新型消防涂覆管自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝及裝備設(shè)計(jì)

徐志茹，楊偉芳 （浙江金洲管道科技股份有限公司，浙江湖州 313000）鄭小艷，沈國方 （中國聯(lián)合工程公司，浙江杭州 310052）

涂裝技術(shù)

新型消防涂覆管自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝及裝備設(shè)計(jì)

徐志茹，楊偉芳 （浙江金洲管道科技股份有限公司，浙江湖州 313000）
鄭小艷，沈國方 （中國聯(lián)合工程公司，浙江杭州 310052）

以浙江金洲管道科技股份有限公司新建的自動(dòng)化消防管內(nèi)外涂覆生產(chǎn)線為例，介紹了消防涂覆管的生產(chǎn)工藝，通過多工位同時(shí)內(nèi)外噴涂，大大提高了生產(chǎn)線的效率；通過工藝優(yōu)化和設(shè)備配置大幅度地減少了設(shè)備能耗；通過設(shè)計(jì)的特殊工裝和定位，實(shí)現(xiàn)了鋼管內(nèi)外表面無工藝夾持瑕疵，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

消防涂覆管；生產(chǎn)工藝；自動(dòng)化生產(chǎn)線

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近幾年來內(nèi)外涂覆防腐鋼管已被廣泛用于建筑給排水、生活飲用水輸配、消防管道等工程，目前我國涂覆管的產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的行業(yè)總體水平呈健康發(fā)展趨勢(shì)，但也存在著技術(shù)與裝備水平落后、專業(yè)性不強(qiáng)、企業(yè)規(guī)模相對(duì)偏小、集約化程度不高等不足［1］，產(chǎn)量不高且產(chǎn)品質(zhì)量受到裝備技術(shù)的限制，其生產(chǎn)基本還停留在單根鋼管內(nèi)涂或內(nèi)外涂覆的半自動(dòng)化生產(chǎn)水平，涂層膜厚均勻性得不到有效控制。尤其是消防用內(nèi)外涂覆管，盡管早在2010年國家標(biāo)準(zhǔn)委就發(fā)布實(shí)施了GB/T 5135.20—2010《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 第20部分：涂覆鋼管》國家標(biāo)準(zhǔn)［2］，但由于受涂覆管產(chǎn)品的成本以及項(xiàng)目業(yè)主的思想觀念等綜合因素影響，行業(yè)中尚未發(fā)展建立成熟的供應(yīng)體系，故該類產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用仍是差強(qiáng)人意。2015年新的環(huán)境保護(hù)法實(shí)施后，建筑領(lǐng)域管道工程項(xiàng)目涉及二次防腐施工的環(huán)保壓力陡然增加，工廠化預(yù)制消防涂覆管的工程規(guī)模應(yīng)用契機(jī)已經(jīng)到來。鑒于此，開發(fā)了基于高自動(dòng)化水平的消防管涂覆生產(chǎn)線，目前該生產(chǎn)線已經(jīng)建成并投入生產(chǎn)，以下重點(diǎn)介紹該涂覆生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝。

1 生產(chǎn)工藝

1.1 工藝要求及特點(diǎn)

（1） 以焊管或鍍鋅管為基管，其內(nèi)外表面涂覆環(huán)氧粉末涂料（內(nèi)表面吸涂、外表面噴涂）；

（2） 工件為內(nèi)徑15~300 mm鋼管，長度為6 m，長度允差為20 mm，部分規(guī)格長度滿足3~6 m；

（3） 作業(yè)方式：采用車間行車+轉(zhuǎn)運(yùn)車進(jìn)行原材料及成品運(yùn)送，人工輔助上件，經(jīng)吹掃、預(yù)熱（中頻加熱）、內(nèi)外涂覆、在線工藝點(diǎn)補(bǔ)噴、固化、強(qiáng)冷、噴碼、貼標(biāo)、檢查去次品、加蓋、碼垛、成捆覆膜、打包、稱重、儲(chǔ)捆、下件等工序；

（4） 工件預(yù)熱溫度為150℃，涂料固化溫度180℃、固化有效時(shí)間≥15 min；

（5） 內(nèi)外涂覆作業(yè)時(shí)要求工件自轉(zhuǎn)；

（6） 四工位之間均為獨(dú)立系統(tǒng)，具有自動(dòng)識(shí)別工位上有無工件并啟動(dòng)對(duì)應(yīng)涂覆系統(tǒng)的作業(yè)功能；

（7） 預(yù)熱工序采用中頻加熱方式（部分區(qū)間規(guī)格采用天然氣直燃加熱），固化工序采用天然氣直燃加熱；

（8） 工件完成內(nèi)外涂覆后，性能應(yīng)滿足現(xiàn)行的GB/T 5135.20—2010《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 第20部分：涂覆鋼管》、GB/T 28897—2012《鋼塑復(fù)合管》和CJ/T 120—2016《給水涂塑復(fù)合鋼管》等標(biāo)準(zhǔn)的要求。每根鋼管涂層厚度均勻性偏差≤15%，工件流經(jīng)生產(chǎn)線整個(gè)過程除固化時(shí)管端擱點(diǎn)或內(nèi)表面掛點(diǎn)外，不允許存有表面瑕疵；

（9） 生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，僅上件拆捆、檢查去次品、下件等處需要基本工人，打包處需要輔助工人外，其他各工位均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；

（10） 采用自動(dòng)碼垛打包系統(tǒng)（含成捆覆膜），打包后成捆稱重，根據(jù)質(zhì)量歸類，集中幾捆下件。

1.2 工藝分析

目前，鋼管涂覆從技術(shù)路線來講基本有旋轉(zhuǎn)熱涂法和粉末流化床涂覆法兩種［3］，后者生產(chǎn)工藝雖有報(bào)道但受管子特定外形的影響并未得到廣泛應(yīng)用，而旋轉(zhuǎn)熱涂法內(nèi)外表面涂覆管的生產(chǎn)線較多，但均以單根半自動(dòng)作業(yè)為主，且內(nèi)涂和外涂分2次進(jìn)行，需要補(bǔ)熱和二次固化，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)線設(shè)備能耗大。噴涂作業(yè)完成后還需要對(duì)支撐點(diǎn)進(jìn)行人工修補(bǔ)，人工作業(yè)量大，修補(bǔ)后自干還需要有較大的堆場，無法與后續(xù)打包等工序形成自動(dòng)化流水生產(chǎn)線。

通過開展實(shí)地調(diào)研，進(jìn)行多次的試驗(yàn)評(píng)估和優(yōu)選，最終確定了消防涂覆管的生產(chǎn)工藝，主要有以下幾個(gè)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：

（1） 消防管用環(huán)氧粉末涂料的涂覆溫度工藝窗口較窄，鋼管在預(yù)熱、固化時(shí)的溫度應(yīng)做到均勻、可調(diào)。鋼管預(yù)熱采用中頻加熱方式，鋼管沿長度方向勻速運(yùn)行時(shí)進(jìn)行加熱，能有效地減少能源消耗，且能很方便地對(duì)鋼管需要的工藝溫度進(jìn)行修改和調(diào)整。鋼管固化采用天然氣直燃加熱和熱風(fēng)循環(huán)方式的固化爐，確保溫度的均勻性。同時(shí)，工藝路線兼容了近年來行業(yè)比較熱門的低溫固化型熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂覆工藝［4］，確保若干時(shí)間內(nèi)裝備的工藝技術(shù)不落后。

（2） 為節(jié)省能源，該生產(chǎn)線內(nèi)外涂覆設(shè)計(jì)在同一個(gè)工位完成，通過兩端夾緊使工件自轉(zhuǎn)。內(nèi)涂覆采用文丘里原理，一端供粉和壓縮空氣，另一端采用負(fù)壓裝置產(chǎn)生吸力來吸涂。外涂覆采用噴涂工藝，根據(jù)工件長度等間距布置噴槍，采用往復(fù)機(jī)帶動(dòng)噴槍進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)外涂覆完成后對(duì)兩端夾緊旋轉(zhuǎn)裝置接觸部位再進(jìn)行補(bǔ)噴。

（3） 因噴涂后進(jìn)行固化需要輸送轉(zhuǎn)接，且噴涂的膜厚較厚，對(duì)接觸部位會(huì)造成不可修復(fù)的瑕疵，所以在噴涂時(shí)對(duì)外部轉(zhuǎn)接部位進(jìn)行屏蔽，暫不噴涂，轉(zhuǎn)接后工件兩端置于輸送工裝上，對(duì)屏蔽位置進(jìn)行補(bǔ)噴后再進(jìn)入固化爐。

（4） 內(nèi)徑32 mm以下的鋼管在通過兩端夾緊使其自轉(zhuǎn)時(shí)，鋼管中部必須進(jìn)行支撐，為避免支撐點(diǎn)對(duì)外表面噴涂層的破壞，支撐點(diǎn)與噴涂后輸送轉(zhuǎn)接點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近，采用同一個(gè)屏蔽罩進(jìn)行屏蔽。

（5） 根據(jù)內(nèi)徑40 mm及以下規(guī)格的鋼管兩端采用套絲連接、內(nèi)徑50 mm及以上規(guī)格的鋼管兩端采用壓槽方式的產(chǎn)品應(yīng)用特點(diǎn)，固化爐工裝設(shè)計(jì)成兩類：一類為斜支撐板，小規(guī)格鋼管兩端直接置于斜支撐板上，兩端存有細(xì)微的可修補(bǔ)瑕疵，不影響將來的使用；另一類為管內(nèi)掛鉤，固化后再進(jìn)行內(nèi)壁修補(bǔ)，不影響后道工序及將來的使用。最終，可實(shí)現(xiàn)消防涂覆管多工位內(nèi)外噴涂無工藝夾持瑕疵的目的。

1.3 工藝設(shè)備配置

消防管自動(dòng)涂覆生產(chǎn)線主要由以下幾部分組成：輸送系統(tǒng)、吹掃吸塵裝置、加熱設(shè)備（紅外加熱保溫爐）、涂覆設(shè)備+補(bǔ)噴系統(tǒng)、固化爐、強(qiáng)冷室、貼標(biāo)機(jī)、檢查工位、自動(dòng)打包系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)等。

（1） 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：暫放框架、解捆板鏈、斜坡滑道-1、循環(huán)移載叉機(jī)構(gòu)-1、緩存輸送鏈、頂升輸送輥道、爐外輸送輥道、爐內(nèi)輸送輥道、升降雙向貨叉-1、升降雙向貨叉-2、固化爐板鏈、自動(dòng)脫掛機(jī)構(gòu)、循環(huán)移載叉機(jī)構(gòu)-2、縱向輸送輥道、工藝段板鏈、去次品頂升機(jī)構(gòu)、輸送輥道、舉升斜坡組件、斜坡滑道-2、次品框、次品框緩沖裝置、循環(huán)移載叉機(jī)構(gòu)-3、端部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鋼管回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)、外噴槍往復(fù)機(jī)構(gòu)、兩側(cè)外噴槍往復(fù)機(jī)構(gòu)、下部補(bǔ)噴槍往復(fù)機(jī)構(gòu)及上部補(bǔ)噴槍往復(fù)機(jī)構(gòu)等。

輸送系統(tǒng)工藝流程如下：

a.車間工作人員用車間行車將多捆鋼管吊至?xí)悍趴蚣苌?，待接料板鏈要料時(shí)，操作員從暫放框架上分別將多捆鋼管吊至板鏈工裝里面，同時(shí)將吊繩取下，按下啟動(dòng)按鈕，接料板鏈按照程序運(yùn)行送料；

b.接料板鏈低速運(yùn)行，緩慢打開工裝支架，將鋼管輸送至斜坡滑道上，斜坡滑道通過可調(diào)死檔來保證不同尺寸管子中心位置一致，在此滑道上進(jìn)行內(nèi)部吹灰操作；

c.通過循環(huán)移載叉機(jī)構(gòu)-1將鋼管搬運(yùn)至緩存輸送鏈上，緩存輸送鏈步進(jìn)式運(yùn)行，4個(gè)工件一組；

d.通過頂升輸送輥道將工件輸送至爐內(nèi)輸送輥道上，在此輸送過程中完成中頻加熱；

e.升降雙向貨叉-1將加熱后的工件從爐內(nèi)輸送輥道上搬運(yùn)至內(nèi)外涂覆工位，4個(gè)工件一組，貨叉通過電動(dòng)推桿頂升，保證每根鋼管的中心定位；

f.通過端部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將工件在內(nèi)外涂覆工位夾緊并旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行涂覆工藝，外涂覆時(shí)對(duì)鋼管與貨叉、支撐滾輪接觸到的區(qū)域進(jìn)行屏蔽，到下個(gè)工位再進(jìn)行補(bǔ)噴作業(yè)；

g.通過升降雙向貨叉-2將噴涂好的工件轉(zhuǎn)運(yùn)至固化爐板鏈的補(bǔ)噴粉房里，在貨叉搬運(yùn)過程中，由鋼管變位機(jī)構(gòu)先進(jìn)行工位間距變更，由原來的250 mm變至160 mm，再放至固化爐板鏈上，固化爐板鏈工裝設(shè)計(jì)成既可以支撐鋼管兩端外邊（兼容產(chǎn)品區(qū)間規(guī)格），也可以通過自動(dòng)脫掛機(jī)構(gòu)支撐鋼管內(nèi)邊；

h.鋼管放置在固化爐板鏈上后，貨叉返回，此時(shí)往復(fù)機(jī)帶動(dòng)補(bǔ)噴槍進(jìn)行補(bǔ)噴作業(yè)；

i.補(bǔ)噴完成后，固化爐板鏈步進(jìn)式運(yùn)行，進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行固化、強(qiáng)冷等工藝；

j.強(qiáng)冷出爐的鋼管通過循環(huán)撥叉-2搬運(yùn)至縱向輸送輥道上，在此同時(shí)完成貼標(biāo)、噴碼工藝，之后再通過循環(huán)撥叉-3將鋼管搬運(yùn)至工藝段板鏈上，在此板鏈上進(jìn)行人工次品檢查并預(yù)留人工補(bǔ)漆工位及加蓋工位；

k.在鋼管檢驗(yàn)工位，不合格鋼管將由工人通過按鈕方式指示說明，通過程序控制由去次品頂升機(jī)構(gòu)將不合格產(chǎn)品頂升輸送至輥道上面，由舉升斜坡組件將工件頂入斜坡滑道上滾入次品框中。檢驗(yàn)合格的鋼管將進(jìn)入下個(gè)工位，由循環(huán)移載叉機(jī)構(gòu)-3搬運(yùn)至打包線上，進(jìn)行后續(xù)的打包操作工藝；

（2） 吹掃吸塵裝置

對(duì)鋼管的內(nèi)壁、外壁均需進(jìn)行吹掃吸塵處理。鋼管內(nèi)壁采用一端壓縮空氣吹掃、另一端吸塵的方式處理，吸塵的空氣采用濾芯進(jìn)行處理。鋼管外壁采用高壓風(fēng)機(jī)吹塵處理，設(shè)置收集罩與內(nèi)壁吹灰共用一套吸塵處理裝置。

（3） 加熱設(shè)備

采用固態(tài)中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，整套設(shè)備由中頻電源柜、加熱爐體（內(nèi)含感應(yīng)器箱、槽路電容、銅排等）、感應(yīng)器、測溫儀、水冷卻系統(tǒng)、中央控制臺(tái)等組成。采用一拖四結(jié)構(gòu)（即1套電源4個(gè)感應(yīng)線圈），四工位同時(shí)加熱鋼管，各工位可單獨(dú)控制，鋼管沿長度方向運(yùn)行的過程中進(jìn)行加熱，達(dá)到工藝溫度。

（4） 紅外加熱保溫爐

紅外加熱保溫爐主要由保溫爐體、遠(yuǎn)紅外加熱器等部分組成。該保溫爐用于工件在中頻加熱過程中，保證鋼管全長溫度均勻。工件從中頻保溫爐端部進(jìn)入，一個(gè)節(jié)拍時(shí)間后從側(cè)面采用雙向貨叉取出。

（5） 內(nèi)外涂覆設(shè)備+補(bǔ)噴系統(tǒng)

根據(jù)工藝分析，內(nèi)外涂覆同時(shí)進(jìn)行，且在噴涂過程中工件兩端通過輸送夾緊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，外噴涂在輸送轉(zhuǎn)接和中間支撐滾輪的區(qū)域需進(jìn)行屏蔽，需要有兩處遮蔽，外噴涂采用3個(gè)往復(fù)機(jī)對(duì)3個(gè)區(qū)域進(jìn)行往復(fù)噴涂。外噴涂完成后通過貨叉轉(zhuǎn)接支撐屏蔽處，再利用兩端的外噴槍對(duì)鋼管夾持的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)噴。最后鋼管通過貨叉放到固化爐板鏈區(qū)域的補(bǔ)噴粉房時(shí)，再對(duì)鋼管中間兩處屏蔽區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)噴。為便于換色，外噴涂噴粉房采用大旋風(fēng)二級(jí)回收式不銹鋼噴粉房，內(nèi)吸涂過程中吸出的多余粉末導(dǎo)入外噴涂粉房一并進(jìn)行回收。內(nèi)吸涂設(shè)有單獨(dú)的小供粉桶，通過供粉泵從外噴涂大供粉桶中打入，該小供粉桶架在高位，且盡可能接近鋼管吸涂時(shí)的供粉口，確保供粉順暢。因補(bǔ)噴作業(yè)量小，補(bǔ)噴粉房采用ICF單機(jī)濾芯式不銹鋼噴粉房。

（6） 固化爐

固化爐主要由保溫室體、三元體燃?xì)庵苯尤紵訜嵫b置、內(nèi)部循環(huán)風(fēng)管、進(jìn)出口風(fēng)幕、電控系統(tǒng)等部分組成。

（7） 強(qiáng)冷室

強(qiáng)冷室主要由封閉室體、送排風(fēng)系統(tǒng)和室內(nèi)送排風(fēng)管等組成。

（8） 自動(dòng)打包系統(tǒng)

自動(dòng)打包系統(tǒng)主要由拔料機(jī)構(gòu)、集料輥道、自動(dòng)排管臺(tái)架、移動(dòng)機(jī)械手及電永磁吸盤、六角成型臺(tái)架、輸送橫移車、成捆纏繞機(jī)、成捆輸送輥道1、半自動(dòng)打捆、成捆輸送輥道2、稱重系統(tǒng)、橫移小車、暫存區(qū)管捆存儲(chǔ)裝置等部分組成。

1.4 主要工藝控制說明

該自動(dòng)化生產(chǎn)線的難點(diǎn)在于涂覆區(qū)域，因環(huán)氧粉末涂料受溫度的影響較大且內(nèi)吸涂的膜厚主要受溫度影響，內(nèi)外涂覆在同一個(gè)工位同時(shí)進(jìn)行，預(yù)熱時(shí)的工件溫度要同時(shí)滿足內(nèi)涂覆和外噴涂的工藝要求比較困難，且后期還需進(jìn)行補(bǔ)噴，若預(yù)熱溫度過低，則補(bǔ)噴的膜厚不夠；若預(yù)熱溫度過高，內(nèi)涂覆的膜厚又太厚，所以生產(chǎn)時(shí)需嚴(yán)格控制好預(yù)熱的工藝溫度，不同規(guī)格鋼管所需的工藝溫度不同，采用中頻加熱設(shè)備便于調(diào)節(jié)。

2 結(jié)語

（1） 該生產(chǎn)線為國內(nèi)首創(chuàng)的多工位自動(dòng)化消防管涂覆生產(chǎn)線，從上件到打包等一系列工序?qū)崿F(xiàn)了輸送自動(dòng)銜接，不僅提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還填補(bǔ)了行業(yè)領(lǐng)域的空白。

（2） 對(duì)消防管創(chuàng)新地采用中頻加熱設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，不僅減少能源消耗，還能實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)設(shè)置，便于生產(chǎn)。

（3） 鋼管采用一次預(yù)熱后內(nèi)外涂覆同時(shí)進(jìn)行，且4工位內(nèi)外涂覆均為獨(dú)立系統(tǒng)，對(duì)輸送轉(zhuǎn)接點(diǎn)補(bǔ)噴后進(jìn)固化爐進(jìn)行一次固化，大大減少了設(shè)備能耗。

（4） 該生產(chǎn)線通過特殊工裝和定位，實(shí)現(xiàn)了鋼管內(nèi)外表面無工藝夾持瑕疵，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 沈淦榮，楊偉芳，徐志茹.新型給水用鋼塑復(fù)合管的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展前景［J］.給水排水動(dòng)態(tài)，2008（5）：7-8.

2 GB/T 5135.20—2010 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 第20部分：涂覆鋼管［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

3 沈國方.輸水（氣）鋼管流化床涂覆工藝簡介［J］.涂料工業(yè)，2002，32（6）：33-34.

4 趙利，趙岑，陳春林，等.管道涂敷用低溫固化型熔結(jié)環(huán)氧粉末研究及應(yīng)用進(jìn)展［J］.石油工程建設(shè)，2016，42（2）：77-80.

Technology and Equipment Design of Automatic Production Line for New Coated Fire Pipe

Xu Zhiru，Yang Weifang （Zhejiang Kingland & Pipeline Technology Co.，Ltd.，Huzhou Zhejiang，313000，China）
Zheng Xiaoyan，Shen Guofang （China United Engineering Corporation，Hangzhou Zhejiang，310052，China）

Taking newly established automatic internal and external coating production line for fire pipe of Zhejiang Kingland & Pipeline Technology Co.，Ltd. as an example，the production technology of coated fire pipe was introduced. The efficiency of production line was improved greatly by internal and external coating simultaneously with multi-station. Device energy loss was dramatically reduced by processing optimization and equipment configuration. The inner and outer surface of steel pipe are free of holding defects by design specialized toolings and location.

coated fire pipe；production technology；automatic production line

TQ 639

A

1009-1696（2017）03-0039-04

2016-12-09

2015~2016年度浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：2015C01017）。

徐志茹（1971—），男，高級(jí)工程師，主要從事新型鋼塑復(fù)合管生產(chǎn)關(guān)鍵裝備及工藝技術(shù)的研發(fā)工作。