基于內(nèi)噴涂連續(xù)管工藝研究分析

姜鵬飛

摘要：金屬管道由于其良好的性能而在油氣行業(yè)廣泛采用，由于原油中存在水、石蠟等雜質(zhì)，造成管道的腐蝕，會對生產(chǎn)和經(jīng)濟造成巨大的隱患，因此解決管道的內(nèi)腐蝕問題，尤其是管道連接處的內(nèi)腐蝕有重要意義。文章提出了一種連續(xù)管道內(nèi)噴涂工藝，解決了管道尤其是管道接口處的內(nèi)腐蝕問題。

關(guān)鍵詞：金屬管道；連續(xù)管工藝；內(nèi)腐蝕；噴涂；涂層 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ410 文章編號：1009-2374（2016）20-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.031

金屬管道由于機械性能好、制造工藝成熟而被廣泛采用。在石油管道使用過程中，由于原油中存在水、石蠟等雜質(zhì)，會對石油管道造成嚴重的腐蝕，影響管道的正常使用。金屬管道的腐蝕問題尤其是管道連接處的腐蝕一直無法得到有效的解決。鋼質(zhì)管道施工時多采用對接焊接的方法。這種方法連接的管道接頭性能好、成本低、操作簡便、密封性能好，但接頭焊接溫度高達1000℃以上，管道在焊接接頭周圍的內(nèi)防腐層通常都會遭到破壞，焊口處就成了裸管，整根帶有內(nèi)防腐層的管道往往形成了大陰極小陽極，加速管道腐蝕。所以焊縫和焊縫周圍內(nèi)防腐層遭到破壞的區(qū)域如果不進行補口處理，在使用過程中往往會被優(yōu)先腐蝕，造成泄漏和停工停產(chǎn)的損失。目前，還缺少焊后內(nèi)補口的有效設(shè)備和方法。尤其是對于號稱可以埋在地下50年不腐蝕的噴瓷管道和耐蝕性比較強的涂塑鋼管，焊接接頭的防護問題一直是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。因此對管道的內(nèi)壁做防腐預(yù)處理，則可以改善管道的使用條件，大幅提高管道的壽命。

1 原理介紹

法蘭采用特殊設(shè)計，使得管道在對焊過程中產(chǎn)生的熱量不影響管道內(nèi)涂層，從而對涂層的服役壽命產(chǎn)生影響；法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證管道對接過程中能保證管道的同軸度，不會產(chǎn)生錯邊。法蘭與管道焊接完畢，進行噴砂除銹處理，使表面達到施工規(guī)范所規(guī)定的要求。工作原理是以壓縮空氣為動力，以棕剛玉或鋼砂等為磨料，對管道內(nèi)壁表面進行噴射處理，從而達到除銹的目的。針對不同的管徑在管道內(nèi)配置不同噴砂槍型號。噴砂槍在管道內(nèi)只做往復(fù)直線行走，管道進行旋轉(zhuǎn)運動。該除銹線為環(huán)保型生產(chǎn)線，噴砂時可在工位兩端設(shè)有密閉室，減少了噪音和粉塵的污染。生產(chǎn)時密閉室內(nèi)的磨料及粉塵通過分離除塵系統(tǒng)進行分離，分離后的磨料進入自動回收系統(tǒng)重復(fù)使用。管道內(nèi)吹掃裝置以空縮空氣為動力，經(jīng)過油水分離，利用干燥的空氣將噴砂除銹后管道內(nèi)殘存的磨料及內(nèi)表面吸附的粉塵吹掃干凈。接下來進行單根管道內(nèi)噴涂處理。該噴涂線的特點是離心式管道內(nèi)噴涂器的甩油杯轉(zhuǎn)速高，可適用于高黏度、高固體份及無溶劑類涂料的噴涂，提高涂層的一次成膜厚度，減少噴涂的遍數(shù)，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。涂料流量及噴涂速度均可無級調(diào)節(jié)，形成的涂膜厚度均勻，質(zhì)量穩(wěn)定。在管線連接過程中，所有帶有內(nèi)涂層的預(yù)制管道要進行對焊，但是管道內(nèi)壁對接處會有縫隙存在。并且考慮機械加工誤差的存在，在對接處還可能會存在微小錯邊，因此需要對接縫處進行修補處理，使得涂層是連續(xù)穩(wěn)定的涂層。

2 實施方法

2.1 管道預(yù)處理

在每個法蘭管預(yù)制焊接過程中，必須保證管道與法蘭的同軸度，即法蘭端面與管道軸線垂直，并且焊接過程裝卡可靠。法蘭焊接完成后打磨法蘭端面焊縫余高。對法蘭管的管道端口進行倒角處理，使得法蘭接口處在有錯位時沒有尖角，方便現(xiàn)場實施過程中進行管道接口處刮膠，保證內(nèi)涂層的連續(xù)一致。

管徑在DN400以下，選用內(nèi)噴砂除銹的方式。工作原理是以壓縮空氣為動力，以棕剛玉或鋼砂等為磨料，對管道內(nèi)壁表面進行噴射處理，從而達到除銹的目的，處理后表面清潔度達到Sa2.5級。

管道除銹完畢以后，用干燥潔凈的空氣進行吹掃，除掉管道內(nèi)壁的殘留物和灰塵。

2.2 管道噴涂

管道內(nèi)噴涂生產(chǎn)線主要由高速噴槍、計量供料裝置、行走裝置、控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。具體特征如下：

2.2.1 高速噴槍。高速噴槍由13m鋼質(zhì)槍管（內(nèi)走輸料管、壓縮空氣管），槍頭處有氣動馬達，甩油杯等組成。在噴涂過程中，噴頭的甩油杯高速旋轉(zhuǎn)，涂料經(jīng)甩油杯上的小孔高速噴涂在管內(nèi)壁上。

2.2.2 計量供料裝置。供料裝置主要由計量泵、伺服電機組成，涂料供應(yīng)是通過計量泵泵入噴涂機輸送管路系統(tǒng)。輸出量可以通過計量泵精確控制，并且根據(jù)工藝需要，涂料輸出量可以通過改變電機頻率實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。

2.2.3 噴涂機行走裝置。行走裝置主要由噴涂機小車、軌道、傳動裝置組成。噴涂機在運行過程中作直線往復(fù)運動，包括非工作行程和工作行程。在非工作行程中，噴涂機為直線快行，將噴槍桿快速穿入被噴管中，在臨運行到終點前，自動減速慢行，當噴槍頭到達指定位置時，小車自動停止。然后在噴涂的同時噴涂機頭小車帶動槍桿慢速后退到初始位置自動停車。在供料部分的涂料流量確定的情況下，工作行程的速度由需要噴涂的厚度確定。

2.2.4 電氣控制系統(tǒng)。該生產(chǎn)線的電氣控制，采用了目前較為先進的電子元件和電子設(shè)備，如可編程控制器PLC、變頻器、固態(tài)繼電器、報警器等。它們使各種動作的控制更加準確可靠，有力地提高了設(shè)備的使用性能和可靠性，同時使操作更加安全，維修更加快捷。

管道內(nèi)表面處理好的鋼管移送至內(nèi)噴涂平臺，兩端加裝端口非噴涂區(qū)的保護帶，啟動噴槍推進小車，行走至管道的末端，打開旋轉(zhuǎn)噴槍，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，啟動供料泵，并使推進小車后行，開始勻速噴涂，當旋轉(zhuǎn)噴槍即將退出管口時停止供料并關(guān)閉噴槍，結(jié)束噴涂，噴槍退至起始位置，將管道移離噴涂平臺后，可接著進行下一根管道的內(nèi)噴涂。

此生產(chǎn)線的主要特點：（1）可以實現(xiàn)連續(xù)自動噴涂；（2）生產(chǎn)效率高；（3）由于工藝需要，可以實現(xiàn)多遍噴涂；（4）低能耗、環(huán)保。

此管道內(nèi)壁噴涂生產(chǎn)線，不但使內(nèi)壁涂料質(zhì)量有比較明顯的改善，而且涂料損耗小，降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，是一種較先進的生產(chǎn)線。由于對整個涂層厚度可以比較精確的控制，且不會產(chǎn)生漏涂，大大提高了管道內(nèi)壁的防腐性能，可進一步提高整個管道的使用壽命。

2.3 管道接口修補

法蘭管現(xiàn)場安裝過程中，要嚴格保證兩對接法蘭管的同軸度，但是由于法蘭管的制造誤差，會造成法蘭管對接處有微小錯邊，并且由于法蘭管對接面上涂有粘接劑，在安裝夾緊過程中多余的粘接劑被擠壓出來，在環(huán)縫上有突起。考慮到管道傳輸介質(zhì)壓力高、流速大，錯邊就使得涂層有明顯的棱角，使涂層有邊界，并暴露在傳輸介質(zhì)中，因此使得管道內(nèi)涂層不完整連續(xù)，容易遭到破壞。粘接劑造成的換裝突起影響傳輸介質(zhì)的流動狀態(tài)，會消耗傳輸能量，因此要盡量避免。針對上述問題，研制出一套法蘭管對接處內(nèi)刮膠裝置。內(nèi)刮膠裝置包括推進裝置、支撐裝置、工作部位。此裝置能很好地解決問題，使得管道內(nèi)壁能夠順滑過度。

管道接口處內(nèi)刮膠完成后，需要進行噴涂補口，使得管道內(nèi)涂層連續(xù)一致。管道現(xiàn)場內(nèi)噴涂采用與刮膠操作一樣的推進裝置。以壓縮空氣為空氣動力，帶動甩油杯高速旋轉(zhuǎn)通過離心作用使涂料霧化，使涂料均勻的涂覆在管道內(nèi)壁，這種噴涂方式保證圖層沒有針孔。調(diào)節(jié)噴涂裝置的行走速度來保證涂層的厚度。

2.4 死口對接

所謂死口即為安裝管道的終端或者兩段長管線對接處。死口是一個關(guān)鍵的部位，在管道安裝中，如果處理不好死口處的涂層連續(xù)性，就會造成管道內(nèi)涂層不完整，因而管道腐蝕就有了突破口，從而使管道內(nèi)防腐措施失敗，在使用過程中連接處往往會被優(yōu)先腐蝕，造成泄漏和停工停產(chǎn)的損失。該方法包括以下步驟：（1）根據(jù)現(xiàn)場實際情況，準備長度合適的法蘭管作為終端管，在對接處安裝補管；（2）補償管兩側(cè)法蘭外圓面安裝鋼套，進行焊接固定；（3）注膠密封，進行外防腐。

在一種實施方案中，死口對接采用短管對接的方法：首先，加工帶有環(huán)形槽的法蘭以及補償管，其中兩段補償管帶有凸臺；其次，把帶有凸臺的補償管與法蘭粘接牢固，進行可靠定位，插入最后一段短管，粘接牢固；再次，在法蘭外圓面安裝鋼套，沿圓周方向焊接，與法蘭和補償環(huán)節(jié)之間形成一個密閉的空間；最后，由鋼套的注膠孔向空間內(nèi)注膠，注滿為止，然后密封注膠孔和通氣孔，進行外防腐。在另外一個實施方案中，死口對接采用波紋補償器進行操作：首先，將波紋補償器用螺紋連接的方式固定在兩側(cè)的法蘭上，利用密封面以及密封面之間的粘接劑進行密封；其次，在法蘭外圓面安裝鋼套，沿圓周方向焊接，與法蘭和補償環(huán)節(jié)之間形成一個密閉的空間；最后，由鋼套的注膠孔向空間內(nèi)注膠，注滿為止，然后密封注膠孔和通氣孔，進行外防腐。在焊接實施過程，由于焊接區(qū)域的溫度很高，熱量的輸入會破壞管道內(nèi)防腐層，因此焊接過程需要進行冷卻降溫處理，以使涂層不會遭到破壞。鋼套內(nèi)的填充膠選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、雙馬來酰胺樹脂、有機硅樹脂、烯丙基樹脂或其改性樹脂，優(yōu)選環(huán)氧樹脂。

3 結(jié)語

油氣管道的內(nèi)腐蝕一直是難題，也是一個很重要的問題，解決這個問題有著重要的意義。

預(yù)制內(nèi)涂層連續(xù)法蘭管（包括彎管），進行可靠的連接，進行焊接固定，焊接的過程進行水冷卻，保護內(nèi)涂層不受損傷。進行接口處刮膠，保證粘接劑進行順滑過度。進行現(xiàn)場內(nèi)噴涂，保證管道內(nèi)涂層整體連續(xù)。保證介質(zhì)的傳輸?shù)目煽堪踩?，避免管道?nèi)壁腐蝕，增加了管道的使用壽命。

參考文獻

[1] 焦如義，張瑛.天然氣長輸管道內(nèi)涂層應(yīng)用技術(shù)研究[J].油氣儲運，2001，（3）.

[2] 黃白.鉆桿內(nèi)涂層技術(shù)[J].油田地面工程，1989，（6）.

[3] 孫新宇.影響儲罐內(nèi)涂層施工質(zhì)量的原因[J].油氣儲運，2004，（3）.

[4] 王長宏.油氣管道的防腐及其應(yīng)用[J].機械，2011，（S1）.

[5] 聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.