直縫鋼管
摘要:結(jié)合國內(nèi)某銅管生產(chǎn)企業(yè)防腐生產(chǎn)線的建設(shè)方案，介紹了管道防腐生產(chǎn)工藝類型，論 述了外防腐生產(chǎn)線和內(nèi)涂層生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程及各工序的主要特點(diǎn)。介紹了防腐設(shè)備選型 及防腐生產(chǎn)線拋九除銹設(shè)備、中頻加熱裝直、FBE靜電涂覆系統(tǒng)、PE/PP涂覆系統(tǒng)等主要設(shè)備 的特點(diǎn)。該方案的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提高了生產(chǎn)過程中的可靠性和安全性，確保生產(chǎn)正 常運(yùn)行。
關(guān)鍵詞:管道防腐;生產(chǎn)工藝;防腐設(shè)備;先外后內(nèi)

國內(nèi)某大型鋼管生產(chǎn)企業(yè)，為了更好地發(fā)揮 技術(shù)、原料、地理、成本、政策等方面的優(yōu)勢(shì)，使之 具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，擬建一條內(nèi)涂和一條外防腐生產(chǎn)線。防腐生產(chǎn)線的建設(shè)，將會(huì)整體提 升企業(yè)的規(guī)模、技術(shù)和裝備水平、產(chǎn)品檔次，保持企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過相關(guān)技術(shù)人員的大量調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐工作，提出了該鋼管廠防腐生產(chǎn)線建設(shè)方案。筆者就該建設(shè)方案、工藝布置及主要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了介紹。

1建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案

1.1建設(shè)規(guī)模
目前，國內(nèi)外長(zhǎng)輸管線鋼管大部分都需要進(jìn)行防腐，外防腐以油氣輸送管線為主，內(nèi)涂層以天 然氣長(zhǎng)輸管線為主。依據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀和正常年份下的市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)，綜合考慮建設(shè)投資，并避免市場(chǎng) 過度競(jìng)爭(zhēng)等因素，本方案確定內(nèi)涂層、外防腐的設(shè) 計(jì)年產(chǎn)能各為150 X 104平米。
1.2產(chǎn)品方案
(1)內(nèi)涂層產(chǎn)品方案。管徑。到φ1422 mm，鋼管長(zhǎng)度8 -12.5 m，最大壁厚20.6 mm，內(nèi)涂層 類型為減阻型雙組份液體環(huán)氧，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為API RP 512和SY IT 6530-2002。
(2)外防腐產(chǎn)品方案。管徑φ377 -φ1422 mm， 鋼管長(zhǎng)度8 -12.5 m，最大壁厚20.6 mm，外防腐類型 為單層和雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末、二層和三層聚乙烯/聚 丙烯。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)分別為DIN330670， CSA Z245. 20-2002，CSA Z245.21-2002，SY/T0413-2002和SY/T 0315-1997。

2生產(chǎn)工藝

2.1防腐類型
目前，國內(nèi)外主要的外防腐結(jié)構(gòu)有:單層和雙 層熔結(jié)環(huán)氧粉末、二層和三層聚乙烯、三層聚丙 烯、石油瀝青和煤焦油盜漆等。鋼質(zhì)管道根據(jù)輸送介質(zhì)和壓力，以及所在地理位置的氣溫、濕度、 地形地貌，再加上人口、文化、經(jīng)濟(jì)等不同情況，可 采用不同的外防腐結(jié)構(gòu)和材料，從而達(dá)到管道要 求的安全和可靠。內(nèi)涂層按作用可分為防腐型內(nèi)涂層和誡阻型 內(nèi)涂層。國內(nèi)以水泥沙漿、環(huán)氧粉末為主要涂層 材料的防腐型內(nèi)涂層在不同管徑的輸水管道中已 有多年的應(yīng)用歷史。目前，國內(nèi)外主要天然氣管 道普遍采用內(nèi)涂層減阻技術(shù)來降低摩阻，提高輸 量。經(jīng)過多年的應(yīng)用發(fā)展，內(nèi)涂層的涂料生產(chǎn)和施工技術(shù)日趨成熟。
2.2外防腐生產(chǎn)線
外防腐生產(chǎn)線工藝流程如圖1所示。

1)銅管預(yù)熱

鋼管在除銹前，表面必須干燥、無油，管體溫 度應(yīng)高于露點(diǎn)溫度5 攝氏度，如果低于露點(diǎn)溫度，則需
要預(yù)熱，預(yù)熱溫度為40 - 60 攝氏度。
(2)拋九除銹

鋼管在除銹前應(yīng)去除表面的油脂、污垢、焊 渣、毛刺等，然后進(jìn)行拋丸除銹。
(3)銅管內(nèi)吹掃

利用壓縮空氣噴嘴伸入管內(nèi)，將管內(nèi)除銹后的 殘?jiān)�、鋼砂吹掃干凈，確保涂敷時(shí)不落入噴涂室內(nèi)。
(4)除銹檢測(cè)

除銹后的鋼管應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，以 達(dá)到除銹等級(jí)的要求。檢測(cè)合格的鋼管進(jìn)入外涂 敷，不合格的鋼管返回重新除銹。
(5 )管端貼紙

為了便于現(xiàn)場(chǎng)焊接，管體兩端要求一定的預(yù) 留段，預(yù)留段長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定，一般為100-150 mm。涂敷前按預(yù)留段寬度貼紙或涂刷可去除性涂料。
(6)微塵處理

鋼管進(jìn)入涂敷室前進(jìn)行微塵處理，去掉除銹后鋼管表面的一些微粉塵，以利于提高涂層的附 著力。
(7)中頻加熱

采用元污染的中頻感應(yīng)電加熱方式，快速均勻地將管體加熱到220攝氏度左右，滿足涂敷溫度的 需要。
(8)環(huán)氧粉末底漆噴涂

單層環(huán)氧粉末、雙層環(huán)氧粉末、三層結(jié)構(gòu)層的底漆采用了具有良好附著力、抗陰極剝離等優(yōu)良防腐性能和力學(xué)性能的環(huán)氧粉末涂料。該涂料在加熱的鋼管上采用靜電噴涂，噴涂厚度60 -100um，并由設(shè)計(jì)確定。

(9)膠粘劑IPE擠出側(cè)纏繞

對(duì)于三層結(jié)構(gòu)涂層，中間層是膠粘劑，最外層是PE層，這兩種涂層中，膠粘劑起著粘接底漆與PE兩種不同極性材料的作用;對(duì)于兩層PE結(jié)構(gòu)層，底層是膠粘劑，最外層是PE層。采用塑料擠出機(jī)和專用模頭將這兩種涂層材料擠成片材并纏繞在管體上。
(10)涂層表面滾壓

剛涂敷完P(guān)E層的鋼管，通過壓輯將多個(gè)PE層葉壓成單層，并把PE層與其他成分連接在一起，保證了涂層的平整均勻，還可以防止空氣夾雜在層中。

(11 )切口
由于管子一根接著一根進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，且管體兩端要求一定的預(yù)留段，因而在涂敷前必須按 照預(yù)留段的寬度貼紙或涂刷可去除性涂料，涂敷 后用人工切斷兩管段間的連續(xù)涂層，并剝?nèi)ヮA(yù)留段涂層。
(12)冷卻
鋼管涂敷后，涂料在管體上還處于熔融狀態(tài)， 不能與作業(yè)線傳動(dòng)輪相接觸，需將其迅速冷卻到 60攝氏度左右。
(13 )端頭打磨
去除鋼管兩端預(yù)留段的涂層后，還須打磨干凈，并把涂層端面打磨成坡口，以便補(bǔ)口時(shí)與補(bǔ)口涂層更好結(jié)合。
(14 )涂層質(zhì)量檢驗(yàn)
按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行針孔、剝離、厚度、沖擊等質(zhì)量檢測(cè)。
(15 )標(biāo)識(shí)
對(duì)合格的成品管進(jìn)行標(biāo)識(shí)，包括涂層結(jié)構(gòu)、鋼管直徑、長(zhǎng)度、生產(chǎn)單位及日期等。
2.3內(nèi)涂層生產(chǎn)線
內(nèi)涂層生產(chǎn)線工藝流程如圖2所示。

 

(1)預(yù)熱
鋼管在除銹前，內(nèi)表面必須干燥、無油，管體 溫度應(yīng)高于露點(diǎn)溫度5攝氏度，如果低于露點(diǎn)溫度，則需要預(yù)熱，預(yù)熱溫度為40 - 50攝氏度。
(2)內(nèi)拋九除銹
鋼管在進(jìn)行內(nèi)拋/噴丸處理前，應(yīng)去除內(nèi)表面的油脂、污垢、焊渣、毛刺等，然后進(jìn)行拋/噴丸處理過程。
(3)除銹后質(zhì)量檢測(cè)
除銹后的鋼管應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)以達(dá)到除銹等級(jí)的要求。
(4)切口
為了便于現(xiàn)場(chǎng)焊接，管體兩端要求一定的預(yù)留段，預(yù)留段長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定，一般為50-80 mm。涂敷前按預(yù)留段寬度貼紙或涂刷可去除性涂料。

(5 )噴涂
鋼管內(nèi)表面和端部處理后應(yīng)立即進(jìn)行噴涂。

(6)固化
鋼管經(jīng)過內(nèi)涂敷后，送人固化爐進(jìn)行固化。

(7)內(nèi)涂層質(zhì)量檢驗(yàn)
按照有關(guān)規(guī)定，對(duì)涂層質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

(8)標(biāo)識(shí)
對(duì)合格的成品管進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
根據(jù)計(jì)算，完成150 x 104m2內(nèi)涂層和外防腐層， 需要34但h，機(jī)組年有效工作時(shí)間為44:卻h，機(jī)組負(fù)荷率為3402144:卻=77.0%。因此，機(jī)組可以完成設(shè) 計(jì)產(chǎn)能要求。防腐生產(chǎn)能力計(jì)算見表l和表2。

3主要生產(chǎn)設(shè)備

3.1設(shè)備選型
通過大量工程技術(shù)人員的實(shí)際調(diào)研，并從生 產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備投資、生產(chǎn)成本等方面綜合考慮，確定防腐生產(chǎn)線的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備包括拋丸除銹設(shè)備、中頻加熱裝置、擠塑機(jī)等，全部機(jī)械設(shè)備均為國產(chǎn)。
內(nèi)涂層和外防腐生產(chǎn)線主要設(shè)備性能參數(shù)見 表3。

 

3.2主要生產(chǎn)設(shè)備特點(diǎn) 3.2.1拋九除銹設(shè)備
拋丸室用型鋼框架及鋼板焊接而成，保證室 體有足夠的剛度和強(qiáng)度，拋丸室內(nèi)側(cè)裝有耐磨高 錨鋼襯板，提高了使用壽命，為防止彈丸飛濺，在室體兩端加裝組合式可換密封裝置。拋丸器采用 上拋結(jié)構(gòu)，拋丸器主要由葉輪、葉輪驅(qū)動(dòng)盤、分丸 輪、定向盤、葉片、電機(jī)、高錨耐磨防護(hù)襯板、減震 橡膠等構(gòu)成，該機(jī)具有拋丸量大、葉輪使用壽命 長(zhǎng)、更換方便等優(yōu)點(diǎn)。BE型滿幕簾流幕式自動(dòng)調(diào)整型丸渣分離器，提升機(jī)采用平皮帶傳動(dòng)的斗式 提升機(jī)，卸料方式為離心重力式，皮帶張緊調(diào)節(jié)范 圍為200 mm。除塵設(shè)備由一級(jí)旋風(fēng)除塵器和二級(jí)脈沖反吹 式布袋除塵器組成，除塵器底部設(shè)排灰閥。
3.2.2中頻加熱裝直
采用晶閘管中頻裝置，利用晶閘管元件將工頻三相交流電源轉(zhuǎn)換成單相中頻電源;啟動(dòng)采用它激轉(zhuǎn)自激形式的掃頻式零壓軟啟動(dòng)方式，啟動(dòng) 過程中頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電流電壓調(diào)節(jié)閉環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤負(fù)載的變化;電路采用專門設(shè)計(jì)的恒功率控制路，在運(yùn)行過程中自動(dòng)監(jiān)視電壓及電流的變化情況，根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)輸出功率;采用數(shù)字 控制電路，可靠性高，三相電源相序以及電容柜和 爐體的連線均不需特別指定，采用電源熱交換裝 置對(duì)使用過程中容量較大的發(fā)熱電器元件進(jìn)行冷卻，該裝置采用內(nèi)、外雙循環(huán)系統(tǒng)，用純水或蒸館水作為主循環(huán)冷卻介質(zhì)，采用普通水作為輔循環(huán) 冷卻介質(zhì)，不同管徑的鋼管生產(chǎn)時(shí)應(yīng)選用合理規(guī)格的感應(yīng)器。感應(yīng)器線圈由優(yōu)質(zhì)大截面矩型銅管繞制而成，線圈表面涂防潮絕緣磁漆，進(jìn)出水管采 用快插接頭連接，外形為方形的感應(yīng)器安裝在高度可調(diào)整的支架上，可I采用紅外測(cè)溫設(shè)備監(jiān)測(cè)鋼管表面溫度，靜態(tài)精度±2% ，并通過和記錄儀的 信號(hào)連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和處理。
3.2.3 FBE靜電涂覆系統(tǒng)
電暈式高壓靜電自動(dòng)粉末噴槍的設(shè)計(jì)，滿足了在高溫環(huán)境狀態(tài)下對(duì)管道外部噴涂熱熔性環(huán)氧粉末的應(yīng)用。高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)能產(chǎn)生高達(dá) 100 kV( DC)的靜電電壓，保證了高速及高膜厚管道噴涂應(yīng)用時(shí)獲得較高的上粉率，滿足嚴(yán)格的工業(yè)設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)，使用操作安全。模塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)便于日常清理和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，多噴槍系統(tǒng)控制器安 裝在19#控制柜上，控制器對(duì)噴槍對(duì)應(yīng)的每個(gè)供粉泵進(jìn)行充氣流量及粉末流量的控制，高壓靜電充電輸出電壓可在0-100kV范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以改善電場(chǎng)強(qiáng)度以及獲得最佳的操作靈活性。該系統(tǒng)設(shè)有料位報(bào)警裝置、火焰報(bào)警裝置和二氧化碳滅火系統(tǒng)等多重保護(hù)。噴房采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)安裝照明設(shè)備。粉末回收采用旋風(fēng)加濾芯的 型式，濾芯材料選用聚脂纖維+微孔鋁筒復(fù)合材 料，該產(chǎn)品對(duì)過噴粉末既有消除靜電功能又可反復(fù) 水洗。
3.2.4 PE/PP涂覆系統(tǒng)
采用5J220 x 30單螺桿擠出機(jī)擠出PE/PP 料，通過與主機(jī)相連接的換網(wǎng)器濾除物料中可能存在的雜質(zhì)以免損壞模頭，通過適配器以及與之相連的T型模具擠出PE/PP片材;采用5J90x30單螺桿擠出機(jī)擠出膠粘劑料，通過與主機(jī)相連接的換網(wǎng)器濾除物料中可能存在的雜質(zhì)以免損壞模頭，通過適配器以及與之相連的T型模具擠出膠 粘劑片材。當(dāng)鋼管螺旋通過涂覆區(qū)域時(shí)，帶動(dòng)塑料片材包裹到鋼管的表面，同時(shí)硅膠制作的壓輯將膠片壓實(shí)到鋼管的表面，增加剝離強(qiáng)度，同時(shí)排出可能夾在膠片與鋼管中的空氣;為防止鋼管通過涂覆區(qū)域時(shí)因管端可能的下沉導(dǎo)致管頭容易出現(xiàn)氣泡，在此設(shè)置托管小車。

4結(jié)語

隨著我國在石油、化工、天然氣等行業(yè)的發(fā)展，管道建設(shè)的規(guī)模越來越大。與此同時(shí)，管道防腐也受到人們關(guān)注，并具有良好的應(yīng)用前景。管道防腐生產(chǎn)工藝方案有待于進(jìn)一步探索，為管道行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

河北龍馬鋼管制造股份有限公司

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