雙層熔結(jié)涂塑燃?xì)夤艿拦に囇芯?/h1>

2023-11-14 12:05:14郭雷

現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備訂閱 2023年9期 收藏

關(guān)鍵詞：燃?xì)夤?/a>雙層環(huán)氧

郭 雷

（濟(jì)南邁科管道科技有限公司，平陰250400）

目前，燃?xì)夤艿佬袠I(yè)存在以下3 種常用管道涂裝工藝：一是鋼管表面噴漆或刷漆；二是鋼管表面熱浸鍍鋅300 g·m-2或500 g·m-2；三是鋼管表面單層噴涂。

隨著國家對環(huán)保要求的不斷提高，國家對污染物無組織排放做出了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)控制要求，明確了污染物濃度極限值，如苯不高于0.1 mg·m-3、甲苯和二甲苯不高于0.1 mg·m-3、揮發(fā)性有機(jī)物不高于0.1 mg·m-3。一般小型的噴涂廠或家庭式作坊達(dá)不到要求，現(xiàn)場表面噴漆或刷漆的工藝已不符合當(dāng)前環(huán)保形勢的要求。另外，天然氣管道常年暴露在室外，陽光照射，風(fēng)吹雨淋，若不每年維護(hù)，便會出現(xiàn)銹蝕甚至管道破裂的風(fēng)險(xiǎn)。目前，各大燃?xì)獍惭b公司均已停止采購和使用這種工藝的燃?xì)夤艿馈?/p>

表面熱浸鍍鋅工藝的燃?xì)夤艿婪栏阅芟啾缺砻鎳娖岷退⑵嵋煤芏?。?yōu)異的防腐性能可保證管道30 年內(nèi)免更換，是國內(nèi)外各大燃?xì)夤救細(xì)夤艿赖氖走x產(chǎn)品。然而，鋼管熱鍍鋅線投入大，鋅錠成本高，一旦開爐就要時(shí)刻保持鋅液處于流動狀態(tài)，需要持續(xù)不斷的能源消耗投入。隨著近幾年原材料成本的攀升，鍍鋅管成本居高不下，國內(nèi)各大鋼管廠家相繼進(jìn)入燃?xì)怃摴茴I(lǐng)域，行業(yè)競爭異常激烈。該產(chǎn)品在鋅液純度和鋅層厚度方面的質(zhì)量水平參差不齊，給鍍鋅燃?xì)夤艿赖氖褂脡勖a(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。

涂塑鋼管作為一種綠色環(huán)保的鋼塑復(fù)合管，國外已經(jīng)廣泛使用幾十年，但是傳入我國并推廣開來比較晚。20 世紀(jì)70 年代，發(fā)達(dá)國家開始研發(fā)新型管材用來替代鍍鋅鋼管。涂塑鋼管是用粉末涂料熔結(jié)到鋼管內(nèi)外表面，并與鋼管表面形成一個(gè)整體。它不使用有機(jī)溶劑，而是在密封空間噴涂，涂料利用率高，不污染環(huán)境。相比焊管表面噴漆和刷漆工藝，此工藝采用粉末噴涂，工廠內(nèi)部常規(guī)化生產(chǎn)，可有效控制危險(xiǎn)源。這種產(chǎn)品與鍍鋅管道具有同等優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，對沖擊、彎曲和壓力均有很強(qiáng)的承受能力。表面單層噴塑工藝表面上雖然節(jié)約了成本，降低了投入，優(yōu)化了環(huán)境，但是經(jīng)過近幾年的市場驗(yàn)證，生產(chǎn)的防腐鋼管涂層存在耐機(jī)械撞擊能力較弱、防水性較差的問題。此外，受南北地區(qū)溫差和紫外線照射強(qiáng)度不一的自然環(huán)境影響，出現(xiàn)了變色、脆裂甚至銹蝕問題，導(dǎo)致涂塑質(zhì)量和防腐年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到熱浸鍍鋅工藝的水平，增加了各大燃?xì)夤竞笃诠艿谰S護(hù)的成本。

為解決單層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐鋼管層存在的耐機(jī)械撞擊能力較弱、防水性較差等問題，美國的防腐公司通過研究大量防腐層的材料、結(jié)構(gòu)及施工工藝，提出了改性環(huán)氧粉末材料的技術(shù)思路，建立了雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐體系。該體系的中底涂層采用標(biāo)準(zhǔn)單層熔結(jié)環(huán)氧粉末，外防護(hù)層采用改性的熔結(jié)環(huán)氧粉末，顯著提升了防腐層的機(jī)械性能，大大增強(qiáng)了防腐層的高溫抗?jié)B透性、耐高溫性和抗沖擊能力[1]，同時(shí)保留了單層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層與陰極保護(hù)的相容性能，避免了陰極保護(hù)屏蔽的產(chǎn)生。雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐體系整體防腐層的厚度在525 ～1 000 μm，使用溫度達(dá)115 ℃，可滿足各種管徑的鋼管、彎頭、異型件及補(bǔ)口等的防腐要求[2]。

基于以上背景，濟(jì)南邁科管道科技有限公司研究一種雙層熔結(jié)涂塑的防腐層燃?xì)夤艿喇a(chǎn)品來豐富產(chǎn)品系列，解決普遍存在的安全隱患問題、腐蝕成本問題和日趨激烈的行業(yè)競爭壓力問題。設(shè)計(jì)解決了南北地區(qū)溫差大和紫外線照射強(qiáng)度不一對管道防腐層影響的問題，降低了國內(nèi)燃?xì)夤镜墓艿啦少彸杀就度牒秃笃诰S護(hù)成本，引領(lǐng)了燃?xì)夤艿佬袠I(yè)的發(fā)展方向。

1 研究內(nèi)容、方法及結(jié)論分析

1.1 總體方案及技術(shù)路線

1.1.1 方案概述

研究從制定產(chǎn)品開發(fā)方案開始，進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)確定、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制計(jì)劃編制，同時(shí)采購配套設(shè)備和試驗(yàn)用粉末，準(zhǔn)備齊全后開始樣品試制、樣品檢測、工藝參數(shù)驗(yàn)證及優(yōu)化，并通過小批量試產(chǎn)進(jìn)行再次驗(yàn)證。實(shí)施中，項(xiàng)目組進(jìn)行了多方論證試驗(yàn)，并取得了第三方機(jī)構(gòu)出具的試驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)告。小批量試產(chǎn)階段確保有效的生產(chǎn)節(jié)奏，特別是確保工藝參數(shù)的正確性，為后期批量生產(chǎn)出合格、優(yōu)質(zhì)、高性價(jià)比的產(chǎn)品打好基礎(chǔ)。

1.1.2 技術(shù)路線

焊管—預(yù)熱驅(qū)潮—拋丸—上料—中頻加熱—噴第一層噴環(huán)氧粉末—噴第二層聚酯粉末—冷卻固化—電火花—噴標(biāo)—檢驗(yàn)—修補(bǔ)或重涂—打包入庫。

1.2 研究內(nèi)容

第一，國內(nèi)粉末廠家的篩查試用，研究環(huán)氧粉末和聚酯粉末的熔結(jié)技術(shù)，包括粉末膠化時(shí)間和固化時(shí)間與設(shè)計(jì)生產(chǎn)線的預(yù)熱溫度、固化溫度、線速、冷卻溫度、噴槍精度、噴粉量的匹配程度等。第二，研究基管的前處理技術(shù)，包括驅(qū)潮的預(yù)熱溫度、表面處理的錨紋深度（含各種鋼丸的型號及配比）、拋丸后的表面清潔度以及鋼管表面溫度的工藝參數(shù)。第三，研究雙層熔結(jié)涂塑技術(shù)的過程保證條件，如何避免表面處理后（涂塑前）基管的表面受潮、生銹或二次污染，現(xiàn)場最長放置時(shí)間的控制，以及相應(yīng)的過程檢驗(yàn)檢測技術(shù)。第四，研究產(chǎn)品的貯存和運(yùn)輸工藝要求，做好產(chǎn)品的表面防護(hù)、后續(xù)補(bǔ)口處理工藝及安全環(huán)保要求。

1.3 研究方法

1.3.1 雙層粉末熔結(jié)技術(shù)的研究

研究團(tuán)隊(duì)通過文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)地考察和實(shí)驗(yàn)測試等方法，深入了解防腐層的材料、結(jié)構(gòu)及施工工藝，深入了解環(huán)氧粉末、聚酯粉末是適合作為底涂層，還是作為外部涂層。收集其他研究機(jī)構(gòu)研發(fā)文獻(xiàn)中通過模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行測試收集和分析的風(fēng)速、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，為下一步研究提供參考標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)支持[3]。

1.3.2 基管表面前處理工藝技術(shù)和雙層涂覆工藝技術(shù)的研究

研究團(tuán)隊(duì)實(shí)證研究方法開展工作，選擇適合的場地，安裝生產(chǎn)線，組織試產(chǎn)。通過現(xiàn)場觀測、數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)測試等，評估基管表面處理的精度要求是否滿足下一步的涂塑要求。通過不斷調(diào)整工藝參數(shù)，檢測生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)來確定工藝標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.3 產(chǎn)品一致性和符合性的研究

研究團(tuán)隊(duì)利用統(tǒng)計(jì)分析法、定量研究法、定性研究法，按照標(biāo)準(zhǔn)要求抽取一定比例的樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，并記錄過程數(shù)據(jù)。為多方論證產(chǎn)品的性能，采用試驗(yàn)結(jié)果比對法，統(tǒng)計(jì)檢測結(jié)果與第三方檢測結(jié)果進(jìn)行對比分析，確定試驗(yàn)結(jié)果的一致性和符合性。

1.3.4 經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益評估

研究團(tuán)隊(duì)采用成本效益分析和生命周期評估方法，對雙層熔結(jié)涂塑燃?xì)夤艿理?xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益進(jìn)行評估。通過收集和分析項(xiàng)目的投資成本、運(yùn)維成本和收益數(shù)據(jù)，以及能源消耗和污染排放數(shù)據(jù)，評估項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境效益，并為項(xiàng)目的推廣應(yīng)用提供決策依據(jù)。

1.4 研究結(jié)論

通過研究環(huán)氧粉末和聚酯粉末的熔結(jié)技術(shù)，分析過程中的保證條件，確定了雙層熔結(jié)涂塑粉末的原材料屬性及牌號，確定了產(chǎn)品涂層的性能要求。通過研究基管的前處理技術(shù)，解決了原單層涂塑工藝存在的塑層附著力不強(qiáng)的問題。

研究細(xì)化了雙層熔結(jié)涂塑防腐鋼管的生產(chǎn)工藝參數(shù)，生產(chǎn)出底層為環(huán)氧粉末涂層、外層為聚酯粉末的雙層熔結(jié)粉末的燃?xì)庥猛克茕摴?，且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。公司自檢與第三方檢測結(jié)果均合格，如表1 所示，可為后續(xù)批量生產(chǎn)高質(zhì)量、高合格率、低成本的產(chǎn)品提供有力的技術(shù)支持。

表1 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了底層涂層厚度不低于200 μm、面層涂層厚度不低于200 μm、涂層總厚度不低于400 μm的目標(biāo)，使管道防腐層在原來單層涂塑的基礎(chǔ)上厚度增加3 ～4 倍，解決了燃?xì)夤艿婪栏晗薏蛔愕膯栴}。外層采用聚酯粉末覆蓋技術(shù)，解決了夏季因強(qiáng)紫外線照射造成的管道涂層失光變色、脆化脫落問題。內(nèi)層采用環(huán)氧粉末包覆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了延長管道防腐年限的作用，確保正常環(huán)境下使用年限達(dá)到20 年[4]，如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

我國正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，行業(yè)內(nèi)競爭激烈，需要不斷開發(fā)新產(chǎn)品來解決市場及行業(yè)的痛點(diǎn)、難點(diǎn)。當(dāng)下社會，創(chuàng)新已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的主旋律。國務(wù)院總理在政府工作報(bào)告中提出，要深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，鞏固壯大實(shí)體經(jīng)濟(jì)根基，推進(jìn)科技創(chuàng)新，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，突破供給約束堵點(diǎn)，依靠創(chuàng)新提高發(fā)展質(zhì)量，并將提升科技創(chuàng)新能力、加大企業(yè)創(chuàng)新激勵(lì)力度、增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力和促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展列入年度政府計(jì)劃，促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行，加強(qiáng)原材料、關(guān)鍵零部件等供給保障，實(shí)施龍頭企業(yè)保鏈穩(wěn)鏈工程，維護(hù)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定。要啟動一批產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造工程項(xiàng)目，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級，加快發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)集群，實(shí)施國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群工程。要著力培育“專精特新”企業(yè)，推進(jìn)質(zhì)量強(qiáng)國建設(shè)，推動產(chǎn)業(yè)向中高端邁進(jìn)。對企業(yè)而言，開發(fā)新產(chǎn)品、探索新工藝具有十分重要的戰(zhàn)略意義，是企業(yè)生存與發(fā)展的重要支柱。

研究的雙層熔結(jié)粉末涂塑燃?xì)夤艿谰哂幸韵录夹g(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：第一，采用雙層熔結(jié)技術(shù)，使管道防腐層在原來單層涂塑的基礎(chǔ)上厚度增加3 ～4 倍，解決了燃?xì)夤艿婪栏晗薏蛔愕膯栴}；第二，外層采用聚酯粉末覆蓋技術(shù)，解決了夏季因強(qiáng)紫外線照射造成的管道涂層失光變色、脆化脫落問題；第三，內(nèi)層采用環(huán)氧粉末包覆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了延長管道防腐年限的作用，確保正常環(huán)境下使用年限達(dá)到20 年；第四，采用基管表面前處理工藝和雙層涂覆工藝，解決了原單層涂塑工藝存在的塑層附著力不強(qiáng)的問題，附著力（28 d）達(dá)到1 級。

3 推廣前景和社會經(jīng)濟(jì)效益

3.1 推廣前景

研發(fā)的雙層熔結(jié)粉末涂層防腐鋼管產(chǎn)品適用于各種腐蝕介質(zhì)環(huán)境下的油、氣及化工管道內(nèi)外壁的防腐，以及市政、環(huán)保、建筑等行業(yè)的金屬制品的外壁涂敷。雙層熔結(jié)粉末涂層防腐鋼管固化速度快、固化時(shí)間短、涂裝效率高，適合于流水作業(yè)。此外，它具有優(yōu)異的機(jī)械物理性能和耐腐蝕性能，耐酸、堿、鹽、油、水等，能夠在較大溫度范圍內(nèi)起到長效持久的防腐效果[5]。

經(jīng)試驗(yàn)室檢測和現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)證明，應(yīng)用于長輸管道的雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐體系綜合性能比單層環(huán)氧粉末防腐層優(yōu)良，性價(jià)比高，且具有有效使用壽命更長、維護(hù)費(fèi)用較低、多防腐層類型等特點(diǎn)，能夠根據(jù)不同需要針對性選擇類型。不同管道建設(shè)均可采用，尤其是需要在山區(qū)進(jìn)行施工時(shí)，能夠抵抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)的土壤腐蝕，對溫度及適用管徑適應(yīng)范圍廣?，F(xiàn)場施工時(shí)，有比較成熟的補(bǔ)口施工、補(bǔ)傷等工藝，質(zhì)量控制容易，耐劃傷性能優(yōu)越，抗沖擊性能媲美三層聚乙烯（Polyethylene，PE）防腐結(jié)構(gòu)。

該研究力爭在燃?xì)夤艿李I(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)與鍍鋅管道制衡，甚至突破新舊動能的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，公司在進(jìn)行海外燃?xì)馐袌稣{(diào)研，待國內(nèi)市場成熟后，適時(shí)將其拓展至海外市場。此外，項(xiàng)目組也在不斷完善項(xiàng)目方案，識別項(xiàng)目運(yùn)行中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為后期的推廣打下基礎(chǔ)。

3.2 取得的社會經(jīng)濟(jì)效益

國家“十四五”期間倡導(dǎo)“碳達(dá)峰，碳中和”，政府“強(qiáng)化綠色供應(yīng)鏈、推進(jìn)綠色工廠、設(shè)計(jì)綠色產(chǎn)品”的發(fā)展理念，促使國內(nèi)燃?xì)忸I(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求和我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，其中雙層熔結(jié)涂塑燃?xì)夤艿喇a(chǎn)品的需求量持續(xù)穩(wěn)步上升。作為國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)、工業(yè)原材料之一的管道涂裝工業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品品種規(guī)格不斷增加，產(chǎn)量持續(xù)增長，國際貿(mào)易活躍，國際地位越來越高，市場需求量越來越大。本項(xiàng)目將有廣闊的應(yīng)用空間，對公司開拓新的市場領(lǐng)域、形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)具有重要意義。

本項(xiàng)目的建設(shè)將有效拉動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動山東省制造業(yè)的發(fā)展，進(jìn)一步增強(qiáng)制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)支撐力。同時(shí)，項(xiàng)目建設(shè)將提高山東省制造業(yè)的規(guī)模效益和市場競爭力，對促進(jìn)山東省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。不僅能夠提高企業(yè)競爭力，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)輻射能力，而且能夠進(jìn)一步增強(qiáng)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的支撐帶動作用。該項(xiàng)目在增加公司銷售收入的同時(shí)，為國家創(chuàng)造更多的稅收收入，提高工人的收入水平。

產(chǎn)品上市后，已經(jīng)成功接到107 個(gè)訂單，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益1 598.99 萬元，利稅102.97 萬元。預(yù)計(jì)項(xiàng)目生命周期為5 年，在項(xiàng)目生命周期內(nèi)預(yù)計(jì)最多可新增利潤1 839 萬元，實(shí)現(xiàn)稅收515 萬元。

4 結(jié)語

隨著近幾年原材料成本的不斷攀升，國內(nèi)各大鋼管廠家相繼進(jìn)入燃?xì)怃摴茴I(lǐng)域，行業(yè)競爭異常激烈。研究的雙層熔結(jié)粉末涂層防腐鋼管解決了普遍存在的安全隱患問題、腐蝕成本問題，但要想使燃?xì)庥秒p層涂塑防腐鋼管在高端流體輸送尤其城市燃?xì)忸I(lǐng)域保持持續(xù)的競爭力，還需要掌握提升產(chǎn)品外觀質(zhì)量的關(guān)鍵核心技術(shù)，降低生產(chǎn)成本和人工成本，保持產(chǎn)品的價(jià)格優(yōu)勢。因此，研究產(chǎn)品基管的表面處理技術(shù)，提高成品管的外觀光亮度，研究智能工廠數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)模式，提高生產(chǎn)過程中的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，減少人為干預(yù)，為下一步的研究重點(diǎn)。

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