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王大经介绍一种生产涂塑钢管的新方法

来源:http://www.81929.net/article/202095322.html

    长期以来,人们努力寻求钢材的抗腐蚀保护,当代的技术条件已能够使钢材具有优良性能的保护层。为使暴露在大气中和埋在地下的钢管管道(尤其输送液体和压缩气体的管道)使用安全可靠,人们对钢管涂料提出了如下要求:
    ①能抵抗土壤、清水、海水、海产品、地下植物根茎、微生物、白蚁、石油以及其它化学作用的侵蚀。
    ②能抵抗水蒸汽与氧气渗透。
    ③电接触阻抗高。
    ④在钢管吊运、贮存与堆放时,涂料具有抗撞击、抗压及抗磨的机械性能。
    ⑤抗老化。
    ⑥使用温度范围广。
    ⑦表面光洁、无气孔。
    ⑧对人体无害。

    迄今仍在使用的以沥青为基础的常规涂料,不能完全满足上述要求。近年来随着石化工业的进步,出现了使用安全经济的合成产品作为钢管涂料的趋势,见表1。充分的研究与实验表明,聚合热塑塑料完全能满足上述质量要求。其典型特性是当加热到高于软,化点温度时,呈塑性状态;而在冷却时再次硬化。聚乙烯的热塑特性能满足钢管管道作长期保护所需的各项要求。众所周知,用作钢管涂料的塑料是一种抗热氧化、抗老化与抗光化作用损害的保护物。根据多年实验,高密度聚乙烯用作涂料,其机械、热力与抗腐蚀性能均佳。该涂料在钢管作阴极抗腐蚀保护时的电流密度也很低。因此,聚乙烯涂料兼有工艺及经济上的优越性。涂层钢管的试行标准如表2所示。

 

    将聚乙烯层涂在裸露的钢管上有多种方法,其中有几种可付诸实施。“野外涂复”是在管道直接铺设后,将单根钢管在现场焊接然后加以涂复。主要方法是用塑料带在钢管上卷绕。为了安全,塑料带卷绕时其重叠量约为带宽的20%0钢管表面清除铁锈后用粘结剂粘合。此法必须预先假定管道铺设处的气候状态无论温度、干燥度以及空气流动等都是温和均匀的,因为钢管徐层质量取决于环境因素,故此法在实用中有局限性。所以目前钢管的聚乙烯涂复仍事先在专门设计的工厂中进行。

    有2种工厂涂复方法是有成效的,一种为熔解粘结法(即粉末涂复),采用碾碎的、粒度适当搭配的粉状聚乙烯为涂料。此法是将表面洁净的钢管加热到约3200C,然后钢管自身迥转,通过旋转的叶片式投洒器,见图1,将聚乙烯粉末从下而猛烈投洒到钢管上,或是利用一个在钢管上面的喷洒槽将聚乙烯粉洒向钢管表面。当聚乙烯粉与加热的钢管表面接触时,在接触的第一相中燃烧,而在第二相中,粘结于钢管表面的其余粉末开始受热熔解,从而形成一层封闭的聚乙烯膜。钢管的热容量以及粉末投洒的持续时间决定聚乙烯膜的厚度。聚乙烯粉末在加热的钢管表面熔解粘结,相当于一个纯粹的热塑化过程。要使聚乙烯热塑化均匀,钢管全长上的温度必须均匀。由于在聚变层内有生成气孔的危险,所以钢管温度必需在一定范围内保持稳定,因而对钢管加热设备有较高的要求。一般情况下,熔解粘结的聚乙烯涂层具有一种轻度的粒状表面结构(所谓的桔皮外表),这种表面结构需用第二次加热予以“烫平”。

    另一种涂复方法称聚乙烯挤压法。它使用低成本的粒状聚乙烯为涂料。将粒状聚乙烯置于挤压器中塑化并在模孔中成型。然后涂复在经过清理并加热到约220℃的钢管表面_L。挤压器的作用是用来将聚乙烯粒子压缩、塑化并均匀混合,然后通过模孔压成聚乙烯块。挤压器的主要构件为螺旋杆(阿基米德螺旋),螺杆长度是’其直径的25^-34倍。在熔化的聚乙烯中测量友压力与在螺杆端头测量熔化温度特别重要。为了精确地控制挤压器的温度,在挤压器容器上役置有可独立控制与调节的加热区和冷却区。挤压器以固定压力再将已塑化的无气扎的纯聚乙烯块平稳地压进成型模。成型模有双环模与宽缝模2种。双环模见图2,具有2个同心’的环形缝,可将聚乙烯及粘结剂挤压成套筒状,以包住需涂复的钢管。宽缝模则将聚乙烯挤压成薄膜,同时从另一稍窄的宽缝模挤出粘结剂,使薄膜卷绕在钢管上。
    由于技术和经济上的原因,一般中小直径(<诱600mr})钢管采用套筒式挤压涂复
  (用双环模)。而薄膜挤压法(用宽缝模)则用于大直径(>功500mm)钢管涂复。

    涂复钢管表面的预处理对、于涂层外貌与质量能否达到标准要求非常重要。钢管表面必须干燥、清洁、不得有铁皮、锈蚀、焊渣、灰尘、油脂、以及其它杂物。用适宜的清洁剂喷涂再漂洗,可有效地清除油污。铁皮可用盐酸或硫酸酸洗或用喷丸法予以清除。并应优先采用喷丸除鳞法。

    在表面实施涂层前,钢管需加热到220`C左右。钢管温度过高以及吸收聚乙烯涂料太快,都会影响聚乙烯和粘结剂的性质。由于钢管是连续涂制的,所以钢管需连续加热,可以用煤气、油或电来加热。对于必600rnm以上的钢管优先采用中频感应加热。

    采用套筒式挤压时钢管用接手连接,在辊道上以固定速度前进。由单根钢管组成的连续管列由爬行式传动机架带动通过涂层作业线矿薄膜挤压法要求钢管均的匀呈螺旋状前进,由一刘满动轮带动钢管通过整个涂层作业线‘邃种方式的涂复过程均连续进行。作业线的性能如图3;图4,图5所示。
  。‘钢管上聚乙烯涂层的厚度一般由下1素确定

    ①筒套式挤压挤出的粘结剂厚度与筒食厚度的总和,
    ②薄膜挤压挤出的粘结剂厚度与薄膜厚
    焊接管焊缝处的凸缘部分使该处涂层厚度比周边处较薄。因此,应将焊缝区内聚乙烯涂层厚度作适当加厚处理,见图so
    对钢管表面上的涂层需用冷却水激冷,以使聚乙烯很快硬化,避免钢管在随后的运榆时出现机械损伤。冷却区长度应为单根管

长的倍数,以防止钢管放出的热量使聚乙烯层再次软化。厚壁管由于残余热量较高需二次冷却。
    钢管的聚乙烯涂层是否符合标准须进行试验。目前已研制出一种可放在涂复作业线上的连续自动涂层测L仪。该仪器利用电磁原理进行测定,当产生电磁磁场时,与聚乙烯涂层接触的测量探针相当于与钢管极性相反的磁极。诱使磁场变弱的探针与相反磁极之间的距离(此即聚乙烯涂层厚度)在换能器上反应出来,并可在标盘上读出或在记录器上记录。为检查涂层中有无气孔以及肉眼分辨不出的涂层疵点,用高压电极触摸聚乙
烯涂层表面,从而在涂层表面的气孔或缺陷处发出火花,并在火花迸发处涂上色标以便修补时认定位置,探出的缺陷数可由记数器记录。

    当钢管端部进行焊接以连成一条管线时,管端长约150mm的聚乙烯涂层必须剥去。中小直径钢管管端涂层可用简单的割开或剥开方法予以去除;大直径钢管则用由高强度钢丝制成的圆柱形高速旋转滚动刷在钢管两端同时进行清除。剥去涂层的管端需涂临时防腐物,管线铺设后焊接处在野外进行再涂复。

    考虑安全及管线保护,对榆送潜在腐蚀性物质的管道,应在钢管内壁涂上保护衬里。保护型式取决于输送的介质。从天然气管线的使用,可以看出管线装置费用与管道内衬的表面状态有关,内壁光滑、管道对燃气通过的阻力愈小则通过的能力愈大。经验表明,与粗糙的钢管内壁相比,因管道内流动阻力减小可使通过能力提高约6 -vl0ioo而且在管线投入使用前此内衬一也可保护钢管免受大气腐蚀。此外,内表光洁的管道清理时也更经济、方便。总之,钢管内衬应满足儿项要求:①无拱起、.离层、铁皮、脱皮等缺陷;②内衬涂层厚度均一;③表面光洁;④温度适应范围广;⑤粘附牢固,⑥高硬度。合成热固性塑料、油漆与喷漆均可用作内衬材料,热醉性塑料(通称热硬塑料)是可硬化的合成树脂,其中最主要的为环氧树脂。硬化环氧树脂的硬化剂也设计成环氧树脂。2种成份的环氧树脂只能按一定比例混合并立即使用,以防止在混合器中过早硬化。这种复方环氧树脂涂料亦可添加色彩与防锈刘,并经常用溶刘或稀释剂配制,使用时溶刊自内衬涂料中蒸发,钢管内表面则留下·哄光F3的硬质薄膜,直到复方环氧树脂涂料硬化后,内衬即获得所需要的性质。固化对二祥州当于吠液态刊固态的转变,此过程不可逆转。
    取得指定硬度值所需时间根据钢管i}}.度与固化过程时钢管周围的环境决定。采用何种硬化剂以及硬化剂的硬化倾向都一习之一。
    钢管内表面涂衬前的表而顶处理外丧i涂复时相同。
    如采用煤气喷灯、电感应i热或用热空气吹过钢管的方法加热钢管,当钢管加热到约50℃时立即进行涂衬。此时钢管上的热量促进硬化剂与环氧树脂成份之间的反应,,平能缩短整个硬化过程。
    钢管涂衬前,管端贴上觅约20-40m的自粘纸带,作为钢管连接成管线时的焊获!}:而不子涂一衬。涂衬时钢管自转速度要与环城树脂涂料喷雾器、以及涂料供应系统协调。涂料喷雾器安装在悬臂杆上,杆的一端月活动小车牢固连接,杆上还装有空气喷咀,以便当杆伸进钢曹时将管内灰尘或其它杂物吹至管端,当悬臂杆退出时喷雾器自动关闭。杆上的支持辊与对中辊确保喷咀与钢管内丧面之间有固定的间隙。此间隙对于获得均匀的环氧树脂内衬非常必要。

    各类涂料的容器寿命或凝胶时间(复叮环's=V树脂涂料加工处p的持续时琅决于.E们的成份和周围温度,并由制造厂规定。通常不采用较高的管温,因为存在因备种剩余溶剂自然逸出而形成气孔的危险。从技术角度看,将反应物和溶剂的蒸气抽出、t}除是必要的,这是因为溶剂在环氧树脂内衬表面上集中会阻碍环氧树脂材料的固化。此外,很多溶剂易燃易爆,在蒸气状态下很危险,而且它们对人体有一定危害。

    钢管涂塑能延长其使用寿命,可以减少各类管线系统的维修费川,提高管线系统的1二作效率。因此,发展涂塑钢管发展巨大的经济意义。