈等级、面积及其几何形状，以及现场可用的动力。压力等级由此确定，然后在可用动力范围内选择流量以达到目标效率。富森可为 OEM 机组提供 D 系列和 E 系列裸泵，为承包商提供 FDE、FKE 和 FKD 整机高压清洗机，有电动、柴油和 ATEX 防爆版本可选。请通过我们的联系页面发送涂层数据和现场条件，我们的工程师将为该工程推荐泵、喷嘴配置和驱动方案。

常见问题

水射流能完全取代喷砂吗？

对于已喷砂钢材的维护性重涂，通常可以。对于带氧化皮的新钢材，或规范要求新锚纹粗糙度的场合，仍然需要磨料喷砂。

用水除锈需要多大压力？

松散锈层在 200 至 350 bar 下剥离。附着牢固的锈层需要 700 bar 或更高，严重腐蚀钢材点蚀坑内的锈层可能需要 1,700 bar 以上的超高压才能达到 WJ-2。

闪锈会毁掉表面吗？

大多数涂料制造商接受轻度闪锈，部分接受中度闪锈。使用清洁水、快速干燥以及涂装前较短的时间窗口可将其控制在允许范围内；允许的等级应由涂料供应商确认。

高压水射流耗水量有多大？

一台 15 至 25 L/min 的水射流机组在有效作业六小时的一个班次中耗水约 5 至 9 立方米。回收和过滤系统可使其中大部分得到循环利用。

超高压水射流对钢材本身安全吗？

安全。在涂层清除所用的停留时间内，这些压力下的水不会冲蚀完好的钢材；它只清除强度低于射流冲击力的物质。