埋地钢管外防腐复合涂层的生产工艺

上传者：吕成国
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上传时间：2015-04-21
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埋地钢管外防腐复合涂层的生产工艺

宗少彬１，石荣满２，林志伟１

（１．中油管道防腐工程有限责任公司，河北廊坊０６５０００；２．中国石油天然气管道研究院材料所，河北廊坊０６５０００）

摘要：介绍了三层聚丙烯外防腐，描述了其施工工艺和涂覆技术；在炎热地带或输送介质温度较高时，三

层聚丙烯外防腐是理想的首选涂层体系，具有较广泛的应用前景。

关键词：聚丙烯涂层；涂覆技术；外防腐中图分类号：ＴＱ６３９；ＴＧ０７

文献标识码：Ａ

文章编号：１００７—９５４８（２００６）０８一００３ｌ—０３

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引言

埋地钢管三层聚丙烯外防腐是在三层聚乙烯外防

术人员、质控人员的精心组织，严格控制，工程在２个

月内交付，工程质量获得了业主的好评。

腐的基础上发展起来的一种性能优良的防腐涂层，它

底层采用熔结环氧粉末来保证涂层的防腐性能，依靠中间的聚丙烯共聚物与外层聚丙烯防腐层牢固黏合。

２生产工艺流程

生产工艺流程：

原材料质量及工艺性能检验一进管检验及钢管油污清洗＿钢管预热＿÷抛丸除锈及管内除尘＿钢管表面质量检验一管端缠胶带一钢管中频加热＿环氧粉末喷涂＿＋胶黏剂涂覆一聚丙烯涂覆＿÷管端涂层切割一水冷却＿火花检漏斗成品终点检验及管端打磨＿喷标识及缠防护绳一堆垛

此防腐工艺使防腐钢管既拥有高的抗机械损伤能力，

又有良好的耐阴极剥离性能，发挥各类涂层的优势，使

涂层工作温度达到１ｌｏ℃以上，以其优良的抗腐蚀性

能和耐高温陛能赢得了广泛的市场，弥补了其他防腐

涂覆工艺耐高温性能差的缺陷，是目前国际上新兴的较先进的防腐涂层。

由于普通聚丙烯的脆化温度只有一３５℃，给低温施工带来不便，在相当长的一段时间内限制了它的应用。随着聚丙烯改性技术的进一步提高，用于管道防腐的改性聚丙烯的耐低温性得到了很大改进，解决了

３涂覆技术

３．１原材料工艺性能检验

原材料性能对防腐生产具有重要的作用，除按标

准对原材料进行质量检验外，在生产前对原材料要进行严格的工艺性能检验，并以此作为涂覆工艺参数制

低温施工的难题，这就使三层聚丙烯外防腐涂层越来

越引起人们的关注。２００４年５月，本公司淄博防腐厂承揽了苏丹工程１２４ｋｍ、巾８１３钢管三层聚丙烯防腐生产任务，由于我国无相应的防腐标准，因此在施工过

定的基础。与三层聚乙烯涂层一样，三层聚丙烯防腐涂层使用的环氧粉末也属高温固化型环氧粉末，当温

度达到固化温度时，化学反应速度剧增，在很短时间内环氧树脂由线性分子变为网状立体结构，形成稳定的

程中采用英国皇家壳牌公司的行业标准，通过全体技

收稿日期：２００５一０８—１５

聚合物，环氧粉末的胶化时间在２００℃时应在１８。３０

ｓ之间，固化时间小于２ｍｉｎ，６０～１５０斗ｍ之间的粒径分布应在９０％以上，挥发物含量小于０．５％。

册崛嬲

现代凉科与溶装

３１

万方数据　

由聚丙烯加入添加剂经接枝共聚制成胶黏剂，接枝共聚物能与环氧基进行化学反应，同时，胶黏剂在熔

融状态与外层聚丙烯融合为一体，牢固地结合，最终起到将环氧粉末与聚丙烯牢固黏结的目的。选择时主要看它的黏结强度的大小是否合适，以及与温度曲线的关系如何，流动速率一般应大于２

ｇ／１０

ｍｉｎ（２３０℃，２．１６

ｋｇ）。

聚丙烯作为涂层的最外层，必须保证其具备良好

的工艺性能和耐高温特性，熔融指数应大于０．８ｇ／１０

ｍｉｎ（２３０℃，２．１６ｋｇ），维卡软化点应大于１４５℃。

３．２进管检验及油污清洗

为保证涂覆质量，除锈前对进人生产线的钢管应进行严格的质量检验，对缺陷管进行修整，表面有油污

的先用清洗液洗，然后用清水洗净，修整后仍不合格的

缺陷管应退出生产线。３．３钢管预热

由于生产的连续性，清洗后的钢管表面比较潮湿，来不及自然风干就需进入下一道工序，为了保证管体

表面干燥，有利于除锈时粉尘分离，在除锈前采用自喷

式柴油预热炉将钢管表面预热至表面干燥，对于没有

用水清洗的钢管应保证管体温度超过露点３℃以上。

３．４除锈及管内除尘

为提高对钢管的除锈能力，采用进口下置式双抛

头除锈机进行作业，利用钢丸和钢砂的混合磨料对钢

管表面进行抛丸除锈，以有效去除钢管表面的氧化皮及杂物，除锈后使钢管表面达到规定的清洁度和锚纹深度。由于除锈是利用钢丸和钢砂的刻蚀作用来进行的，钢砂粒径过大时易使锚纹深度过深，粒径过小时锚纹深度又达不到要求；硬度过大时钢砂利用率过低，硬度过小时除锈效率又不明显，因此，应根据钢管不同的锈蚀程度、钢管的钢级和设备能力来选择钢砂和钢丸的规格，钢砂硬度应略高于钢丸（钢砂５５ＨＲｃ、钢丸

４８

ＨＲＣ左右），粒径在０．５～１．２ｍｍ之间。

在钢管涂覆时，清洁度越高成本也越高，过高将造

成浪费，三层聚丙烯涂层防腐用钢管的表面处理要求

与三层聚乙烯涂层防腐一样，要求钢管清洁度应达到Ｓａ２．５级，表面锚纹深度在４０～７５斗ｍ之间。

钢管经过抛丸处理后，应用压缩空气将钢管内震落的杂物或氧化皮清除干净。３．５钢管表面质量检验

在钢管除锈后，应对钢管质量进行再次检验，对表

面清洁度和锚纹深度达不到要求的应及时返回进管平

台，重新进行除锈处理，对除锈后暴露的管体母材分

层、夹渣等缺陷应视情况进行处理，避免对不合格钢管进行防腐。

现代溶辩与淙装２０甑嬲３２

万　

方数据钢管表面会存在各种缺陷，按制管标准评价并不超标的缺陷，对于防腐生产来说却是不容忽视的，尽管

制管标准对焊缝形状有明确规定，但制管标准主要考虑的是钢管强度和外形几何尺寸，没有考虑钢管防腐

的需要，制管标准不超标的焊缝对防腐生产可能会造

成严重的涂层缺陷，使焊缝部位的涂层厚度减薄和开

裂，在涂覆前对尖焊缝或过度不圆滑的焊缝应使用电动砂轮机进行打磨处理，避免造成涂层缺陷。３．６管端缠胶带

经过质量检查合格后的钢管，应在管体两端按要

求的涂层预留宽度缠保护胶纸带，防止管端涂上环氧粉末后影响管端涂装处理。３．７钢管中频加热

对于三层聚丙烯涂层防腐来说，环氧粉末的熔融及固化需一定的温度做保障，缠绕后胶及聚丙烯片材也需在一定的温度下熔合，因此需要将钢管加热到一

定的温度后才能涂覆各层材料。采用中频感应加热可在瞬间将钢管从常温加热至所需温度，对环境和钢管表面均无污染，且操作方便、性能稳定。但利用中频加热也存在一个不容忽视的问题：加热后的管体温度存在温差。管前端温度最低，之后温度骤升，至１００

ｍｍ

左右处趋于稳定，然后逐渐升温，接近管体尾部温度升至最高。从管子最前端到１００ｍｍ处温升大致为１５℃，从１００ｍｍ处至管尾部温升大致为１０℃，在防腐

生产过程中，必须考虑管体温差的影响，避免管体前部

温度低而造成环氧粉末不能完全固化，剥离强度下降，特别在管端涂层预留宽度小于１００ｍｍ时，此现象较为明显，有时不得不采用整体升温的方法来避免管端温度过低，应设专人对管体加热温度进行控制。３．８环氧粉末喷涂

在环氧粉末喷涂前，为防止混进杂质或粉末结块，采用自动过滤器对粉末进行过滤处理。过滤后的粉末通过负压泵进人流化床流化，然后进入喷粉系统，在压缩空气作用下在管腔内流动，经过高压静电喷枪后带

上静电，依靠静电吸附在加热后的管体上，在管体余温的作用下熔化并开始胶化。因粉末和液体的流动特性

不同，应经常对喷枪进行清理检查，防止堵塞，合理调整静电喷枪的风量及喷粉量，调整时以喷枪喷出的粉末连续均匀、不结块为标准。在喷涂过程中还应经常检查环氧粉末的喷涂厚度及均匀程度，防止喷粉不均

或喷枪堵塞，多开几把枪对解决上述问题很有效。根据环氧粉末的胶化时间和固化时间，调整喷枪距胶黏

剂和聚丙烯片材处距离及生产线速度，使缠胶过程是在环氧粉末胶化和固化之间进行，在水冷却前环氧粉末已充分固化。

在三层聚丙烯涂层防腐生产时，管体锚纹深度一般在４０～７５“ｍ之问，底层环氧粉末的厚度大于８０¨ｍ，这样才能保证环氧粉末完全覆盖管体并形成连续的涂层。

３．９胶黏剂涂覆

涂胶时，由挤出机模头出来的胶黏剂应为伸展性极佳的带状，经拉伸、辊压后缠绕在管体上，如果宽度不合适可改变挤出机模头与管体的距离，挤出机温度设定以挤出的胶不粘辊、不断裂为准，粘辊时应适当降低模头温度，同时在胶辊表面喷适量的脱模剂，如果胶片材延展性能差则适当升高温度。通过调整挤出量来调整片材的厚度，胶辊压力调整到以胶片材与管体问无气泡为最佳，胶层厚度在１８０～２５０斗ｍ之间。３．１０聚丙烯涂覆

涂覆时，采用大功率、大长径比的挤出机将聚丙烯加热，通过螺杆将聚丙烯由机身向模头推进，经机内过滤网过滤，到达模头。由于挤出机机身被分为温度可自行设定的若干个区，通过设定挤出机各区温度使聚丙烯在模头出口处成为有韧性和较强张力的带状片材。采用侧向缠绕工艺进行涂覆，聚丙烯片材经管体下方的胶辊挤压紧密地缠绕在管体上，即保证表面光滑、平整，又使整个涂层厚度均匀一致。为避免原料浪费和厚度不够，聚丙烯片材搭边宽度应控制在１ｃｍ左右。在胶辊对聚丙烯片材的辊压过程中，胶辊利用气缸的支撑紧贴管体滚动，通过调整气缸压力来控制胶辊与管体的压强。胶辊气缸压力调整应合适，过大易使焊缝部位的涂层厚度减小甚至开裂，过小时层与层之间不能紧密熔合，甚至产生气泡，调整以涂层表面不出现花斑、焊缝部位厚度又符合要求为准。一般情况下，胶辊的邵氏硬度应在３０左右，过硬时易造成涂层开裂，过软时胶辊寿命缩短。由于聚丙烯具有比聚乙烯高的流动速率，使其加工性能优于聚乙烯，利用挤出

机挤出时能耗和设定温度都低于聚乙烯，熔融后的聚

丙烯韧性较强不易断裂，具有较强的工艺适应性。３．１１管端涂层切割

由于涂覆是连续进行的，在进入冷却水淋室之前，

应人工使用专用刀具将钢管两端的防腐层进行切割，

因涂层尚未冷却仍处于高温状态，质地很柔软，非常容易用刀划开，保证防腐管进入水淋室后能顺利脱开。３．１２水冷却

涂覆后的涂层必须进行冷却处理，钢管进入冷却水淋室时应尽量在接触传动轮前充分冷却，以防螺旋

焊缝钢管焊缝部位由于存在焊缝余高造成涂层开裂或

厚度减薄，一般可在刚进入水淋室时通过增加支撑胶轮数量来减小压强，胶轮的硬度应在邵氏硬度３０左

万　

方数据右，为避免对涂层造成水激点，在防腐管刚刚进入水淋室时，水流必须保持连续、轻缓，或通过布帘浇至管体上，在此之后应保持足够的水量使钢管充分冷却，使冷却后的管体温度低于６０℃。３．１３火花检漏

在涂覆管出水淋室之后，利用高压电火花检漏仪对旋转前进的防腐钢管进行漏点检查，电压为２５

ｋｖ，

检漏仪探棒接正极，利用顶端铜刷扫过涂层，检漏仪的负极与大地相接，当出现漏点时，漏点处的空气被高压电击穿，检漏仪报警。对于漏点，数量在标准范围内可进行修补，超出标准时则该判废。３．１４成品终点检验及管端打磨

经冷却后的涂覆管，温度已降至６０℃以下，应对

其外观、涂层厚度、剥离强度等一系列指标进行检测，

对合格的涂覆管按照要求的预留宽度，使用端头打磨设备对管端涂层进行打磨，使涂层斜面形成小于３０。的倾角，以利于补口时热收缩套的密封。３．１５喷标识和外涂层保护

经全部检验合格的涂覆管，按照业主的要求喷涂合格标识，对防腐成品管扎３道保护绳，以免在运输过程中损伤涂层。３．１６堆垛

用吊车和倒管专用货车将成品管按要求堆放在成品管垛位上，堆放成品管的垛位由２条高出地面５０ｃｍ、相距５ｍ的沙袋叠成，每条沙袋宽度应在８０ｃｍ以上，不同规格的防腐管应分类码放，根据规格型号控制堆放层数，避免损伤防腐层。

４性能分析

由于聚丙烯自身具有的优良特性，使得三层聚丙烯涂层无论从机械强度或防腐性能方面都可以与聚乙烯涂层相媲美，尤其在耐高温方面比三层聚乙烯涂层高出４０℃，对炎热地区或输送介质温度超过７０℃的

管道无疑是一种理想的防腐涂层，下面就其性能指标

与三层聚乙烯涂层作一分析对比。

由于聚丙烯具有高的机械性能，标准对相同规格钢管要求的涂层厚度也不同，在苏丹管线防腐生产过程中采用的英国皇家壳牌公司企业标准中，聚乙烯涂层要求的厚度比聚丙烯涂层厚０．５ｍｍ，换句话说，在获得同等防腐效果的情况下，聚丙烯涂层所需的厚度要小得多。

压痕硬度指标在标准中大于７０℃时，聚乙烯涂层已无法达到，而对聚丙烯涂层在８０℃时标准要求小于或等于０．３ｍｍ，在本公司实际生产过程中，当温度达到１００℃，压痕硬度指标仍小于０．３ｍｍ，可见聚丙烯涂层在高温条件下仍有较好的强度。

（下转第３６页）

册徽嬲

现代淦辩与淦装

３３

率是日本船厂１０年前的１．２４倍，其他船厂或平均水平则更低。据有关资料介绍，目前我国船舶涂装生产效率仅相当于国外先进船厂的１／４～１／３，严重影响我国船舶产品的国际竞争能力。其主要原因有以下几个方面：①船舶涂装生产设计深度不够，壳舾涂一体化

一个桶，浑身上下一身漆”的形象，他们不仅要掌握基本的涂装理论知识，还要掌握各种涂装设备的操作以

及涂装过程的检测技术，才能适应船舶涂装的发展需要。但就目前大多数造船企业来说，船舶涂装工人的

整体素质要达到这一程度还相当困难。培养一大批合格的涂装工人是船舶涂装行业亟待解决的问题。

船舶涂装工人作为船舶涂装工艺的最终执行者，其素质直接影响到船舶涂装的质量。目前的培训模式是由造船企业先进行招工，然后由企业负责进行培训、考核，最后安排上岗。这种培训方式还存在不少缺陷，特别是一些不具备教育培训条件的企业，只能临时搞培训，仅仅是针对本企业的涂装范围搞培训，知识面狭窄，往往是事倍功半。

今后涂装人才培训可走向社会化，由专门的教育培训机构向社会招生，负责培训，由国家劳动部门统一组织考核，考试合格者核发专业技术资格证，并由人才交流市场向社会推荐，由各造船企业择优录用。４．２发展高端涂料

尽管传统低固含量防腐涂料在我国还占一半以上的市场份额，而且在相当长的时期内难以全部退市，但在高端市场以及沿海经济发达地区，环保型涂料必将成为主流。有机挥发物含量限制法规和有害空气污染

的概念不强；②船舶涂装技术装备的机械化、自动化程

度不高，致使除锈、涂装标准偏高，执行的问题比较严

重；③预处理质量和车间底漆性能有待改进；④船舶生

产管理急需加强，由于其他工种施工造成涂膜损坏而进行多次涂装的问题十分严重。３．３涂装人才缺乏

船舶涂装是一项集化工、机械、电器、流体动力、热工技术于一体的技术工种，因而它对从事涂装的技术

和管理人员提出了多方位的要求，单一的化工专业或

机械专业的技术人员，并不能担负起整个涂装过程的技术责任，还必须具备相关专业的知识才能胜任。目前，国内的高等学府还没有开设涂装专业，大部分涂装技术人员都没有经过相应的系统学习，尽管他们在实践中积累了不少经验，又掌握了相关涂装知识，但就知识结构而言，缺乏全面性。而绝大多数的涂装技术管理人员又都是从化工或机械专业逐步转行过来的。由于各船舶企业的涂装内容是相对固定的，使得这些企业的技术人员接触面狭窄，缺乏对涂装行业整体发展的了解，知识更新困难，影响到整个涂装工艺水平的提高。

物排放法规推动了船舶和重防腐涂料朝高固体分、无

溶剂、水性化的方向发展。有毒有害的、对人体和生态环境危害较大的原材料和涂料产品正日益受到限制和禁用。以三丁基锡聚合物为基础的自抛光防污涂料２００８年将全面禁用，绝大多数跨国公司已经禁止生产红丹防锈漆。不久的将来，我国将全面禁止生产和使用含铅涂料，并且逐步限制使用含铬防锈涂料。

◆

４促进我国船舶涂装业的发展

４．１加强人才培养

随着涂装技术的日益更新，新型涂装设备和高性

能涂料的出现，现代船舶涂装工人不再是“一把刷子，

（上接第３３页）

抗冲击性方面，聚丙烯涂层比聚乙烯涂层在标准上严格很多，聚丙烯涂层要求涂层的抗冲击强度达１８Ｊ／ｍｍ，而聚乙烯涂层只要求大于８Ｊ／ｍｍ。

阴极剥离性能方面，聚乙烯涂层的最高试验温度为（６５±５）℃，而聚丙烯涂层在１００℃的试验条件下的阴极剥离半径只有３ｍｍ，接近聚乙烯涂层在６５℃时的指标。

在涂层附着力方面，聚丙烯涂层的剥离强度在（２３±２）℃时达３８０Ｎ／ｃｍ，（８０±２）ｑＣ时为１７０在７０℃时几乎已没有剥离强度了。

在断裂伸长率方面，标准要求聚乙烯大于５００％，