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        王大經介紹一種生產涂塑鋼管的新方法

        來源:http://www.xddwd.com/article/202095322.html

            長期以來,人們努力尋求鋼材的抗腐蝕保護,當代的技術條件已能夠使鋼材具有優良性能的保護層。為使暴露在大氣中和埋在地下的鋼管管道(尤其輸送液體和壓縮氣體的管道)使用安全可靠,人們對鋼管涂料提出了如下要求:
            ①能抵抗土壤、清水、海水、海產品、地下植物根莖、微生物、白蟻、石油以及其它化學作用的侵蝕。
            ②能抵抗水蒸汽與氧氣滲透。
            ③電接觸阻抗高。
            ④在鋼管吊運、貯存與堆放時,涂料具有抗撞擊、抗壓及抗磨的機械性能。
            ⑤抗老化。
            ⑥使用溫度范圍廣。
            ⑦表面光潔、無氣孔。
            ⑧對人體無害。

            迄今仍在使用的以瀝青為基礎的常規涂料,不能完全滿足上述要求。近年來隨著石化工業的進步,出現了使用安全經濟的合成產品作為鋼管涂料的趨勢,見表1。充分的研究與實驗表明,聚合熱塑塑料完全能滿足上述質量要求。其典型特性是當加熱到高于軟,化點溫度時,呈塑性狀態;而在冷卻時再次硬化。聚乙烯的熱塑特性能滿足鋼管管道作長期保護所需的各項要求。眾所周知,用作鋼管涂料的塑料是一種抗熱氧化、抗老化與抗光化作用損害的保護物。根據多年實驗,高密度聚乙烯用作涂料,其機械、熱力與抗腐蝕性能均佳。該涂料在鋼管作陰極抗腐蝕保護時的電流密度也很低。因此,聚乙烯涂料兼有工藝及經濟上的優越性。涂層鋼管的試行標準如表2所示。

         

            將聚乙烯層涂在裸露的鋼管上有多種方法,其中有幾種可付諸實施。“野外涂復”是在管道直接鋪設后,將單根鋼管在現場焊接然后加以涂復。主要方法是用塑料帶在鋼管上卷繞。為了安全,塑料帶卷繞時其重疊量約為帶寬的20%0鋼管表面清除鐵銹后用粘結劑粘合。此法必須預先假定管道鋪設處的氣候狀態無論溫度、干燥度以及空氣流動等都是溫和均勻的,因為鋼管徐層質量取決于環境因素,故此法在實用中有局限性。所以目前鋼管的聚乙烯涂復仍事先在專門設計的工廠中進行。

            有2種工廠涂復方法是有成效的,一種為熔解粘結法(即粉末涂復),采用碾碎的、粒度適當搭配的粉狀聚乙烯為涂料。此法是將表面潔凈的鋼管加熱到約3200C,然后鋼管自身迥轉,通過旋轉的葉片式投灑器,見圖1,將聚乙烯粉末從下而猛烈投灑到鋼管上,或是利用一個在鋼管上面的噴灑槽將聚乙烯粉灑向鋼管表面。當聚乙烯粉與加熱的鋼管表面接觸時,在接觸的第一相中燃燒,而在第二相中,粘結于鋼管表面的其余粉末開始受熱熔解,從而形成一層封閉的聚乙烯膜。鋼管的熱容量以及粉末投灑的持續時間決定聚乙烯膜的厚度。聚乙烯粉末在加熱的鋼管表面熔解粘結,相當于一個純粹的熱塑化過程。要使聚乙烯熱塑化均勻,鋼管全長上的溫度必須均勻。由于在聚變層內有生成氣孔的危險,所以鋼管溫度必需在一定范圍內保持穩定,因而對鋼管加熱設備有較高的要求。一般情況下,熔解粘結的聚乙烯涂層具有一種輕度的粒狀表面結構(所謂的桔皮外表),這種表面結構需用第二次加熱予以“燙平”。

            另一種涂復方法稱聚乙烯擠壓法。它使用低成本的粒狀聚乙烯為涂料。將粒狀聚乙烯置于擠壓器中塑化并在?字谐尚。然后涂復在經過清理并加熱到約220℃的鋼管表面_L。擠壓器的作用是用來將聚乙烯粒子壓縮、塑化并均勻混合,然后通過?讐撼删垡蚁〾K。擠壓器的主要構件為螺旋桿(阿基米德螺旋),螺桿長度是’其直徑的25^-34倍。在熔化的聚乙烯中測量友壓力與在螺桿端頭測量熔化溫度特別重要。為了精確地控制擠壓器的溫度,在擠壓器容器上役置有可獨立控制與調節的加熱區和冷卻區。擠壓器以固定壓力再將已塑化的無氣扎的純聚乙烯塊平穩地壓進成型模。成型模有雙環模與寬縫模2種。雙環模見圖2,具有2個同心’的環形縫,可將聚乙烯及粘結劑擠壓成套筒狀,以包住需涂復的鋼管。寬縫模則將聚乙烯擠壓成薄膜,同時從另一稍窄的寬縫模擠出粘結劑,使薄膜卷繞在鋼管上。
            由于技術和經濟上的原因,一般中小直徑(<誘600mr})鋼管采用套筒式擠壓涂復
          (用雙環模)。而薄膜擠壓法(用寬縫模)則用于大直徑(>功500mm)鋼管涂復。

            涂復鋼管表面的預處理對、于涂層外貌與質量能否達到標準要求非常重要。鋼管表面必須干燥、清潔、不得有鐵皮、銹蝕、焊渣、灰塵、油脂、以及其它雜物。用適宜的清潔劑噴涂再漂洗,可有效地清除油污。鐵皮可用鹽酸或硫酸酸洗或用噴丸法予以清除。并應優先采用噴丸除鱗法。

            在表面實施涂層前,鋼管需加熱到220`C左右。鋼管溫度過高以及吸收聚乙烯涂料太快,都會影響聚乙烯和粘結劑的性質。由于鋼管是連續涂制的,所以鋼管需連續加熱,可以用煤氣、油或電來加熱。對于必600rnm以上的鋼管優先采用中頻感應加熱。

            采用套筒式擠壓時鋼管用接手連接,在輥道上以固定速度前進。由單根鋼管組成的連續管列由爬行式傳動機架帶動通過涂層作業線礦薄膜擠壓法要求鋼管均的勻呈螺旋狀前進,由一劉滿動輪帶動鋼管通過整個涂層作業線‘邃種方式的涂復過程均連續進行。作業線的性能如圖3;圖4,圖5所示。
          。‘鋼管上聚乙烯涂層的厚度一般由下1素確定

            ①筒套式擠壓擠出的粘結劑厚度與筒食厚度的總和,
            ②薄膜擠壓擠出的粘結劑厚度與薄膜厚
            焊接管焊縫處的凸緣部分使該處涂層厚度比周邊處較薄。因此,應將焊縫區內聚乙烯涂層厚度作適當加厚處理,見圖so
            對鋼管表面上的涂層需用冷卻水激冷,以使聚乙烯很快硬化,避免鋼管在隨后的運榆時出現機械損傷。冷卻區長度應為單根管

        長的倍數,以防止鋼管放出的熱量使聚乙烯層再次軟化。厚壁管由于殘余熱量較高需二次冷卻。
            鋼管的聚乙烯涂層是否符合標準須進行試驗。目前已研制出一種可放在涂復作業線上的連續自動涂層測L儀。該儀器利用電磁原理進行測定,當產生電磁磁場時,與聚乙烯涂層接觸的測量探針相當于與鋼管極性相反的磁極。誘使磁場變弱的探針與相反磁極之間的距離(此即聚乙烯涂層厚度)在換能器上反應出來,并可在標盤上讀出或在記錄器上記錄。為檢查涂層中有無氣孔以及肉眼分辨不出的涂層疵點,用高壓電極觸摸聚乙
        烯涂層表面,從而在涂層表面的氣孔或缺陷處發出火花,并在火花迸發處涂上色標以便修補時認定位置,探出的缺陷數可由記數器記錄。

            當鋼管端部進行焊接以連成一條管線時,管端長約150mm的聚乙烯涂層必須剝去。中小直徑鋼管管端涂層可用簡單的割開或剝開方法予以去除;大直徑鋼管則用由高強度鋼絲制成的圓柱形高速旋轉滾動刷在鋼管兩端同時進行清除。剝去涂層的管端需涂臨時防腐物,管線鋪設后焊接處在野外進行再涂復。

            考慮安全及管線保護,對榆送潛在腐蝕性物質的管道,應在鋼管內壁涂上保護襯里。保護型式取決于輸送的介質。從天然氣管線的使用,可以看出管線裝置費用與管道內襯的表面狀態有關,內壁光滑、管道對燃氣通過的阻力愈小則通過的能力愈大。經驗表明,與粗糙的鋼管內壁相比,因管道內流動阻力減小可使通過能力提高約6 -vl0ioo而且在管線投入使用前此內襯一也可保護鋼管免受大氣腐蝕。此外,內表光潔的管道清理時也更經濟、方便?傊,鋼管內襯應滿足兒項要求:①無拱起、.離層、鐵皮、脫皮等缺陷;②內襯涂層厚度均一;③表面光潔;④溫度適應范圍廣;⑤粘附牢固,⑥高硬度。合成熱固性塑料、油漆與噴漆均可用作內襯材料,熱醉性塑料(通稱熱硬塑料)是可硬化的合成樹脂,其中最主要的為環氧樹脂。硬化環氧樹脂的硬化劑也設計成環氧樹脂。2種成份的環氧樹脂只能按一定比例混合并立即使用,以防止在混合器中過早硬化。這種復方環氧樹脂涂料亦可添加色彩與防銹劉,并經常用溶劉或稀釋劑配制,使用時溶刊自內襯涂料中蒸發,鋼管內表面則留下·哄光F3的硬質薄膜,直到復方環氧樹脂涂料硬化后,內襯即獲得所需要的性質。固化對二祥州當于吠液態刊固態的轉變,此過程不可逆轉。
            取得指定硬度值所需時間根據鋼管i}}.度與固化過程時鋼管周圍的環境決定。采用何種硬化劑以及硬化劑的硬化傾向都一習之一。
            鋼管內表面涂襯前的表而頂處理外喪i涂復時相同。
            如采用煤氣噴燈、電感應i熱或用熱空氣吹過鋼管的方法加熱鋼管,當鋼管加熱到約50℃時立即進行涂襯。此時鋼管上的熱量促進硬化劑與環氧樹脂成份之間的反應,,平能縮短整個硬化過程。
            鋼管涂襯前,管端貼上覓約20-40m的自粘紙帶,作為鋼管連接成管線時的焊獲!}:而不子涂一襯。涂襯時鋼管自轉速度要與環城樹脂涂料噴霧器、以及涂料供應系統協調。涂料噴霧器安裝在懸臂桿上,桿的一端月活動小車牢固連接,桿上還裝有空氣噴咀,以便當桿伸進鋼曹時將管內灰塵或其它雜物吹至管端,當懸臂桿退出時噴霧器自動關閉。桿上的支持輥與對中輥確保噴咀與鋼管內喪面之間有固定的間隙。此間隙對于獲得均勻的環氧樹脂內襯非常必要。

            各類涂料的容器壽命或凝膠時間(復叮環's=V樹脂涂料加工處p的持續時瑯決于.E們的成份和周圍溫度,并由制造廠規定。通常不采用較高的管溫,因為存在因備種剩余溶劑自然逸出而形成氣孔的危險。從技術角度看,將反應物和溶劑的蒸氣抽出、t}除是必要的,這是因為溶劑在環氧樹脂內襯表面上集中會阻礙環氧樹脂材料的固化。此外,很多溶劑易燃易爆,在蒸氣狀態下很危險,而且它們對人體有一定危害。

            鋼管涂塑能延長其使用壽命,可以減少各類管線系統的維修費川,提高管線系統的1二作效率。因此,發展涂塑鋼管發展巨大的經濟意義。

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