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我国给排水大口径输水管道新征程

近十多年来,随着环境保护意识的增强及焊接钢管工业生产和粉末涂料及涂装技术的发展,我国给排水大口径输水管道逐渐采用粉末涂层复合钢管,简称涂塑钢管

涂塑钢管与水泥管道和铸铁管道相比,一是强度高,承受压力时不易碎裂泄漏;二是防腐性能强,耐酸碱盐溶剂侵蚀和氧化,使用寿命可达 50 a 以上;三是卫生性好,不混生细菌,粉末涂层几乎不吸水,也不溶解出有害杂质,可以确保输送水的纯净度,达到饮用水的卫生标准;四是输送液体的阻力系数小,有较好的防脂和防结垢能力,比相同直径的水泥或镀锌管的输送流量大 10% ~20%,输送动力耗能降低 15%左右。

给排水钢管一般用热轧带钢焊接而成,焊缝过程也会产生氧化铁皮,生产过程表面会有油污、锈蚀、灰尘。为了确保涂层质量,在粉末涂装前必须进行前处理,以便消除涂层缺陷,提高涂层与钢基的结合力。钢
管表面处理通常采用内喷外抛除锈方法。

钢管表面处理通常参照标准 SISO55900 Sa 2.5 级标准,喷丸后的钢管表面显银灰色光泽,外观呈凹凸状,粗糙度应达到 40 ~ 60 μm。

钢管外抛丸在抛丸机上进行,当钢管通过抛丸机时,一边旋转,一边前进,钢砂由压缩空气循环供给,依靠电机带动的叶轮旋转产生的离心力使钢砂以很高的速度抛向钢管表面,可以彻底清除钢管表面上的氧化铁皮和锈蚀,表面达到抛丸标准的要求。

钢管的内喷砂也在专用设备上进行。将钢管倾斜地放在滚架上旋转,喷头以一定倾斜角伸入管内,一边喷砂,一边移动,钢砂呈螺旋喷射到钢管的内表面,喷出的钢砂从钢管较低的一端回收,由压缩空气循环供给喷头重复使用,以便连续地将钢管内部清除干净。

弯头和管件喷砂在喷砂室内手工操作。将弯头和管件放置在专用车上推入喷砂室,操作人员穿戴好防护工作服和供氧面罩,逐渐进行内外表面喷砂。

抛丸喷砂工艺要求
1、 钢砂的选择。为了保证抛丸后钢管表面达到SISO55900 Sa 2.5 级标准和粗糙度 40 ~ 60 μm 的要求,一般选用 a-120 号钢砂。

2、被抛的钢管应干燥,不带水分。

3、压缩空气压力达到 0.6 ~ 1.0 MPa,使喷丸机喷出的钢砂雾化。

4、抛丸处理后,应用干净的压缩空气吹去尘土和钢管表面残留的砂粒。

5、用 200 W 以上的安全灯照明,检查抛丸后钢管表面状态是否残存有氧化皮、锈迹脏物及油污等,同时检查钢管及管件是否有裂纹、夹层或过抛产生的缺陷。

6、抛丸处理后的钢管不能用手摸,以免沾染油污。吊运过程中,也应防止二次污染,发现污染应清除,如严重污染,应重新抛丸处理。

7、抛丸检查后,10 h 内应完成涂装加工。若抛丸后 12 h 内还不能进行涂装,则应重新抛丸。

8、抛丸后的钢管转运、装卸应使用金属绳、尼龙带或吊钩,绳上不能黏附油污,吊运过程不能碰伤,存放时应加干净垫铁。

钢管涂塑最早是采用热塑性粉末中的聚烯烃树脂,聚烯烃中又以聚乙烯为主,在应用聚乙烯树脂粉末涂料中经过反复试验,证明使用线型低密度聚乙烯(LLDPE)最佳。线型低密度聚乙烯的结构、结晶度、密度介于高密度和低密度聚乙烯之间,虽然也是线型结构,但支链规则与 HDPE 相比,短支链多;与 LDPE 相比,长支链少。LLDPE 与 LDPE 相比,软化和熔融温度都提高了 5 ~ 15 ℃,耐脆折温度也提高 20 ~ 30 ℃,因而热变形温度高,具有较高的耐热性和耐低温性。拉伸强度和冲击强度增加近 3 倍,耐环境应力开裂性也提高许多倍,还具有优良的弯曲强度、刚性和电绝缘性能。由于 LLDPE 的相对分子质量分布可以很宽,所以还具有很好的柔韧性,是一种耐热、耐穿刺、耐撕裂和阻隔良好的成膜材料,因此也被用作钢管涂塑材料。各种低密度线型聚乙烯性能见表 1。

首先选择合适熔体指数的 LLDPE,熔体指数一般在 3 ~ 10 g/min,熔体指数反映出聚乙烯的相对分子质量大小及其熔体黏度,熔体指数越小,相对分子质量越大,熔体黏度也越大。熔体指数关系到粉末熔融时是否产生流挂现象,边角覆盖好坏及涂层的均匀性。其次应添加合适的助剂(如抗氧剂、光稳定剂、流平剂、改性剂等)和颜料,以改善 LLDPE 的性能。

原料树脂、色母粒、助剂:混合→挤出→冷却→切粒→粉碎→过筛→包装。

LLDPE 粉末曾用来涂覆钢管内、外表面及钢件,但是由于聚乙烯的线膨胀系数与钢管基材的线膨胀系数差别较大,所以涂覆钢管内壁结合力往往不能令人满意。目前聚乙烯粉末主要用来涂覆钢管外表面,这是由于聚乙烯本身具有较好的柔韧性且涂层较厚,有利于抵抗冲击载体,保护涂膜的完整性,因此防腐效果也好。LLDPE 粉末涂料的性能见表 2。

在热固性粉末中,目前钢管涂塑用得最多、效果最好的是熔结环氧粉末,也叫重防腐环氧粉末,简称FBE。熔结环氧粉末按用途分:管道内涂用粉、管道外涂用粉和石油钻管用粉。管道外涂用粉又分为单涂层粉、双涂层粉、三层结构防腐用粉。

熔结环氧粉末按固化条件分为快速固化和普通固化两类。快速固化粉末的固化条件为 230 ℃/0.5 ~ 2.0min,主要用于管道外涂或三层防腐结构,固化时间短、生产效率高,适合流水线作业。普通固化粉末的固化条件一般为 230 ℃/5 min 以上,固化时间长、涂层流平好,适合管道内涂。给排水大口径管一般采用熔结环氧粉末进行内涂,希望固化时间在 3 min 以内,生产粉末时需适当调整。

熔结环氧粉末的防腐特点

1、熔结环氧粉末的基料是环氧树脂,结构中含有高极性和活性的环氧基,能与金属表面形成化学键,提高与金属的结合力。这就是钢管内涂为什么逐渐不用聚乙烯粉末而用熔结环氧粉末的主要原因。

2、熔结环氧粉末使用的环氧树脂是酚醛改性环氧树脂,即在双酚 A 环氧树脂基础上引入部分苯酚甲醛或甲酚甲醛环氧树脂,这 2 种树脂都是多官能度热塑性酚醛环氧树脂,反应强,涂膜具有较好的耐热性、耐化学性。

3、熔结环氧粉末采用表面处理钛白粉、铁红等无机颜填料,采用超细石英粉、云母、三聚磷酸铝等惰性填料。这些颜填料有利消除成膜气泡,增加涂层的致密性和附着力。

4、熔结环氧粉末需要加入不同助剂,以便调整熔化时间和流变性能及胶化时间,消除膜内及界面气泡,提高耐水性能。

5、熔结环氧粉末多用于给排水管内壁涂装,所以在选择原料、固化剂及各种助剂时应注意卫生性。

熔结环氧粉末的性能见表 3。

熔结环氧粉末涂料防腐性能好,强度、硬度也较高,涂膜与基材结合牢固,因而特别适应于钢管内表面的粉末涂装。

给排水钢管的粉末涂装方法

1、方法选择虽然钢管的粉末涂装方法很多,如流化床浸涂,静电或空气喷涂、滚涂等,但对于大口径给排水钢管来说,比较适合的是滚涂和喷涂法。

2、涂装工艺钢管表面预处理→加热→滚涂或喷涂→冷却→检查→包装。大口径管的壁厚也较厚,热容量大,所以预热温度的热量一般能保证粉末涂料的熔覆及固化流平。

3、钢管的预热大口径钢管的滚涂或喷涂主要是依靠钢管本身所带的热量使粉末涂料熔敷于表面形成均匀的涂膜并进行固化和流平,所以钢管的预热至关重要。

钢管的加热可用气、电或油加热,还可以用电感应及远红外线加热,大口径管多采用燃气热风循环步进式加热或天然气直接加热,还可以用感应加热。加热温度以涂层粉末能够熔融并固化流平成膜为目的,温度过高会使涂层老化;温度过低,则难以获得均匀的涂层厚度。对于内涂熔结环氧粉末,外涂聚乙烯粉末的钢管来说,预热温度应兼顾,且随着钢管的壁厚增加,预热温度有所降低。钢管加热后用测温笔测定温度,对于使用不同粉末,涂覆不同规格的钢管来说均有一个理想的涂塑温度。根据经验,经过测试,若钢管温度过高,应空冷,控制好温度,再进行涂覆。

钢管的粉末涂覆钢管涂覆采用滚涂或喷涂。滚涂时将预热好的钢管置于旋转脚轮架上,一般用幕帘法外撒粉,先外涂聚乙烯粉末,然后用送料槽将环氧粉末送入钢管内部,涂覆过程中,钢管以一定速度旋转。控制撒粉器送粉时间及送粉量,可以获得要求的涂层厚度。喷涂多采用感应加热,从钢管中段向两头涂覆,一边加热,一边喷涂。钢管以一定速度旋转并移动。3.5 钢管的冷却钢管涂覆后,粉末涂料很快就熔融流平,由于给排水管直径大、壁厚也较厚,热容量也大,涂装后又降低了其散热速度。因此需较长时间才能冷却,为提高生产效率,可采用风冷。

—2008《给水涂塑复合钢管》进行质检,比较全面准确地反映了涂塑钢管目前的国际水平,并且综合了热塑聚乙烯粉末和热固性环氧粉末的性能,对于钢管涂层的各项性能及检验方法均作了详细的规定,这对钢管涂塑生产来说是一个很好的法律依据。