鋼管涂塑設(shè)備涂塑方式的應(yīng)用與探討

肖會(huì)高 宋曉輝

摘 要：國內(nèi)鋼管涂塑設(shè)備涂塑方式各式各樣，每一種都有其優(yōu)缺點(diǎn)及局限性。論文目的：系統(tǒng)地介紹和探討各種涂塑方式優(yōu)缺點(diǎn)，并如何綜合應(yīng)用在鋼管涂塑設(shè)備中。天津友發(fā)管道科技股份有限公司現(xiàn)建有涂塑車間實(shí)驗(yàn)基地，擁有三條鋼管涂塑生產(chǎn)線，涵蓋國內(nèi)全部鋼管涂裝方式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：針對(duì)市場(chǎng)上不同要求涂塑鋼管，采用不同涂裝方式，可以最優(yōu)提高生產(chǎn)效率，保證涂塑鋼管質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)基地這項(xiàng)研究填補(bǔ)了國內(nèi)涂裝設(shè)備設(shè)計(jì)——鋼管涂塑設(shè)備涂塑方式設(shè)計(jì)的空白。

關(guān)鍵詞：鋼管涂塑設(shè)備；涂塑方式；涂塑鋼管

目前國內(nèi)鋼管涂塑工藝不是很成熟，導(dǎo)致設(shè)備也存在一定的局限性，但現(xiàn)在客戶對(duì)涂塑鋼管產(chǎn)品要求越來越高。現(xiàn)在國內(nèi)這方面存在知識(shí)空白，文獻(xiàn)資料上找不到鋼管涂塑設(shè)備涂塑方式設(shè)計(jì)的依據(jù)。

現(xiàn)在天津友發(fā)管道科技股份有限公司涂塑車間已建成鋼管涂塑實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)基地，生產(chǎn)線涵蓋國內(nèi)全部鋼管涂裝方式。目前，友發(fā)涂塑鋼管在國內(nèi)涂塑鋼管領(lǐng)域起到先鋒作用。天津友發(fā)管道科技股份有限公司年產(chǎn)鋼塑復(fù)合管為18.5萬噸，在國內(nèi)年產(chǎn)量最大企業(yè)之一。

1 涂塑方式簡(jiǎn)介

1.1 涂塑方式綜述

鋼管涂塑設(shè)備涂裝方式分為兩類：內(nèi)涂外涂同時(shí)進(jìn)行；內(nèi)涂外涂單獨(dú)進(jìn)行。工藝涂裝方式也分為兩類：先內(nèi)涂，后外涂；先外涂，后內(nèi)涂。內(nèi)涂方式有五類：井涂，無靜電槍加長(zhǎng)桿噴涂，無靜電粉泵推拉桿噴涂，扣粉和真空吸涂。外涂方式有四類：井涂，靜電噴涂，流化床浸涂和瀑布淋涂。內(nèi)涂外涂同時(shí)進(jìn)行大部分為兩種：井涂（內(nèi)涂和外涂）和流化床浸涂（外浸涂，內(nèi)無靜電粉泵推拉桿噴涂）方式。

1.2 井涂

內(nèi)涂外涂同時(shí)進(jìn)行的井涂方式（內(nèi)涂和外涂）為90年代引入中國的基本形式，現(xiàn)在大部分已淘汰，局部地方有些還在應(yīng)用，但基本是應(yīng)用在穿線管涂塑，內(nèi)外多為PE粉末。這種形式由于要用到流化井，需在廠房?jī)?nèi)挖深井，一般超過鋼管通常規(guī)格6米，挖8.5米深井，井里入上500豪米處布置流化板或流化布，流化布一般布置16層。在井邊增加高塔，下面配置高速卷揚(yáng)機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)線速度達(dá)120米/分鐘。對(duì)于過重鋼管和大規(guī)格鋼管DN500——DN800，卷揚(yáng)機(jī)線速度為90米/分鐘。卷揚(yáng)機(jī)速度過慢，鋼管浸入流化井時(shí)間過長(zhǎng)，鋼管上下端涂層厚度差大。這種方式在流化板或流化布下面，需要通入壓縮空氣，使井內(nèi)的粉末形成流化狀態(tài)。鋼管在浸入流化井時(shí)，由于鋼管下端先進(jìn)后出，導(dǎo)致鋼管涂層下端厚，上端薄。生產(chǎn)率快，基本一根鋼管涂塑在10秒鐘左右。在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)PE穿線管涂塑鋼管，鋼管上端和下端粉末涂層相差達(dá)300微米?，F(xiàn)在市場(chǎng)價(jià)格，PE粉末為15000元/噸，這種方式粉末浪費(fèi)較大，所以遭到淘汰。在生產(chǎn)操作中，操作工需系上安全帶，防止人員掉入流化井內(nèi)，造成特大安全事故。

1.3 流化床浸涂

流化床浸涂（外浸涂，內(nèi)無靜電粉泵推拉桿噴涂）方式目前還比較普遍。主要應(yīng)用在外涂PE，內(nèi)涂PE或EP粉末。外涂EP不建議采用這種方式。這種方式跟井涂有點(diǎn)相似。流化床一般制作8.5米長(zhǎng)，針對(duì)于6米鋼管。設(shè)計(jì)流化床過短，粉末容易從兩流化床兩端溢出，造成浪費(fèi)。針對(duì)于12米鋼管橫涂，流化床需制作14.5米長(zhǎng)。這種方式涂層均勻度相比井涂要均勻。缺點(diǎn)是粉末在鋼管外壁上容易出現(xiàn)波浪紋，導(dǎo)致外觀不漂亮。

無靜電粉泵推拉桿式噴涂缺點(diǎn)是因?yàn)閮?nèi)噴桿在鋼管內(nèi)面，人員在外面看不到內(nèi)噴槍桿的出粉效果。當(dāng)內(nèi)噴槍桿出現(xiàn)故障，不噴粉，導(dǎo)致內(nèi)涂層缺失，出現(xiàn)廢品機(jī)率較高。粉泵的工作原理是采用壓縮空氣對(duì)粉泵形成近真空狀態(tài)，流化箱粉末在大氣壓的作用下源源流入粉泵，經(jīng)內(nèi)噴桿流出，在鋼管內(nèi)面形成噴涂涂層。現(xiàn)在這種方式主要應(yīng)用在鋼管外涂PE粉末情況下。

1.4 靜電槍噴涂和靜電槍加長(zhǎng)桿噴涂

外涂PE粉末主要用無靜電粉泵推拉桿式方法，外涂EP粉末現(xiàn)大多采用靜電槍噴涂。靜電槍噴涂由于噴涂時(shí)，粉末在靜電發(fā)生器作用下，產(chǎn)生靜電使粉末吸附在鋼管上。涂層致密，質(zhì)量可靠，這種方式是目前最首選的涂裝方式。但這種方式，要求配置粉末回收系統(tǒng)，使過噴的粉末進(jìn)行收集。靜電槍加長(zhǎng)桿噴涂是在前者基礎(chǔ)上加上長(zhǎng)桿，主要用于內(nèi)涂，深入到鋼管里面，才能噴上粉末。

1.5 瀑布淋涂

相對(duì)說井涂和流化床浸涂，環(huán)保設(shè)施相對(duì)投資大。這種方式操作性強(qiáng)，設(shè)備形成自動(dòng)化也相當(dāng)好實(shí)現(xiàn)。瀑布淋涂方式大部分應(yīng)用在大口徑涂塑鋼管，針對(duì)于DN500以上涂塑鋼管涂裝PE粉末。這種方式最大的缺點(diǎn)就是環(huán)保設(shè)施很難制作，整個(gè)噴涂區(qū)域污染大。瀑布淋涂槽制作與鋼管長(zhǎng)度一致或略長(zhǎng)，鋼管在瀑布淋涂槽下面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。整根鋼管經(jīng)常發(fā)生因?yàn)槠俨挤勰┎痪鶆?，淋涂在鋼管上的粉末也不均勻。雖然可以對(duì)瀑布粉末均勻度進(jìn)行控制，但收到的實(shí)際效果還是很差?，F(xiàn)在這種方式唯一的解決方案是，制作1米或1.5米瀑布箱，鋼管既在瀑布箱下面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，也可以沿著瀑布箱縱向進(jìn)行行進(jìn)。以規(guī)避鋼管涂層不均的情況發(fā)生。目前對(duì)于大口徑涂裝PE粉末還是采用這種方法居多，也比較實(shí)用。

2 涂裝工藝

2.1 涂裝工藝現(xiàn)狀問題

因?yàn)镻E粉末涂裝，鋼管預(yù)熱溫度高達(dá)300℃。而EP粉末涂裝，鋼管預(yù)熱溫度在200℃。固化溫度，EP和PE粉末都在200℃。當(dāng)然根據(jù)粉末調(diào)質(zhì)不同，鋼管預(yù)熱溫度略微有些變化。PE粉末在固化中發(fā)生的是物理變化，可以反復(fù)加熱熔化固化。EP粉末在固化中發(fā)生的是化學(xué)變化，固化后不可逆，沒辦法進(jìn)行修補(bǔ)。在涂塑鋼管PE中，由于溫度很高，只能進(jìn)行內(nèi)外同時(shí)涂裝。所以生產(chǎn)線在預(yù)熱爐與表干爐設(shè)置內(nèi)涂機(jī)構(gòu)和內(nèi)外涂機(jī)構(gòu)，內(nèi)涂扣粉系統(tǒng)、內(nèi)涂推拉桿式噴涂系統(tǒng)與流化床式浸涂PE粉末。內(nèi)涂各種方式都可以針對(duì)于客戶各種要求，靈活選定涂裝方式。

生產(chǎn)線平面表干爐與橋式固化爐之間為鋼管外涂。在平面表干爐與橋式固化爐之間設(shè)置接駁裝置，為頂升平移裝置，使鋼管從平面表干爐到鋼管外涂形成接駁。涂裝方式上小口徑管DN15——DN300采用的是鋼管旋轉(zhuǎn)，兩端為夾緊旋轉(zhuǎn)座，靜電噴粉槍往復(fù)沿著鋼管縱向平移，進(jìn)行噴粉作業(yè)，完成鋼管外涂工序。大口徑鋼管DN15——DN500口徑采用的是鋼管不旋轉(zhuǎn)，外涂噴粉箱帶著靜電噴粉槍，實(shí)行往復(fù)搖擺，并沿著鋼管縱向行走，完成噴粉作業(yè)。小口徑鋼管DN15——DN100管口略進(jìn)行人工補(bǔ)噴粉，固化后的管口外觀質(zhì)量可以達(dá)到要求。大口徑鋼管DN100——DN500如果采用夾緊座夾緊鋼管旋轉(zhuǎn)，管口勢(shì)必形成粉末旋轉(zhuǎn)裝，固化后的管口質(zhì)量不美觀。所以宜采用鋼管不旋轉(zhuǎn)，噴槍搖擺縱向行走噴涂方式。由于鋼管直接懸掛在橋式固化爐上，鋼管管口沒有夾緊座，外噴后直接進(jìn)入固化爐，固化后管口外觀質(zhì)量漂亮。在20年前，因?yàn)椴荒芙鉀Q噴槍搖擺問題，不能解決鋼管外涂粉末均勻問題，這種鋼管不轉(zhuǎn)直接噴涂方式得以取消。近10年，國內(nèi)大多數(shù)鋼管外涂方式為鋼管采用夾緊座旋轉(zhuǎn)，靜電噴粉槍沿鋼管縱向行走噴涂方式。這種方式對(duì)于涂塑鋼管管口質(zhì)量問題，還是很難處理掉。由于存在噴槍搖擺機(jī)構(gòu)，使鋼管外涂涂層均勻度得到提高。鋼管與噴槍相對(duì)位置必須存在旋轉(zhuǎn)和縱向行走動(dòng)作，鋼管才能噴粉均勻。

2.2 涂裝方式研究

鋼管涂塑設(shè)備涂裝方式DN15-DN100鋼管涂裝內(nèi)外環(huán)氧樹脂EP粉末，選擇先內(nèi)涂，后外涂。內(nèi)涂采用扣粉方式，外涂采用靜電槍噴涂。DN15-DN300鋼管涂裝內(nèi)外聚乙烯PE粉末，宜采用內(nèi)外近似同時(shí)涂裝，先內(nèi)扣粉后外流化床浸涂。DN15-DN300鋼管涂裝內(nèi)環(huán)氧樹脂EP粉末，外聚乙烯PE粉末，宜采用內(nèi)外近似同時(shí)涂裝，先外流化床浸涂，后內(nèi)扣粉。DN15-DN300鋼管涂裝外環(huán)氧樹脂EP粉末，內(nèi)聚乙烯PE粉末，這種情況基本沒有。

鋼管涂塑設(shè)備涂裝方式DN300-DN500鋼管涂裝內(nèi)外環(huán)氧樹脂EP粉末，選擇先內(nèi)涂，后外涂。內(nèi)涂采用扣粉方式，外涂采用靜電槍噴涂。DN300-DN500鋼管涂裝內(nèi)外聚乙烯PE粉末，宜采用內(nèi)外近似同時(shí)涂裝，先內(nèi)扣粉后外流化床浸涂。DN300-DN500鋼管涂裝內(nèi)環(huán)氧樹脂EP粉末，外聚乙烯PE粉末，宜采用內(nèi)外近似同時(shí)涂裝，先外流化床浸涂，后內(nèi)無靜電粉泵推拉桿噴涂。DN300-DN500鋼管涂裝外環(huán)氧樹脂EP粉末，內(nèi)聚乙烯PE粉末，這種情況基本沒有。

鋼管涂塑設(shè)備涂裝方式DN500以上鋼管涂裝內(nèi)外環(huán)氧樹脂EP粉末，選擇先內(nèi)涂，后外涂。內(nèi)涂采用扣粉方式，外涂采用靜電槍噴涂。DN500以上鋼管涂裝內(nèi)外聚乙烯PE粉末，宜采用內(nèi)外近似同時(shí)涂裝，先內(nèi)扣粉后外瀑布箱淋涂，鋼管旋轉(zhuǎn)并沿瀑布箱縱向行進(jìn)。DN500以上鋼管涂裝內(nèi)環(huán)氧樹脂EP粉末，外聚乙烯PE粉末，宜采用內(nèi)外近似同時(shí)涂裝，先外瀑布箱淋涂，鋼管旋轉(zhuǎn)并沿瀑布箱縱向行進(jìn)，后內(nèi)扣粉。DN500以上鋼管涂裝外環(huán)氧樹脂EP粉末，內(nèi)聚乙烯PE粉末，這種情況基本沒有。

3 生產(chǎn)現(xiàn)狀

天津友發(fā)管道科技股份有限公司現(xiàn)建有涂塑車間實(shí)驗(yàn)基地，實(shí)驗(yàn)基地二線生產(chǎn)可以生產(chǎn)DN15——DN100內(nèi)外涂EP，內(nèi)外涂PE，也可以生產(chǎn)內(nèi)涂PE，外涂EP。實(shí)驗(yàn)基地一線可以生產(chǎn)DN15——DN500內(nèi)外涂PE，內(nèi)涂EP外涂PE，內(nèi)涂PE外涂EP?？梢愿采w市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種涂裝要求。實(shí)驗(yàn)基地三線為大口徑12米鋼管涂裝，DN300以上鋼管涂裝。涂裝方式，二線設(shè)置內(nèi)扣粉，外靜電噴涂；一線設(shè)置內(nèi)扣粉，內(nèi)無靜電粉泵推拉桿式噴涂，外流化床浸涂，外鋼管固定式靜電噴涂；也在二線設(shè)置內(nèi)外同時(shí)井涂，但現(xiàn)在基本不再采用這種方式涂裝；三線設(shè)置內(nèi)扣粉，外靜電噴涂，外瀑布箱1.5米長(zhǎng)淋涂，鋼管旋轉(zhuǎn)并沿外瀑布箱縱向進(jìn)退淋涂。

鋼管涂塑設(shè)備加工工藝流程為：前處理后鋼管上件——預(yù)熱——內(nèi)涂——表干——接駁——外涂——固化。生產(chǎn)內(nèi)外EP涂塑鋼管，工件鋼管預(yù)熱后，內(nèi)涂扣上EP粉末，進(jìn)入表干爐。加熱溫度預(yù)熱溫度為200℃，表干溫度為200℃。鋼管內(nèi)涂時(shí)支承點(diǎn)在鋼管外表面，等內(nèi)涂粉末表干后，內(nèi)表面層硬化，再進(jìn)行外涂。外涂支承點(diǎn)在已硬化的鋼管內(nèi)面，從而達(dá)到鋼管內(nèi)外沒有工藝支點(diǎn)。然后，整根鋼管進(jìn)入固化爐固化，固化溫度為200℃，完成整個(gè)涂裝工藝。生產(chǎn)內(nèi)PE，外EP涂塑鋼管時(shí)。工件鋼管預(yù)熱300℃，進(jìn)行內(nèi)扣PE粉，表干溫度為200℃，也正好是鋼管外涂EP粉的預(yù)熱溫度，表干后的鋼管進(jìn)行外涂EP，固化，完成整個(gè)涂裝工藝。生產(chǎn)內(nèi)外PE管時(shí)，三段式爐體不用啟動(dòng)固化爐。鋼管預(yù)熱300℃，進(jìn)入流化床外涂，內(nèi)噴槍同時(shí)內(nèi)涂系統(tǒng)。內(nèi)外涂裝后的鋼管，直接架在鏈條上，使鋼管外表面形成支點(diǎn)。由于PE粉末在硬化后，發(fā)生的是物體變化，沒有變性。固化后的PE外涂層支點(diǎn)，用火槍烤熔，加點(diǎn)PE粉修補(bǔ)，再用火槍固化，就能達(dá)到產(chǎn)品涂層性能。生產(chǎn)內(nèi)EP，外PE時(shí)，直接預(yù)熱300℃，涂上外PE層，等冷卻到200℃時(shí)，再扣上內(nèi)涂層EP粉末，涂上粉末的鋼管架在鏈條上進(jìn)入固化爐固化。固化后鋼管外涂層PE有支點(diǎn)，人工可以修補(bǔ)。

鋼管PE粉末和EP粉末固化溫度是200℃，需15分鐘。鋼管PE粉末和EP粉末固化溫度是180℃，需20分鐘。在實(shí)際生產(chǎn)中，表干爐溫度以EP粉末的預(yù)熱溫度為準(zhǔn)，溫度為160℃左右，低于粉末固化溫度180℃。內(nèi)涂層在表干爐內(nèi)不會(huì)變性，只是表面干透，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。所以也不用擔(dān)心，內(nèi)涂層經(jīng)表干爐，再經(jīng)固化爐固化，固化時(shí)間過長(zhǎng)而導(dǎo)致內(nèi)涂層老化的問題。

加熱用能源方面，宜采用天然氣供熱，由天然氣燃燒機(jī)配置熱循環(huán)風(fēng)機(jī)，把熱交換室內(nèi)的熱量源源打入到預(yù)熱爐，表干爐和固化爐內(nèi)。不建議采用中頻感應(yīng)圈加熱方式。一為耗電量大，生產(chǎn)成本高。二為鋼管涂裝前端后端不一致，涂層不均勻，質(zhì)量難以控制。

目前國內(nèi)涂裝設(shè)備大致主體思路，工藝涂裝方式基本是先內(nèi)涂，后外涂方式，這種方式存在很多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于將來研究出來不用固化的EP環(huán)氧粉末和不用固化的PE聚乙烯粉末，是一個(gè)很好的方案。先外涂，后內(nèi)涂方式國內(nèi)基本沒有，目前還在考究階段，這是將來本行業(yè)研究的另一個(gè)方向。

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