自來水廠供水鋼管制造

吳廣鵬

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410004）

1 工程簡介

成都市自來水七廠一期工程供水工程包括從光華八線至沙西線、沙西線到川陜路以及沙西線、陴縣的高壓管，其南北大道中穿越河流、鐵路、公路等障礙處均采用螺旋縫埋弧焊鋼管，總工程量達(dá)35 000 多噸。

2 制造難點(diǎn)及對策

（1）鋼管最大管徑為2640 mm，其直徑超過現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的型號規(guī)格，為國內(nèi)最大。在建工程和市場對直徑1620 mm 以上的螺旋縫埋弧焊鋼管的需求較小，而市面上現(xiàn)有的螺旋縫埋弧焊鋼管機(jī)組成型機(jī)的外控輥的結(jié)構(gòu)尺寸，是根據(jù)常用批量鋼管的直徑設(shè)計(jì)的，無法滿足本工程需要。同時(shí)隨著鋼管管徑增大和重量的增加，其成型時(shí)外形尺寸、橢圓度及表面質(zhì)量的控制難度加大，現(xiàn)有的螺旋縫埋弧焊鋼管成型機(jī)組生產(chǎn)線設(shè)備無法滿足管徑為2640 mm 生產(chǎn)要求。

（2）本工程的螺旋縫鋼管采用100%固體含量無溶劑聚氨酯涂料，其涂層厚度設(shè)計(jì)要求≥800 μm。涂料包含A（多異氰酸酯）、B（多元醇）兩種組分，屬于物理性能和耐腐蝕性能優(yōu)良的新型環(huán)保涂料。此種涂料常溫黏度大、噴涂需采用專用加溫加壓設(shè)備，其成膜過程是快速、放熱的化學(xué)聚合反應(yīng)，涂層間隔時(shí)間短，固化時(shí)間快，而鋼管表面涂層設(shè)計(jì)厚度≥800 μm，需要一次噴涂完成，并且噴涂工藝不當(dāng)易出現(xiàn)起泡、針孔、層間剝離、厚度不均等現(xiàn)象。

2.1 鋼管成型制造

鋼管制造的主要設(shè)備是螺旋縫埋弧焊鋼管成型機(jī)組。螺旋縫埋弧焊鋼管成型機(jī)組的工作原理是根據(jù)三輥成型原理、鋼管直徑大小需要調(diào)整成型器的兩個(gè)下成型輥的間距及傾斜角度、上輥與下輥之間的距離，然后根據(jù)鋼管的直徑、使用的鋼帶寬度，采用公式算出前橋與后橋的角度。通過對機(jī)組的上述兩個(gè)成型參數(shù)的調(diào)節(jié)，以及在機(jī)組運(yùn)輸過程中對影響螺旋鋼管的成型質(zhì)量的鋼管的邊緣直線度等通過采取機(jī)組配置的圓盤銑進(jìn)行加工保證直線度，或通過微調(diào)后橋與前橋的角度來保證鋼管成型的直徑、周長、圓弧度。

由于本工程螺旋縫鋼管直徑過大，目前的螺旋縫埋弧焊成型機(jī)組設(shè)備無法滿足制造需求。通對現(xiàn)有的螺旋焊管機(jī)組成型裝置的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合鋼管材料的強(qiáng)度和彎曲半徑，認(rèn)為螺旋縫埋弧焊機(jī)組拆卷、校平、剪板對接的部位能滿足鋼管生產(chǎn)，而在機(jī)組的成型預(yù)彎裝置、外控輥架、遞送導(dǎo)向裝置部位影響鋼管的成型外觀質(zhì)量、成型幾何尺寸、焊縫質(zhì)量，必須對設(shè)備加以改造，重點(diǎn)解決以下問題。

（1）通過增加生產(chǎn)線設(shè)備中帶鋼垂直導(dǎo)向裝置的支撐輥數(shù)量，解決帶鋼連續(xù)輸送中各方向的擺動(dòng)產(chǎn)生鋼管成型焊縫間隙和橢圓度變化較大的成型難題。

（2）通過對生產(chǎn)線設(shè)備中帶鋼成型預(yù)彎裝置進(jìn)行改造，計(jì)算對每排成型輥數(shù)量和形狀進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)，解決成型預(yù)彎裝置因每排輪輥各小輪輥間間距過大，使帶鋼自由邊懸空，造成帶鋼邊緣受壓不夠變形不充分而產(chǎn)生“竹節(jié)”現(xiàn)象的成型難題。

（3）對生產(chǎn)線設(shè)備中成型預(yù)彎裝置各成型輥之間的參數(shù)計(jì)算和多次試驗(yàn)調(diào)整成型輥位置關(guān)系，解決鋼管成型中幾何尺寸和橢圓度控制難題。

（4）對螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)線設(shè)備成型外控輥機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展并經(jīng)計(jì)算對相應(yīng)部位加強(qiáng)，滿足D2640 mm 直徑的鋼管生產(chǎn)。在成型外控裝置位置增加輪輥數(shù)量，控制鋼管成型質(zhì)量。

通過分析、計(jì)算，設(shè)計(jì)制造一個(gè)螺旋縫埋弧焊鋼管機(jī)組成型機(jī)外控輥裝置，可以有效解決上述難題。外控輥的結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)常用批量鋼管的直徑設(shè)計(jì)的，外控輥在成型中主要控制成型鋼管出成型輥時(shí)在機(jī)組上向前推進(jìn)時(shí)的各方向擺動(dòng)，從而保證鋼管的間隙和對鋼管的橢圓度的控制，根據(jù)鋼管的直徑通過研究采用對螺旋焊管機(jī)組成型裝置的外控輥機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)根據(jù)鋼管尺寸和外控架上的輥輪結(jié)構(gòu)，確定外控架的立柱高度和橫梁的長度實(shí)現(xiàn)整個(gè)框架結(jié)構(gòu)尺寸保證鋼管的通過性，并經(jīng)計(jì)算對相應(yīng)部位加強(qiáng)。對控制輥的數(shù)量進(jìn)行增加，有利于控制鋼管的橢圓度，將成型外控輪輥裝置數(shù)量由6個(gè)增加到8 個(gè)。在成型外控裝置鋼管腰部兩邊位置，各增加1 個(gè)可調(diào)節(jié)輪輥，更好的控制鋼管在成型后的擺動(dòng)，滿足特大管徑2640 mm 直徑的鋼管生產(chǎn)。

2.2 鋼管防腐施工

鋼管設(shè)計(jì)涂層設(shè)計(jì)厚度≥800 μm，由于采用的是100%固體含量無溶劑聚氨酯涂料，涂料常溫黏度大、噴涂需采用專用加溫加壓設(shè)備，其成膜過程是快速、放熱的化學(xué)聚合反應(yīng)，固化時(shí)間快，涂層間隔時(shí)間短，需一次噴涂完成和滿足鋼管涂層厚度。

經(jīng)過研究，通過對防腐噴涂施工流水線的工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備的改造，采取以下措施解決防腐施工中的難題。

（1）進(jìn)雙管加熱式高壓無氣噴涂設(shè)備，噴涂時(shí)先將涂料加熱到60 ℃然后通過高壓無氣裝置進(jìn)行噴涂，解決涂料黏度大噴涂的霧化難題。

（2）設(shè)計(jì)組裝螺旋縫鋼管自動(dòng)噴涂裝置：鋼管在滾輪架上進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)（設(shè)計(jì)徑向防移位裝置）、噴槍在移動(dòng)臺車上進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，滾輪架和移動(dòng)臺車采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并經(jīng)試驗(yàn)對兩者運(yùn)行速度進(jìn)行匹配，解決鋼管涂層設(shè)計(jì)厚度≥800 μm，需要一次噴涂完成，以及噴涂工藝不當(dāng)易出現(xiàn)起泡、針孔、層間剝離、厚度不均等難題。

（3）噴涂施工時(shí)，確保噴涂時(shí)噴槍角度不小于45°，噴射距離300～500 mm，噴涂時(shí)應(yīng)對大于30°拐角、焊縫部位做加強(qiáng)處理，然后再進(jìn)行大面積噴涂，施工時(shí)應(yīng)連續(xù)作業(yè)噴涂間隔小于30 min，間隔大于30 min 時(shí)需對重新涂敷部位用角向磨光機(jī)打磨清理干凈后施工；保證防腐涂層外觀、厚度、漏點(diǎn)檢測合格。

相關(guān)圖示見圖1 和圖2。

圖1 防腐人工施工示意

圖2 自動(dòng)化配套裝置設(shè)備噴涂施工示意

3 結(jié)束語

通過特大直徑螺旋縫埋弧焊管制造技術(shù)改進(jìn)的共同努力，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)，焊縫間隙符合焊接要求，解決了鋼管的“竹節(jié)”外觀缺陷，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。其設(shè)備改造費(fèi)用約30 萬元，與購置大型生產(chǎn)線相比設(shè)備改造減少資金投入達(dá)600 多萬元；防腐自動(dòng)化配套裝置設(shè)備其設(shè)備改造等費(fèi)用僅為10 萬元，并且涂層厚度及外觀質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。實(shí)踐證明，兩項(xiàng)技術(shù)改造切實(shí)可行，可為以后類似市政工程的自來水管網(wǎng)及類似的城市供水、石油天然氣、水電站引水管道等大直徑螺旋縫鋼管制造提供參考和借鑒。