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全方位简介钢管涂塑技术珍藏

随着人们环保意识的提高,世界上对VOC的控制越来越严格,对环保呼声也日益高涨,涂料产品不断向无溶剂,低污染节能型方向发展。粉末涂料、无溶剂厚浆涂料、水性涂料是发展的重要方向和研究的热点。钢管涂塑是近几十年发展起来的一种管道防腐技术,钢管用粉末涂料以其极高的生产效率,优异的涂膜性能,良好的生态环保性和突出的经济性,征服了整个涂料领域。

所谓钢管涂塑就是用粉末涂料涂装钢管,即将粉末涂料以喷涂、吸涂、浸涂、撒涂等工艺方法均匀涂覆于钢管的内、外壁,通过烘箱热熔流平固化,在钢管表面形成一种防腐保护层,是钢塑复合管的一种。这里的“涂塑”含义不包括液体涂装、衬塑等工艺方法。

塑料粉末涂层钢管,国外在20世纪50年代中期开始研究,60年代逐渐扩大推广应用。环氧粉末涂层钢管,1960年就已产品化,当时在美国应用发展很快。美国3M公司环氧粉末涂层钢管已有40多年应用历史,日本在1958年着重研究聚乙烯粉末涂料和涂装技术,并于1961年开始正式投入生产。在以后40年中,随着聚乙烯树脂需求量扩大,生产规模不断扩大,涂装口径从15~4 000 I啪,长度从6~12 m。生产厂有第一高周波、川崎制铁、新日铁、住友金属工业、NI张、积水化学工业、三菱树脂等公司,并且在技术引进的情况下发展了环氧粉末涂层钢管。住友金属工业和日本钢管(NKK)公司在1981年开始正规生产环氧粉末涂层钢管。

我国对塑料粉末涂层钢管的研究起步较晚,于80年代初期刚开始着手,比先进国家晚了20多年,但发展速度较快。最先研制的单位有中国船舶工业船舶工艺研究所、石化部天津工程技术研究院、华北油田设计院、河北廊坊管道设计院以及中国科学院沈阳防腐研究所、冶金部郑州金属制品研究所等。特别是船舶工艺研究所,钢管内壁涂塑技术已作为国家科委重点推广项目,列入上海市星火计划,获得国家银质奖、部级二等奖和成果推广一等奖等奖项,目前已有30多个单位进行技术转让。前年我所又成功地研究出小口径钢管吸涂技术,在这个技术领域里处于国内领先地位。国家建设部为了保证自来水的水质,在2000年提出自来水输水管禁止使用镀锌管,许多焊管镀锌厂都面临倒闭,转让我们的技术后,这些工厂又有了新的活力。因此经济效益、社会效益相当明显。

目前,随着钢管涂塑工艺、装备、材料、检测手段的不断提高和发展,塑料粉末涂层钢管将会日益趋向完善,已经形成产品化、规格化和商品化,并有批量生产能力。

料粉末涂装特点
(1)调制涂料的工艺过程,不需混合,节省时间;
(2)不使用溶剂,因此无大气污染;在运输、贮存及使用时安全方便;
(3)飞溅的粉末涂料可以收集重新使用,不会浪费;
(4)厚层涂膜可以一次完成,且不会出现淌挂现象,因此可以大大提高工作效率,降低成本;
(5)固化时间短,便于进行快速涂覆,容易实现涂装自动化、合理化;
(6)粉末涂料在输送、贮存及使用时都比溶剂型涂料来得安全、方便;
(7)涂层表面光滑、磨擦系数小,内壁涂覆环氧粉末涂层,可提高输油、输气效率约5%。10%,抑制石蜡在管壁沉积;涂覆聚乙烯涂层可以防止结垢,因聚乙烯是非极性材料,所以海生物很难粘附,且有利管道清洗。

塑料粉末涂层钢管在工艺上优于镀锌钢管、衬塑钢管、衬胶钢管和铝塑复合管。表1是几种涂层钢管的工艺对比。

从材料性能和强度以及实际应用情况来看,最佳的是钢管涂塑管道,它具有钢的强度和塑料的优良耐腐蚀等性能。尤其对大直径输水管更适宜,衬塑管、铝塑复合是不可能的。各种材料的性能对比见表2。

钢管涂塑用的粉末涂料大多数是防腐型的粉末涂料,从其性质来看可分为热塑性和热固性两大类。

主要是聚乙烯粉末涂料,也有聚丙烯粉末涂料及氟以热塑性树脂作为成膜物质,其特点是:该树脂可随着温度的升高而变软,冷却后变得坚硬,且这个塑料粉末涂料。聚乙烯粉末涂料在日本、德国使用弯曲性能,国内目前应用于钢管涂塑的热塑性树脂,相对分子质量,所以具有优良的抗化学性、韧性和抗相当广泛。过程可反复进行多次。通常热塑性树脂具有较高的以热固性合成树脂作为成膜物质,其特点是:用某些较低聚合度的预聚体树脂,加入适量的固化剂,在一定温度下烘烤固化,而成为不能溶化或熔融的质地坚硬的最终产物。当温度再度升高时,产品只能分解,而不能重新软化,这属于化学交联变化。这类合成树脂相对分子质量一般较低,但当固化时能交联成网状的高相对分子质量化合物,因此有较好的流平性、润滑性、能牢固地粘附于金属工件表面,并且固化后有较好的装饰性、防腐性。用于钢管涂塑的有环氧树脂、改性环氧树脂、环氧酚醛树脂、聚氨酯树脂等的粉末涂料。在美国广泛使用环氧粉末涂层钢管。

由于钢管内输送不同类型的介质,因此其涂层也相应地使用不同类型的粉末涂料,正确选用粉末涂料,对确保钢管的防腐性和延长其寿命有着重要的作用。

 

表3充分说明聚氨酯涂层(衬里)具有极好的耐磨性,值得我们去开发,以满足电力和挖泥船管道使用的需要。另外,尼龙粉末涂层钢管也具有良好的耐磨性。近年来随着高分子材料的发展,出现了超高相对分子质量聚乙烯(相对分子质量在150万以上),其具有非凡的耐磨性,并日益被人们所认识,虽然目前还未制成粉末涂料,但制成衬里钢管还是现实的,这也是我们要开发的涂层钢管。超高相对分子质量聚乙烯耐低温陛能特别好,能在一269℃下使用,可作为输送LNG管道。各种材料的磨损特性见表4。

对埋设在地下的钢管,外层涂层必须选用防腐性能好、使用寿命长的粉末涂料。美国一家油气运输公司根据几十年的经验对几种防腐材料进行了比较,结果见表5。由表5可见,无论从技术角度,还是经济角度来看,粉末涂料都具有其他材料不可比拟的优点。随着涂装技术的发展,对于埋地管道防腐要求越来越高,最近国内外都采用三层聚乙烯防腐和双层环氧粉末涂层防腐,西气东输钢管防腐工程就采用了这2种新技术防腐。这里简单介绍一下3层防腐结构:包括环氧粉末涂料底层、EvA(乙烯一醋酸乙烯酯共聚物)胶粘剂中间层和聚乙烯面层。其中环氧粉末底层的作用是形成连续的涂膜,与钢管表面粘接、固化而提供良好的附着力,并具有耐化学性和抗阴极剥离能力。EVA胶粘剂的作用是在粉末涂料固化之前与之融合,并与外层聚乙烯层粘接,使3层成为一个整体。3层防腐结构兼有环氧粉末涂料的附着性、防腐性和聚乙烯层的耐候性、抗破坏性,弥补了各自的缺点,从而大大提高了涂层的使用寿命。这种防腐形式的缺点是聚乙烯虽具有良好的绝缘性和耐候性,但它会阻碍阴极保护电流通过,使阴极保护失去作用。双层环氧粉末涂料体系由2种不同的环氧粉末涂料组成,一次喷涂成膜。底层为普通环氧粉末涂层,提供防腐性和附着力,外层为增韧环氧粉末涂层,提供耐机械损伤性能,2层中间是过渡层,因为2层的基料具有相同的结构,所以具有较好的相容性,可形成一个有机的整体,不会产生层间分离现象。整体涂层厚度为625~l 000肛m(底层250~350弘m;过渡层25~50 pm;外层350~600 pm)。

综上所述,这几种涂覆形式各有优缺点(见表),应根据施工的地理位置、地质状况、施工条件、施工方法等因素选择防腐形式,以使钢管得到长期的、完美的保护。

一般选用耐候性的粉末涂料,如聚酯粉末涂料、丙烯酸酯粉末涂料,但是这2种粉末涂料作为管道防腐涂料使用很少,仅作为装饰型粉末涂料使用。从价格上考虑,一般选用线性低密度聚乙烯粉末涂料,它具有涂层柔韧、耐冲击性能好、耐候性良好、涂层玻璃化温度低,能适应寒冷地区的施工和使用、保温性能良好等优点,缺点是附着力比环氧粉末涂层差。

管涂塑工艺原材料准备粉末涂料涂覆用粉末涂料必须保持干燥,不得结块,应在保质期内使用,对含有水分的涂料必须进行低温(40~50℃)烘干8 h以上。涂塑用钢管涂塑用钢管内、外表面应无毛刺或开焊现象,无严重锈蚀和变形,应符合钢管标准要求。喷砂用磨料喷砂用磨料钢丸的粒度控制在0.8~1.2-砌,钢丸强度为l 200~1 600 MPa;钢丝段规格控制在直径1 mm,长1.2·砌,磨料必须保持干燥和清洁。对喷砂用空压机的水分和油脂分别控制在0.1 g/In3、0.01 g。

钢管涂油有如下几种方法:火焰除油法:将钢管通过火焰把油污除去;高温除油法:将钢管放在烘炉内烘烤,温度400℃,时间2~4 h;汽化脱脂:采用三氯乙烯蒸汽清洁钢管表面的油污;碱性溶化除油:采用除油液浸渍一定时间,除去钢管上的油污;通常选用高温除油为好。

钢管除锈目前有2种方法:机械除锈和化学除锈。通常都采用机械除锈,对钢管内壁除锈大多数采用喷丸工艺,大口径钢管除锈可以采用抛丸除锈,更适用于钢管外表面除锈,其除锈速度大大高于喷丸除锈。喷丸除锈表面清洁度应符合GB 8923“涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级”中Sa 2.5级的要求。喷丸除锈表面粗糙度应符合GB 13288“涂装前钢材表面粗糙度等级的评定(比较样块法)”中30~70弘m,粗糙度决不能大于涂层厚度的1/3。

对钢管与法兰的焊接焊缝及其他焊缝要用砂轮打磨平整光滑、并无砂眼。

对于环氧粉末涂料喷涂的,预热温度为200。240℃左右,预热温度太高,涂层交联反应过快,使涂层内部发泡,导致质密程度差,大量出现针孔和涂层变色;预热温度太低,钢管涂层厚度达不到,还会影响其它性能。不同的涂装工艺,钢管预热温度不同,吸涂工艺与喷涂工艺钢管预热的温度就不一样。正确地控制钢管预热温度是很重要的,必须在涂覆过程中经常检测管体的预热温度。对于热塑性聚乙烯粉末涂料预热温度在300℃左右,这对于提高聚乙烯涂层的附着力有极大的好处。温度越高,粉末涂料熔融粘度越低,钢管表面浸透性越好,粘合面积就越大,附着力就越好。

钢管旋转速度钢管旋转速度根据钢管直径及粉末涂料而定,一般为100 r/IIlin左右,线速度v=0.4~0.6 m/s(钢管直径大,线速度取大)。环氧粉末涂层钢管转速可以取大一些,聚乙烯粉末涂层钢管转速可以取小一些。

对大口径钢管可以来回喷涂,对小口径钢管喷枪前进不喷,后退一次喷涂完成。对普通型环氧粉末涂料为(180±10)℃;固化时间为30~40 IIlin或者根据粉末涂料生产厂规定进行。对聚乙烯粉末涂料塑化温度为(200±lO)℃;塑化时间为30~40 IIlin或者根据粉末涂料生产厂规定进行。

钢管涂层质量检查.外观检查为每根钢管的必检项目。检查方法:目测或借助于放大镜;技术要求:涂层平整、光滑、无流挂、无缩孑L、颜色均匀、允许涂层有轻微的桔皮。

针孔检查为每根钢管的必检项目。检查方法:(1)采用2041型低压报警涂层检漏仪进行,适用于薄涂层,介质为不挥发性物质;(2)采用高压电火花涂层检漏仪进行,适用于厚度超过500肛m涂层,介质为挥发性物质,检查电压以涂层厚度为基准:1弘m=4。5 V;技术要求:涂层无针孔。

厚度检查采用抽查法,以每批同种规格涂塑钢管的5%进行,至少不低于2根。检查方法:采用磁性测厚仪或深孔测厚仪,在钢管两端不小于300 r砌处的直径方向上、下、左、右4点测定,计算平均值。技术要求:厚度应不小于设计厚度,如果不合格以2倍的抽样检查,如果还是不合格,通批钢管应全部检查,不合格的进行返修。如果上述3项有一项不合格,就必须进行返修直到合格为止涂层严重缺陷应当把钢管涂层全部去掉重新涂塑,严重缺陷涂层清除的方法有下列几种:用火焰烧去涂层;用烘炉除去涂层:一般烘烤温度在500℃左右,使涂层分解碳化;用化学方法除去涂层:使用脱漆剂浸泡或擦洗涂层;用喷砂方法将涂层除去。

涂层较严重缺陷这种情况下不用清除涂层,可进行二次喷涂,在缺陷处及周围用砂纸或其他工具打毛,并清理干净;钢管预热温度应控制在涂层不流挂、不破坏的范围内(大约在180℃左右),用简易喷枪进行修补。喷后再进行固化。此法适用于环氧粉末涂层钢管,聚乙烯粉末涂层钢管不能使用。