涂塑復(fù)合鋼管防腐工藝在東山供水工程中的應(yīng)用

朱 勇

（山西省水利建筑工程局有限公司山西太原030006）

0 引言

山西省東山供水工程的施工過程中，采用了一種新型鋼管防腐工藝，這種新型的防腐工藝是以鋼管為主體采用內(nèi)涂熔結(jié)環(huán)氧、外涂熱熔乙烯在鋼管的內(nèi)、外表面形成有效的防護(hù)層，通過對(duì)內(nèi)外涂層厚度的精準(zhǔn)把控，防腐質(zhì)量得到保障，從而達(dá)到鋼管防腐的目的；光滑的內(nèi)壁涂層減小了輸送介質(zhì)與管壁的摩擦阻力，降低了能源消耗；內(nèi)外涂層的耐沖擊性、耐腐蝕性和抗銹蝕起垢等性能優(yōu)于其他防腐工藝，延長(zhǎng)了管道的使用壽命，減少了后期管道維修。

東山供水工程工程是大水網(wǎng)工程之一，工程取水水源的兩條支線共布置三個(gè)泵站，根據(jù)泵站出水池前后管線地形起伏變化大的特點(diǎn)，均采用了鋼管。壓力鋼管防腐質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到工程的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，故本工程選擇高質(zhì)量的防腐工藝非常必要。

1 工藝特點(diǎn)

該鋼管防腐工藝具有以下特點(diǎn)。

1.1 縮短工期

傳統(tǒng)防腐工藝（石油瀝青涂料、環(huán)氧煤瀝青涂料等）對(duì)環(huán)境溫度及固化時(shí)間有嚴(yán)格要求，即環(huán)氧煤瀝青要求在25℃環(huán)境下每道漆表干要4 h，實(shí)干要16 h，氣溫越低固化干燥時(shí)間也越長(zhǎng)，而且下層干透后才能進(jìn)行上層防腐施工，難以大規(guī)模機(jī)械化涂覆。與傳統(tǒng)防腐工藝相比較，這種新型防腐工藝受氣候、溫度影響較小，占用場(chǎng)地小，固化時(shí)間短，適合大規(guī)模管道防腐施工，實(shí)現(xiàn)了同步涂覆、同步固化一次性成膜，內(nèi)外表面同時(shí)進(jìn)行涂覆不僅大大減少了噴涂時(shí)間，提高了工作效率，并且涂覆過程中，鋼管在內(nèi)外涂層的同時(shí)包裹下，減少了熱量的散失，充分利用了鋼管中的潛熱，大大提高了熱效率，同時(shí)也進(jìn)一步縮短了鋼管防腐的工期。

1.2 保證質(zhì)量

傳統(tǒng)防腐工藝受材料及施工人為因素影響大，新型涂塑復(fù)合鋼管防腐工藝則在大規(guī)模施工前就可以調(diào)整好內(nèi)外壁涂層的厚度，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，掌控鋼管內(nèi)外涂層厚度，達(dá)到防腐要求，涂層一次完成無(wú)接縫，滲透率低，因介質(zhì)不會(huì)與鋼管接觸，形不成微電池，不易產(chǎn)生氧化腐蝕，且固化后可以通過相應(yīng)的檢測(cè)來檢驗(yàn)鋼管的防腐質(zhì)量。經(jīng)過這種防腐工藝施工的鋼管管壁光潔，流體阻力小、內(nèi)壁不易結(jié)垢、涂層附著力強(qiáng)且衛(wèi)生安全，對(duì)水質(zhì)無(wú)影響，輸送水源可達(dá)到涉及飲用水衛(wèi)生許可的要求。

2 適用范圍

新型涂塑復(fù)合鋼管防腐工藝適用于DN（80 ～2 800 mm），單根長(zhǎng)度:6 m＜l＜12 m，工作溫度-20℃～80℃，壓力＜6.4 MPa 的單根鋼管防腐。采用這種防腐工藝的鋼管可以應(yīng)用于城市供、排水管網(wǎng)和遠(yuǎn)距離輸送各種水質(zhì)的水體（污水、中水）。

3 工藝原理

將檢驗(yàn)合格的鋼管在噴砂除銹車間進(jìn)行表面清理、除銹，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》（GB8923）的規(guī)定，其中乙烯類Sa2.5 級(jí)、環(huán)氧類要求達(dá)到Sa2.0 級(jí)。噴砂后要求錨紋深度：乙烯類涂層達(dá)到70～90 μm，環(huán)氧類涂層達(dá)到40～70μm。

除銹清理結(jié)束后，鋼管內(nèi)、外壁呈現(xiàn)原始金屬光澤，表面光滑無(wú)坑洞后，用干燥的壓縮空氣對(duì)其進(jìn)行清掃，表面無(wú)異物后進(jìn)入涂塑車間通過中頻加熱方式對(duì)管件進(jìn)行整體加熱（不同廠家的內(nèi)外防腐材料對(duì)鋼管的加熱溫度有具體要求），鋼管從內(nèi)部開始升溫，當(dāng)各部位加熱溫度應(yīng)均勻一致，溫差控制在±5℃之內(nèi)時(shí)，管內(nèi)、外噴槍將防腐材料粉末噴出，粉末在高溫的作用下熔結(jié)在鋼管內(nèi)、外壁上。通過控制鋼管在設(shè)備上的轉(zhuǎn)速及內(nèi)、外壁噴槍在鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘的噴射量，來控制內(nèi)、外壁涂層的厚度，防腐材料按設(shè)計(jì)要求均勻涂覆后，利用鋼管潛熱即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外壁涂層的同時(shí)固化，一次性成膜，在鋼管的內(nèi)、外表面形成有效的防護(hù)層，以此來達(dá)到對(duì)鋼管防腐的目的。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 涂塑復(fù)合鋼管防腐工藝流程

焊接好的原材料修磨→噴砂除銹→檢驗(yàn)→鋼管空氣清潔→中頻加熱鋼管→外表面噴涂聚乙烯粉末→內(nèi)表面噴涂環(huán)氧樹脂粉末→冷卻固化→涂層檢測(cè)。

防腐工藝流程見圖1。

圖1 防腐工藝流程圖

4.2 操作要點(diǎn)

1）修磨

打磨工具選用砂輪機(jī)、角磨機(jī)及相配套的砂輪片，要求砂輪片的硬度及粒度符合打磨鋼管焊縫的要求，另外有除銹鐵刷、粗紗帶、氣動(dòng)銑刀、鋼銼等。

法蘭（快速接頭）管焊口內(nèi)側(cè)焊縫，要求打磨光滑，無(wú)棱角及明顯凸凹。打磨后的焊縫全部要求是圓滑過渡，達(dá)到涂覆要求。

鋼管對(duì)接內(nèi)側(cè)焊縫，要求修磨成平滑狀，并無(wú)棱角存在。大口徑管用砂輪機(jī)修磨，部分小口徑管必要時(shí)采用氣動(dòng)銑刀或平銼、圓銼手工修磨。對(duì)于有探傷要求的管子組對(duì)前，接口端部20 mm 左右范圍內(nèi)外壁均需打磨出金屬光澤面。

2）噴砂除銹

加壓式干噴射處理（磨料為鋼丸）工藝指標(biāo)：磨料粒度標(biāo)準(zhǔn)，全部通過1.4 mm 篩孔，不通過0.5 mm 篩孔，0.85 mm 篩孔余量不大于15%。噴咀入口處最小空氣壓力0.5 Mpa。噴嘴最小直徑5 mm。噴射角度30°～75°。噴射距離為80～200 mm。

除銹質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》（GB8923）的規(guī)定，其中乙烯類Sa2.5級(jí)、環(huán)氧類要求達(dá)到Sa2.0 級(jí)。噴砂后要求錨紋深度：乙烯類涂層達(dá)到70～90 μm，環(huán)氧類涂層達(dá)到40～70 μm。

噴砂處理后的鋼材表面避免用濕手或其它受潮物體觸摸。噴砂后的鋼管或容器用干燥的壓縮空氣進(jìn)行吹掃，清去內(nèi)部灰塵及殘余鋼砂。噴砂處理后的鋼件應(yīng)及時(shí)進(jìn)爐加熱升溫，在常溫下放置時(shí)間不超過24 h，以免鋼件表面受潮生銹。

3）檢驗(yàn)

對(duì)噴砂處理后的鋼管進(jìn)行外觀檢驗(yàn)合格后即可使用高壓氣體對(duì)鋼管內(nèi)外壁進(jìn)行清理，保證涂覆前管體無(wú)異物。

4）涂覆

工件加熱：噴砂處理后的鋼管在沒有返潮生銹的情況下，用壓縮空氣吹掃后，進(jìn)加熱爐進(jìn)行加熱。根據(jù)涂層厚度、規(guī)格、涂層類別及所用涂料試驗(yàn)后的指標(biāo)，選擇加熱爐（包括中頻加熱）的類型及加熱溫度。被涂覆的工件各部位加熱溫度應(yīng)均勻一致，溫差控制在±5℃之內(nèi)。涂覆溫度按涂料生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)或?qū)嶒?yàn)溫度執(zhí)行。

小車速度與供粉量測(cè)定：先測(cè)供粉量，即在給定壓力下，每分鐘噴槍噴出粉末的數(shù)量A公斤。根據(jù)管徑D（內(nèi)徑或外徑）、涂層厚度E，以及已測(cè)定的出粉量A，來測(cè)定小車行駛速度，即每分鐘噴槍噴出的粉末數(shù)量A，每米鋼管內(nèi)（或外）表面積所需的粉末數(shù)量B，則小車速度X=A/B（乙烯類B=3.14D×E×0.93，環(huán)氧類為B=3.14D×E×1.6 kg）。

涂覆時(shí)，要求一次噴涂達(dá)到規(guī)定厚度。批量生產(chǎn)應(yīng)先調(diào)好車速和出粉量試噴一件，待質(zhì)檢員檢查厚度合格后再繼續(xù)生產(chǎn)。涂覆溫度一定控制在該批粉料所需涂覆溫度指標(biāo)之內(nèi)，保證涂層附著力符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。遇到大型管件，在噴涂小車及臺(tái)架不能使用情況下，環(huán)氧類用噴槍直接噴涂，噴涂時(shí)一定要控制供粉量，均勻涂覆，條件許可時(shí)，盡量旋轉(zhuǎn)被涂覆工件。

5）冷卻固化

涂覆后的鋼管，中頻加熱的環(huán)氧類產(chǎn)品，涂覆過程中利用鋼管潛熱可自然固化，不需再重新固化。

6）涂層檢測(cè)

對(duì)防腐完畢的鋼管逐個(gè)進(jìn)行檢查，內(nèi)外表面應(yīng)光滑平整、無(wú)裂紋、無(wú)氣泡，涂層兩端坡角處粘接緊密，平齊，無(wú)漏涂面積。涂層厚度用磁性測(cè)厚儀檢查，膜厚應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

7）標(biāo)識(shí)入庫(kù)

同一批內(nèi)外防腐完成的鋼管檢驗(yàn)合格后，在管體噴涂相應(yīng)標(biāo)識(shí)，以便在日后管道施工中方便記錄。

5 材料與設(shè)備

5.1 涂塑復(fù)合鋼管防腐工藝使用材料

1）聚乙烯粉末

聚乙烯粉末涂料，是熱塑性粉末涂料的一種，是以PE 樹脂為主要原料，另外添加一定的助劑、顏料、填料經(jīng)一定的工藝而制成的一種粉末涂料，涂膜具有優(yōu)良的耐酸、堿、鹽等化學(xué)藥品性，電器絕緣性能和耐低溫性能，并有一定的機(jī)械強(qiáng)度和撓曲性，價(jià)格一般來說比較低廉，適用于厚涂；同時(shí)，涂層平坦、光滑、豐滿、無(wú)毒、無(wú)污染，是一種省資源、省能源的涂料。目前，主要用作家用電器、日常用品、醫(yī)療器械、輕工、化工設(shè)備等外殼及零部件的裝飾、防腐及絕緣涂層。

用于外表面涂敷的聚乙烯粉末，其性能應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 聚乙烯粉末性能指標(biāo)

2）環(huán)氧樹脂粉末

環(huán)氧粉末是一種熱固性、無(wú)毒涂料，固化后形成高分子量交聯(lián)結(jié)構(gòu)涂層，具有優(yōu)良的化學(xué)防腐性能和較高的機(jī)械性能，尤其耐磨性和附著力最佳。該涂料為100%固體，無(wú)溶劑，無(wú)污染，粉末利用率可達(dá)95%以上，是埋地鋼質(zhì)管道的優(yōu)質(zhì)防腐涂料。

注：環(huán)氧樹脂粉末和聚乙烯粉末的檢驗(yàn)除衛(wèi)生安全性能一項(xiàng)外，其余各項(xiàng)由粉末生產(chǎn)廠家按每個(gè)生產(chǎn)批號(hào)進(jìn)行檢驗(yàn)，并向涂塑鋼管生產(chǎn)廠提交檢驗(yàn)報(bào)告。衛(wèi)生安全性能的檢驗(yàn)由國(guó)家指定檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按粉末牌號(hào)進(jìn)行檢驗(yàn)。

用于內(nèi)表面涂敷的環(huán)氧樹脂粉末，其性能應(yīng)符合表2 的規(guī)定。

表2 環(huán)氧樹脂粉末性能指標(biāo)

5.2 涂塑復(fù)合鋼管防腐工藝設(shè)備引進(jìn)說明

本工程原設(shè)計(jì)壓力管線全長(zhǎng)4.5 km，鋼管直徑采用DN1800，壓力鋼管總計(jì)約3 850 t，經(jīng)對(duì)壓力鋼管防腐形式進(jìn)行優(yōu)化，變更為直徑DN1600，壁厚14 mm。由原傳統(tǒng)工藝防腐鋼管優(yōu)化為涂塑復(fù)合鋼管，結(jié)合該標(biāo)段鋼板的訂貨情況以及鋼管生產(chǎn)的實(shí)際情況，將鋼管防腐生產(chǎn)線設(shè)在了長(zhǎng)治合作工廠。生產(chǎn)線布置圖見圖2。

圖2 生產(chǎn)線布置圖

1）內(nèi)噴砂生產(chǎn)線

內(nèi)噴砂生產(chǎn)線設(shè)備組成有固定收砂室、活動(dòng)收砂室、轉(zhuǎn)管臺(tái)車、槍桿及槍桿臺(tái)車、膠管拖鏈、振動(dòng)篩、輸砂機(jī)、提砂機(jī)、噴砂機(jī)、除塵器及電控系統(tǒng)。生產(chǎn)線總長(zhǎng)度32 m，寬度4 m。附帶管件打砂房設(shè)備長(zhǎng)度總量為36 m。布置在車間北部，中心線距車間墻面5 m，長(zhǎng)度方向占用車間9 軸～14 軸之間。設(shè)備安裝需制作提砂機(jī)地基兩處，深度800 mm。除塵器排塵口用風(fēng)筒引致車間外部，風(fēng)筒高度3.5～4 m，安裝時(shí)風(fēng)筒穿墻位置打洞或盡量靠近窗口。生產(chǎn)線設(shè)備總功率約50 kW·h。

2）外拋丸生產(chǎn)線

外拋丸生產(chǎn)線設(shè)備組成有輸送輥道兩組、拋丸收砂室、提砂機(jī)、除塵器及電控系統(tǒng)。生產(chǎn)線總長(zhǎng)度30 m，寬度5 m。布置在車間北部，中心線距車間墻面5 m，長(zhǎng)度方向占用車間5 軸～9 軸之間。設(shè)備安裝需制作收砂室、提砂機(jī)及輥道電機(jī)安裝地基三處，深度1 800 mm /760 mm。除塵器排塵口用風(fēng)筒引致車間外部，風(fēng)筒高度3.5～4 m，安裝時(shí)風(fēng)筒穿墻位置打洞或盡量靠近窗口。生產(chǎn)線設(shè)備總功率約130 kW·h。

3）涂覆生產(chǎn)線

涂覆生產(chǎn)線設(shè)備組成有供粉臺(tái)車、內(nèi)供粉系統(tǒng)、鋼管輸送臺(tái)車、外涂架體、外涂供粉系統(tǒng)、加熱電源、除塵器及電氣控制系統(tǒng)。布置在車間北跨南部，中心線距立柱中心4 m，長(zhǎng)度方向占用車間1 軸～9 軸之間。設(shè)備安裝需制作乙烯涂料收集地坑一個(gè)，深度1 300 mm。除塵器主要排除乙烯涂覆時(shí)產(chǎn)生的少量煙氣，排塵口不設(shè)風(fēng)筒。生產(chǎn)線設(shè)備總功率300～400 kW·h。

4）氣源

該生產(chǎn)需配備10 m3/min 螺桿空壓機(jī)兩臺(tái)及儲(chǔ)氣罐一個(gè)，安裝位置在車間西墻1 軸～2 軸之間，設(shè)備總功率110 kW·h。氣源系統(tǒng)占地約40 m2。

6 質(zhì)量控制

6.1 防腐工藝遵循的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

涂層質(zhì)量要求：外觀表面應(yīng)光滑、致密、均勻、無(wú)氣泡。涂層厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在涂覆管件的兩端，涂層厚度應(yīng)均勻。針孔檢測(cè)電壓為每微米厚涂層5 V。用電火花檢測(cè)儀全面檢查涂層，不得有火花現(xiàn)象。該工藝執(zhí)行CJ/T120-2008、SY/T0315-2005、SY/T0442-97等相關(guān)國(guó)內(nèi)外管道防腐標(biāo)準(zhǔn)，其它項(xiàng)要求執(zhí)行相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)。

6.2 關(guān)鍵工序的質(zhì)量要求及保證措施

環(huán)氧類噴涂：要求噴粉壓力為5 kg，稀釋氣壓力為0.5 kg，單只噴槍出粉量為0.3～0.4 kg/min，出粉均勻。根據(jù)工藝單要求的涂層厚度，調(diào)節(jié)小車行駛速度及供粉量，使粉料均勻涂覆在工件表面。乙烯類噴涂：根據(jù)涂層厚度要求調(diào)節(jié)送粉小車速度與出粉量，使涂料均勻的涂覆在工件表面。

管件逐個(gè)檢查，內(nèi)外表面應(yīng)光滑平整、無(wú)裂紋、無(wú)氣泡，涂層兩端坡角處粘接緊密，平齊，無(wú)漏涂面積。涂層厚度用磁性測(cè)厚儀檢查，膜厚應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

7 結(jié)論與建議

新型涂塑復(fù)合鋼管防腐工藝生產(chǎn)線在山西省屬于首次引用，在實(shí)踐中形成了一套涂塑復(fù)合鋼管防腐工藝，不僅對(duì)類似工程建設(shè)起到了積極的規(guī)范操作指導(dǎo)作用，有效地保證了工程質(zhì)量，而且推動(dòng)了鋼管防腐工藝技術(shù)的發(fā)展。

在東山供水工程輸水線路施工十四標(biāo)中采用新型涂塑復(fù)合鋼管后，效果顯著：鋼材用量、防腐面積減少，可節(jié)省部分工程投資；單節(jié)鋼管重量有所減小，鋼管運(yùn)輸、吊裝及安裝更為方便，可降低施工成本，提高施工速度；可減小泵站揚(yáng)程，降低后期運(yùn)行費(fèi)用。防腐效果好，減少了后期鋼管的維護(hù)費(fèi)用。

建議在中遠(yuǎn)距離鋼管輸水工程中采用這種新型防腐工藝，應(yīng)當(dāng)根據(jù)項(xiàng)目自身實(shí)際情況及地理位置特點(diǎn)，選擇合適的防腐生產(chǎn)線位置。并在少量試涂達(dá)到設(shè)計(jì)要求的防腐標(biāo)準(zhǔn)情況下再進(jìn)行大規(guī)模鋼管防腐施工。