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煤气涂塑钢管需要解决的技术问题

某地需铺设煤气管道,采用螺旋焊管,外径为480mm,壁厚12mm,每根长度为1200mm。其中有12km需经过山地,据地质勘探,山地岩石坚硬,打洞困难大,造价高,因此在山地设计架空走管。考虑到当地的煤气成分为一氧化碳、氢气和硫化氢,其中一氧化碳、硫化氢对钢管有腐蚀,而氢气容易造成钢管脆化。为保证管路使用寿命,要求钢管内壁涂LLopE,其质量不得低于《cJ汀120一2008给水涂塑复合钢管》标准要求。外壁原考虑用电镀锌,由于所需电镀设备太大,现有装备无法满足要求,新上设备投资较大。且电镀层仅有5一7”m,在大气条件下防蚀仅5一7年。按用户要求只能选择热镀锌,热镀锌层厚度可达50一70pm,在山地气候条件一「耐蚀可达50多年。如果再外涂耐候性银粉漆,其寿命将不低于60年。

一、钢管热镀锌工艺选择在满足用户要求的情况下,如采用给水用大、中口径内外涂塑钢管,露天架设时,外壁不太美观。目前大口径给水管路也没有采用外镀锌内涂塑钢管的,而输气管路采用外镀锌内涂塑中、大口径钢管也未见资料报道。

1、选电镀方法不适宜的原因钢管电镀一般仅外壁镀一层5一7pm镀层,管路中只管口部位稍有镀层,管内壁基本无镀层,按一般涂塑钢管加工工艺钢管内壁需喷丸,所以其内壁应无镀层最好,然而其致命缺点是镀层太薄,防腐蚀性能差,电镀锌显然不能被采用,用户也不同意。
2、钢管热镀锌内壁涂泥巴方法不可取采用钢管热镀锌一般说来内、外壁全部有镀锌层,其镀层厚度内外壁差别不大,约50一70以m,因考虑钢管内壁涂比OPE,按一般情况来讲,内壁前处理用喷丸效果较好,因此钢管内壁不要求有镀层。为使钢管内壁热镀时不镀上锌层,有人提议在钢管内壁上经酸洗涂助镀剂后再涂泥巴然后热镀。经试验,热镀时约有30%50%泥巴脱落,脱落部位内壁仍会镀上锌层,且锌层薄厚不均,再喷丸时,锌层被喷掉,使钢管内壁喷丸活化面不均匀,造成涂塑膜质量不一致,甚至有小部位塑膜附着力小于30Nc/m,达不到《aT/120一2008给水涂塑复合钢管》标准要求。且因为泥巴中含有5102,其中硅元素熔融于锌液中,极易造成热镀锌锅腐蚀漏锌以及锌液中大量锌渣生成,使得锌耗增加,且钢管镀锌层防蚀质量下降。钢管内壁喷丸时,极易损坏外壁镀锌层,使外壁镀锌层外观质量和防腐蚀性能下降。此方法不宜采用。
3、热镀锌存在的问题钢管内外壁全部有镀锌层,是热镀锌的特点,内壁热镀锌后,一方面是耗锌量增加,而更为突出的问题是热镀锌层上涂比OPE附着力低,锌是活泼的两性金属,易与水、氧和酸碱性物质发生反应,表面形成薄薄一层白锈,这层白锈和锌基体粘结力极低,甚至用手轻轻一摸就可以去掉。这正是LLoP〔附着力差的原因,如何提高其附着力是一个技术难题,如果选择热镀锌就必须解决这个问题。

二、热镀锌钢管内壁前处理方法及其优缺点

1、喷九前处理一般说来,钢管内壁经喷丸前处理后涂UOPE,质量是比较可靠的。但由于热镀锌内壁有一层近70林m的锌层,喷丸后,其内壁活化面仍为锌层,本来钢管内壁的毛刺也只是锌层的毛刺,加热涂塑时,其毛刺基本熔掉,所以其物理结合力大大卜降,且喷丸时,对热镀锌钢管外壁损害较为严重。
2、磷化前处理热镀锌钢管内壁前处理的另一种方法就是磷化处理,磷化处理的效果一般而言要比喷丸处理差。由于喷丸前处理存在一些问题,所以考虑采用磷化前处理,解决磷化处理存在的技术问题是本项口要解决的课题。通过不断试验、改进,取得了较好的效果。锌层也可以磷化,它的反应机理和钢材一样,磷化处理一般情况下多采用nZ:(p仇):和H3po;配制,经试验用此种磷化液磷化后,其磷化膜在涂塑加热时(260℃一320℃)有结晶水析出!磷化膜的性能有所下降,和锌基体的结合力也有所下降,因此涂塑膜的附着力也有所下降,经实测,塑膜与钢管内壁的锌层附着力勉强可达30Nc/m,虽然基本上达到《0T/120一2008给水涂塑复合钢管》标准的要求,但用户认为,输煤气主管道口径较大,室外气温变化大,热胀冷缩会使涂塑膜附着力有所下降,所以要求其附着力尽量大,用户要求磷化膜和LLopE热熔涂塑膜附着力大小与钢材基本相同,达到大于50Nc/m。我们经过多次试验,采用热镀锌钢管磷化处理,其反应如一卜:
Zn+ZnZCa(P04)z+Zn3(PO4)2+H3P04+H20一ZnZCa(P04)2·4H20
镀锌钢管经内壁处理后生成znZca(H2p04):·4HZO,取代了白锈,该磷化膜与锌机体粘结力很强,经检测大于50MaP且与LLOP〔塑膜的附着力也很强,经检测大于50N/cm。所以塑膜和钢管的附着力大大增加,此磷化膜还可以防锌的二次生成物和金属皂的生成,因而长期使用也不会降低涂膜的附着力。
3、特殊磷酸锌钙系磷化液适合涂比。PE加工艺经研究多次实验,我们确定特殊磷酸锌钙系磷化液配方为:
Zn:Ca(P04)2一一50一709/I
Zn:(P04)2一一30一509/l
日3po;(浓度50%)一一30一509/,
NaF一一3一59/I
此配方的特点为:在400℃左右的温度下,耐温3一4小时,结晶水析出量较少,磷化膜松脆较小,因此和钢管基体以及LLOPE的粘结力基本上不会降低,这也是提高塑膜与钢管基体附着力的主要原因。
4、管道连接方法采用滑入式接口管道接口连结方式,用户原考虑采用法兰连接或焊接,此两种方法都存在一些问题,法兰连接成本较高,焊接施工困难。根据输送煤气管道气压力在IMaP以下,经试验丫型接口较为适用,其工艺技术己经成熟,成本较低,安装方便,适应性强。螺旋焊管丫型接口生产工艺己经成熟,可用于输送煤气管道(输送压力<iMpa)。如图i所不。

三、涂镀层检测情况经特殊磷化液磷化后,钢管外壁镀锌层的防蚀性能有所增加,如果在使用时,外壁涂耐侯性银粉漆,实验室试验使用寿命可达80一100年。钢管镀锌层内壁经特殊磷化后,由于其磷化膜适应于涂塑时的加热工艺(2印℃一320℃)而不发生脱水,使LLopE塑膜经检测完全达到《o-fl120一2008给水涂塑复合钢管》标准要求,比较优势的是LLop〔塑膜和锌层的附着力大于SONc/m。

外镀锌内涂塑给水钢管可用于煤气输送主管道,其使用寿命可达印年。热镀锌钢管外壁经磷化后涂耐候银粉漆,大气条件下可长期使用,外壁美观实用。热镀锌钢管内壁经特殊磷化后,可涂LLopE,其质量完全可达《a汀120一2008给水涂塑复合钢管》标准要求。管路连接可采用有自主知识产权的丫型接口。