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胡超探讨民用燃气工程管道功能性试验方法

    某地需铺设煤气管道工程,采用螺旋焊管,外径为480~,壁厚12~,每根长度为1 200~。其中有12 km管线需经过山地。据地质勘探,山地岩石坚硬,钻洞困难,造价高,因此拟设计架空走管。考虑到当地的煤气成分主要为一氧化碳、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,要求钢管内壁涂线性低密度聚乙烯(LLDPE)膜,其质量不得低于《CJ/T120-2008给水涂塑复合钢管》标准要求。


1、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工艺的中、大口径钢管也未见资料报道。

1.1电镀锌不适宜的原因
    钢管电镀一般仅获得5-8焊口部位镀层较薄,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,然而其致命缺点是钢管外壁镀层太薄,防腐蚀性能差,电镀锌显然不宜被采用,用户也不同意。

1.2钢管热镀锌内壁涂泥巴方法不可取
    采用钢管热镀锌工艺一般说来内、外壁全部有镀锌层,其镀层厚度内外壁差别不大,约5070 N,m,因考虑钢管内壁涂LLDPE,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。为使钢管热镀锌内壁时无锌层,可以在钢管内壁经酸洗涂助镀剂后再涂泥巴然后热镀。经实验,热镀时约有30%一50%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,甚至有些部位塑膜附着力小于30 N/cm,达不到《CJ/T120-2008给水涂塑复合钢管》标准要求。且因为泥巴中含有Si02,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。

1.3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,如采用内壁热镀锌,突出的问题是热镀锌层上涂LLDPE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,这层白锈用手轻轻一摸就可以去掉。这正是LLDPE附着力差的原因,如果选择热镀锌,提高其附着力是一个技术难题。

2、热镀锌钢管内壁处理方法的选择

2.1喷丸处理
    一般钢管内壁经喷丸前处理后涂LLDPE,质量是比较可靠的。但由于热镀锌内壁有一层近70厚的锌层,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,所以其结合力大大下降,且喷丸时,对热镀锌钢管外壁损害较为严重。因此,喷丸前处理是不适宜的。

2. 2磷化处理
    热镀锌钢管内壁前处理的另一种方法就是磷化处理,经实验锌层也可以磷化,它的反应机理和钢材一样,磷化处理一般情况下多采用Zn3 ( P04 ) z和H3P04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30 N/cm,虽然基本上达到《CJ/T120-2008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LLDPE热熔涂塑膜附着力大小与钢材基本相同,达到50 N/cm以上。经过多次实验,采用特殊的磷化工艺配方进行热镀锌钢管磷化处理,效果很好。

2. 3特殊磷酸锌钙系磷化工艺
    经多次实验,确定磷酸锌钙系磷化液配方为:
    Zn2 Ca(PO,):50一70岁L
    Zn3(P0,):·2H20     30一50扩L
    H3 P04(80%)30一50扩L
    NaF                      3一5岁L
    此配方的特点为:在400℃左右的温度下,耐温3一4h,结晶水析出量较少,磷化膜脆性较小,和钢管基体以及LLDPE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川。其钢管外壁锌层经此磷化后,防蚀能力也有所提高。

2. 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1 MPa以下,经试验Y型接口较为适用,其工艺技术已经成熟,成本较低,安装方便,适应性强。
    涂镀前将钢管接头部位加工成可以搭接的形式,搭接部位用聚氨醋密封圈密封,本连接在管体稍有移动时,密封性能仍然良好,是具有自主知识产权的新技术。

超声波清洗
    利用超声波快速“空化”效应能够将封接件玻璃中的微小气孔和微细裂纹内的镀液快速清洗出。清洗时间10- 20 mina

烘箱干燥
    烘箱温度为120℃,保温时间在4h以上,然后自然冷却。



3、涂镀层检测情况
    1)经磷化工艺处理后,钢管外壁镀锌层的防蚀性能有所增加,使用时,外壁再涂耐侯性银粉漆,试验室试验寿命可达80一100年。
    2)由于磷化膜适应于涂塑时的加热温度(260一32090)而不发生脱水,使LLDPE塑膜经检测完全达到((} CJ/T120-2008给水涂塑复合钢管》标准要求,LLDPE塑膜和锌层的附着力大于50 N/cm 。
 

总结下:

   1)外镀锌内涂塑钢管可用于煤气输送主管道铺设,其使用寿命可达60年。
    2)热镀锌钢管外壁经热镀锌后涂耐候银粉漆,大气条件下长期使用,外壁美观实用。
    3)热镀锌钢管内壁经特殊磷化后,可涂LLDPE,管路连接采用Y型接口,其质量完全可达《CJ/T120-2008给水涂塑复合钢管》标准要求。