鋼管3PE防腐中酸洗工藝位置的選擇

馬 星，張戰(zhàn)明

（寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008）

在鋼管3PE 防腐生產(chǎn)中，酸洗作為一種涂覆前預處理工藝，是對現(xiàn)有火焰預熱、拋丸除銹、微塵處理等預處理工藝的補充和完善。 鋼管酸洗是將一定濃度的磷酸溶液噴淋在加熱的鋼管表面，發(fā)生一系列化學和電化學反應，產(chǎn)生一種磷酸鹽類薄膜，有效阻止鋼管母材的腐蝕反應，同時提升涂層與母材的防腐蝕能力。 但酸洗工位在鋼管3PE 防腐生產(chǎn)工藝中的位置，有著三種不同的布置方案，本研究通過對三種工藝布置方式的優(yōu)缺點對比分析，選出最佳酸洗工藝方案。

1 鋼管酸洗工藝

1.1 酸洗工藝介紹

在鋼管3PE 防腐生產(chǎn)中，鋼管酸洗工藝分為酸洗前預處理、酸洗磷化反應和酸洗后處理3 個工序。 酸洗前預處理又包括打磨、除銹、脫脂、表面調整、預熱等步驟； 酸洗后處理包括去離子水清洗、鈍化、除氫、風干等步驟。 根據(jù)工藝要求的不同，酸洗前預處理及酸洗后處理中的步驟可調整或增減。

隨著技術裝備的發(fā)展，產(chǎn)生了多種酸洗磷化方式，主要包括傳統(tǒng)刷涂、吊裝浸涂、運動噴淋、噴灑浸潤等，具體工藝方式的選擇取決于工件的外形尺寸及形狀、工廠投資規(guī)模、生產(chǎn)量等因素。 鋼管的表面酸洗處理適用于運動噴淋工藝，即將磷酸溶液噴淋到運動的鋼管表面，使其快速發(fā)生酸洗磷化反應，產(chǎn)生磷酸鹽類保護膜。

1.2 鋼管酸洗的作用

1.2.1 提高耐腐蝕性

酸洗后鋼管表面產(chǎn)生的磷化膜厚度一般為5～10 μm，由于其具有不導電性，可使酸洗后的鋼管變成一個不良導體，有效阻止外界污染物對鋼管的腐蝕。 通過試驗可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過酸洗磷化后的鋼管試樣在同等試驗條件下，比沒有酸洗的試樣在鹽霧中的耐蝕性能提升一倍以上。

1.2.2 提高鋼管表面清潔度

磷酸鹽類保護膜在無油污和無銹蝕層的金屬工件表面才能生成，因此鋼管酸洗磷化之前需通過拋丸除銹、火焰預熱等工序將鋼管表面的污染物徹底地清理。 在這樣的情況下，生成的磷酸鹽類保護膜才有質量保證。 同時經(jīng)過酸洗磷化處理后的鋼管表面更加清潔、無灰塵及銹蝕，為下一步3PE 涂覆生產(chǎn)提供品質優(yōu)良的基管。

1.2.3 提高鋼管基體與涂層間的附著力

磷酸鹽類保護膜與鋼管母材是一個結合緊密的整體結構，它們之間沒有明顯的分層或界限。同時磷酸鹽類保護膜表面的許多微孔，使鋼管3PE防腐中的環(huán)氧粉末能夠滲透熔融到這些空隙中，與其緊密結合，從而有效提高附著力。 圖1 為酸洗處理前后鋼管基體的對比情況，從圖1 可以看出，經(jīng)過酸洗處理后的鋼管基體金屬表面質量更好。

圖1 鋼管酸洗處理前后對比照片

2 三種酸洗工位布置方案對比

2.1 酸洗工位布置在除銹機之前

酸洗工位布置在鋼管除銹前的工藝流程如圖2所示。 國外大部分3PE 生產(chǎn)線均選用這種方式，一方面用于清理掉裸管表面的紅褐色鐵銹及暗黑色的氧化物鐵皮，使上線裸管表面的缺陷提前暴露，并下線處理； 另一方面能夠清理掉裸管表面的鹽分及油污，保證進入生產(chǎn)線的裸管表面清潔，有效阻止裸管在除銹時污染除銹機中的磨料，造成除銹系統(tǒng)污染，出現(xiàn)批量除銹質量問題和質量隱患。

圖2 酸洗工位布置在除銹機之前的工藝流程

這種布置方式的優(yōu)點是從源頭上消除裸管表面的污染物，但缺點是不能解決除銹后鋼管表面錨紋中的顆粒物和粉塵。 考慮到酸洗中酸液和酸霧的環(huán)境污染問題，鋼管表面火焰燃燒或堿液清洗也能夠有效解決上述問題，所以這種酸洗布置方式有一定的局限性。

2.2 酸洗工位布置在兩臺除銹機之間

將酸洗工位布置在兩臺外除銹機之間的工藝流程如圖3 所示。 印度和馬來西亞鋼管制造企業(yè)多采用這種布置方式。 這種布置方式的優(yōu)點是在第一臺除銹后徹底清理鋼管表面乃至錨紋內的鹽分和顆粒物，防止污染物進入第二臺除銹機系統(tǒng)，在一定程度上保證了二道除銹后鋼管表面錨紋的清潔。 其缺點是不能消除鋼管對第一臺除銹機磨料的污染，以及第二臺除銹后鋼管表面的灰塵度等級。 另外，從鋼管外壁拋丸除銹到3PE涂覆工位之間要經(jīng)過內吹掃工位、涂覆上線區(qū)域、涂覆螺旋輸送輥道等區(qū)域，在這個過程和時間段內，接觸鋼管的設備及車間環(huán)境都會對鋼管表面造成污染，進而影響涂層的質量。

圖3 酸洗工位布置在兩臺除銹機之間的工藝流程

2.3 酸洗工位布置在鋼管涂覆之前

將酸洗工位布置在鋼管涂覆之前并結合兩道火焰燃燒的工藝布局，是應用最廣泛的一種布置方式，其工藝流程如圖4 所示。 第一道火焰預熱布置在鋼管除銹工位之前，一方面能夠消除冬季裸管表面包覆的凍雪，保證除銹時裸管表面的工藝溫度，另一方面能夠燃燒掉裸管表面污染物，防止其污染除銹機系統(tǒng)中的磨料，造成批量除銹質量問題。 第二道火焰燃燒布置在酸洗工位前，一方面通過燃燒保證鋼管酸洗時的工藝溫度，另一方面燃燒掉鋼管從除銹工位到酸洗工位之間傳輸過程中產(chǎn)生的部分污染物，然后通過酸洗工藝過程（酸洗磷化、高壓去離子清洗、高壓風干等）有效消除了鋼管表面的鹽分等污染物，防止防腐層鼓包及涂層的耐腐蝕性能降低，能有效提升防腐涂層的質量。

圖4 酸洗工位布置在鋼管涂覆之前的工藝流程

3 結束語

在鋼管3PE 防腐生產(chǎn)過程中，酸洗工藝作為其中一步重要的工序，發(fā)揮著不可替代的作用。 通過對鋼管3PE 防腐工藝中三種不同酸洗工位的對比分析可以得出，酸洗工位布置在3PE涂覆之前，并結合兩道火焰燃燒的布置方式是最優(yōu)方案，不僅從源頭上消除了裸管污染除銹機系統(tǒng)中的磨料，而且保證鋼管進入涂覆工位時表面的清潔，實現(xiàn)了從提升鋼管表面預處理質量來保證涂層質量的工藝目的。