高寒地區(qū)大直徑壓力鋼管內(nèi)外防腐施工技術(shù)

王大鵬

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610015)

三層聚乙烯(3PE)防腐層是目前國內(nèi)外埋地管道外防腐主要技術(shù)體系之一。它是由底層的環(huán)氧粉末、中間層的膠粘劑、外層的聚乙烯復(fù)合組成的一種管道外壁防腐結(jié)構(gòu)。2001年第一條三層聚乙烯鋼管外防腐生產(chǎn)作業(yè)線建立，生產(chǎn)能力和技術(shù)水平達(dá)到了國外同類作業(yè)線水平。但在實際生產(chǎn)中，如何控制好壓力鋼管的外防腐層厚度還存在著一些難題。本文結(jié)合工程實例，研究高寒地區(qū)大直徑壓力鋼管制作防腐施工技術(shù)，在滿足施工需要前提下，有效降低施工成本，加快施工進(jìn)度，從而獲得良好的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

引大濟湟工程在湟水一級支流大通河上游石頭峽建庫引水，經(jīng)調(diào)水總干渠穿越大阪山入黑泉水庫，解決湟水兩岸山區(qū)和干流資源性缺水問題。該工程共分三期實施，西干渠為三期工程，建設(shè)地點位于青海省西寧市湟中縣(上五莊鎮(zhèn)、攔隆口鎮(zhèn)、多巴鎮(zhèn))。西干渠工程(干渠部分)第4標(biāo)，起訖樁號為：K75+926.78～K95+706.75，總長19.78km，其中倒虹吸2條，長6.4km。

虹吸鋼管管徑為1.8m和1.6m，鋼管壁厚20mm、16mm、14mm。鋼管防腐采用內(nèi)EP外3PE，即內(nèi)壁采用熱熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末熱噴涂(500μm)，外壁噴涂聚乙烯樹脂(PE)粉末防腐涂層：第一層為環(huán)氧粉末(FBE>120μm)、第二層膠粘劑(AD)170～250μm、第三層聚乙烯(PE)2.5～3.7mm。

2 防腐車間布置及施工安排

本工程壓力鋼管制造廠防腐車間占地面積約需2000m2，車間外部兩側(cè)分別布置裸管存放平臺和外壁待防腐存管平臺。防腐車間選址宜靠近河道或水源供給豐富地帶，車間基礎(chǔ)需布置于地下水位高程以上。防腐車間采用彩鋼棚全封閉式，為保證防腐車間內(nèi)空氣保持流暢及車間采光良好，防腐車間彩鋼棚高度設(shè)計約10m，彩鋼棚頂部及四周設(shè)置透明彩鋼瓦。車間內(nèi)部主要布置外拋丸除銹設(shè)備、內(nèi)壁噴砂除銹設(shè)備、3PE防腐設(shè)備和鋼管內(nèi)壁環(huán)氧粉末噴涂防腐設(shè)備，防腐車間需布置鋼管臨時儲存場地及半成品臨時堆存場地。

防腐車間各設(shè)備在調(diào)試確定無誤后進(jìn)行現(xiàn)場吊裝，所有設(shè)備安裝完成后具備鋼管防腐要求。壓力鋼管制造過程中的防腐施工項目、施工方法、防腐涂料品種和漆膜厚度等見表1。

表1 壓力鋼管防腐施工安排

3 防腐工藝原理

壓力鋼管外3PE防腐主要施工工藝如下。

3.1 鋼管外觀檢查

加工前，鋼管的外觀應(yīng)采用目測方式逐根進(jìn)行觀察，鋼管有無嚴(yán)重的機械損傷、重皮、裂縫、凹陷等缺陷，檢查不合格的鋼管不能使用。

3.2 管件除銹

首先采用火焰加熱器裝置對防腐的鋼管進(jìn)行預(yù)熱處理，驅(qū)除鋼管表面的潮氣、油污、雜質(zhì)等，加熱溫度控制在40℃～60℃，以利于提高鋼管表面的除銹質(zhì)量。

鋼管均采用鋼管拋丸除銹機進(jìn)行除銹，在鋼管進(jìn)入拋丸室前，用橡膠墊或厚海綿制成的管口堵頭堵在鋼管管口兩端，避免在除銹過程中拋丸室內(nèi)的鋼丸飛入管口內(nèi)。完成后逐根對鋼管表面進(jìn)行檢查，對于存在疵點的鋼管應(yīng)予以修理。

3.3 鋼管表面微塵處理

采用微塵處理裝置對鋼管表面進(jìn)行二次處理，并在4h內(nèi)對鋼管進(jìn)行環(huán)氧粉末料的涂敷，若超過4h或鋼管表面出現(xiàn)返銹，必須重新進(jìn)行拋丸處理。

3.4 鋼管預(yù)熱

使用中頻機給鋼管進(jìn)行加熱，預(yù)熱溫度必須符合環(huán)氧粉末涂料所要求的溫度，但最高不能超過275℃。中頻機使用前應(yīng)檢查循環(huán)水所有管路，情況正常再開啟中頻裝置機。

使用測溫儀測量鋼管預(yù)熱溫度，以保證在涂敷時，鋼管預(yù)熱溫度在生產(chǎn)廠家推薦的范圍內(nèi)。

3.5 環(huán)氧粉末靜電噴涂

環(huán)氧粉末涂料在鋼管加熱至參數(shù)溫度(200℃～300℃)后采用靜電噴涂，涂層厚度不小于120μm。

3.6 膠粘劑涂敷與聚乙烯帶纏繞

膠粘劑的涂敷必須在環(huán)氧粉末焦化過程中進(jìn)行。

采用側(cè)向纏繞工藝時，應(yīng)確保搭接部分的聚乙烯及焊縫兩側(cè)的聚乙烯完全輥壓密實，并防止壓傷聚乙烯表面。

3.7 循環(huán)水冷卻

防腐層制作完成后，應(yīng)及時進(jìn)行冷卻固定成型，采用循環(huán)水澆涂對防腐層進(jìn)行冷卻，冷卻采用逐段分次進(jìn)行。鋼管冷卻溫度不高于60℃，并確保熔結(jié)環(huán)氧涂層固化完全。

3.8 加勁環(huán)、止推環(huán)安裝

加勁環(huán)、止推環(huán)的安裝對接縫與管節(jié)的制作環(huán)縫錯開至少200mm，與鋼管環(huán)縫距離不小于100mm，與管壁的局部間隙不大于3mm，在內(nèi)弧側(cè)開半徑為30mm的避縫孔，每一層加勁環(huán)分為6瓣，組裝拼接而成。

4 防腐施工方法及操作要點

4.1 施工工藝流程

壓力鋼管3PE防腐施工工藝流程見圖1。

圖1 壓力鋼管3PE防腐施工工藝流程

4.2 施工方法及操作要點

4.2.1 除銹前預(yù)熱

在三層結(jié)構(gòu)涂敷工藝中，鋼管表面處理技術(shù)非常重要，其處理質(zhì)量直接影響防腐層的附著力及防腐性能。

預(yù)熱裝置采用中頻加熱，控溫準(zhǔn)確，加熱均勻，不污染鋼管表面，加熱效率高。管體溫度應(yīng)大于露點溫度3℃，生產(chǎn)時要加熱到40℃～60℃。該作業(yè)線鋼管預(yù)熱采用100kW電阻加熱爐。

4.2.2 拋丸除銹

鋼管外壁拋丸清理機有兩大特點，一是采用了從底部向上拋丸技術(shù)，拋頭安裝在鋼管下部，其特點是變換管徑時，無論鋼管管徑大小，拋出的鋼丸到鋼管底部表面的距離不變，鋼丸沿鋼管中軸線拋出，鋼丸速度和面積最大，清理效果較好；二是采用兩個拋頭，沿鋼管前進(jìn)方向前后安裝，使其清理速度增加，清理效果提高。為保證連續(xù)生產(chǎn)，拋丸器的拋丸速度按涂敷速度的1.5倍考慮，拋丸量為2×850kg/min。

4.2.3 除銹傳動線

采用電磁調(diào)速傳動軸傳動，傳動輪直徑520mm，為充氣輪胎，輪距2.5m。

4.2.4 涂敷傳動線

該作業(yè)線變頻調(diào)速控制裝置選用最新型的矢量控制器，不僅保證了鋼管傳動速度均勻一致，而且啟動角速度也絕對相同。傳動系統(tǒng)采用傳動軸傳動，傳動輪直徑520mm，為充氣輪胎。

4.2.5 微塵處理

在粉塵處理中，采用大功率粉塵收集裝置，并安裝有吸塵系統(tǒng)，使鋼管表面吸附的粉塵降低到最少。

4.2.6 中頻加熱

選用1000kW的中頻加熱裝置，快速、均勻地將纏繞前的鋼管加熱到粉末要求的溫度，一般控制在180℃～200℃左右，使熔結(jié)環(huán)氧粉末膠化。

4.2.7 環(huán)氧粉末噴涂

環(huán)氧粉末涂料在鋼管加熱至參數(shù)溫度(200℃～300℃)后采用靜電噴涂，涂層厚度不小于120μm。全套設(shè)備的技術(shù)參數(shù)如下：

噴槍數(shù)量：12只；

靜電發(fā)器：6只；

儲粉量：150kg×2

回收量及效率：6400g/h～9800g/h，99.5%。

防腐層涂敷完成后進(jìn)行管端預(yù)留打磨。

4.2.8 膠粘劑及聚乙烯擠出纏繞涂敷

膠粘劑的涂敷必須在環(huán)氧粉末膠化過程中進(jìn)行。采用側(cè)向纏繞方式進(jìn)行涂敷，擠出系統(tǒng)采用國產(chǎn)的大功率擠出機，膠粘劑擠出量為150kg/h，PE擠出量為1000kg/h。

用側(cè)向纏繞工藝時，應(yīng)確保搭接工藝的聚乙烯及焊縫兩側(cè)的聚乙烯完全碾壓密實，并防止壓傷聚乙烯層表面；采用縱向擠出工藝時，焊縫兩側(cè)不應(yīng)出現(xiàn)空洞。

4.2.9 水冷

鋼管被涂敷后，涂料在管體上還處于熔融狀態(tài)，不能與作業(yè)線傳動輪相接觸，該作業(yè)線水冷段長6m，在水冷進(jìn)口段兩側(cè)設(shè)有噴水管，以便增大冷卻水量。冷卻水采用自然冷卻、抽水機循環(huán)的方式重復(fù)利用，水冷卻至鋼管溫度不高于60℃，并保證包敷層完全固化。

5 質(zhì)量控制

5.1 原材料的質(zhì)量控制

在3PE生產(chǎn)中，原材料環(huán)氧粉末、膠和聚乙烯也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。因此，要做好原材料檢驗、原材料復(fù)檢和防腐層材料適用性試驗工作。

每種型號的環(huán)氧粉末涂料、膠粘劑以及聚乙烯混合料，在使用前應(yīng)由通過國家計量認(rèn)證的檢驗機構(gòu)，按標(biāo)準(zhǔn)和用戶要求進(jìn)行檢測。性能達(dá)不到規(guī)定要求的，不得使用。

原材料確定后，對購進(jìn)的原材料要進(jìn)行入場檢驗。其中包括檢查原材料包裝是否完好；原材料的牌號、批號及出廠日期是否正確；對于不同批號的原材料或達(dá)到一定數(shù)量的原材料要取樣檢驗。取樣檢驗主要考慮原材料在儲存和運輸過程中，是否受到不符合運輸和儲存條件的損壞或污染，尤其是粉末涂料容易吸潮，包裝容易損壞，儲存溫度如果達(dá)不到要求，就可能發(fā)生質(zhì)量上的變化，影響使用性能。

除了試驗室對原材料進(jìn)行性能檢測外，對涂敷生產(chǎn)車間來說，還要在防腐作業(yè)線上生產(chǎn)試驗管段，進(jìn)行3種材料的適用性試驗。作業(yè)線、原材料類型和鋼管規(guī)格有一項發(fā)生變化時，就應(yīng)進(jìn)行適用性試驗，確定相應(yīng)的工藝參數(shù)，以保證防腐產(chǎn)品質(zhì)量。

5.2 生產(chǎn)工序中的質(zhì)量控制

5.2.1 鋼管表面處理

防腐層的附著力好壞，很大程度上與鋼管預(yù)處理質(zhì)量有關(guān)，因此，鋼管表面處理后，一定要控制外觀、清潔度和錨紋度，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

拋丸合格后的鋼管控制在4h進(jìn)行噴涂，超過4h或出現(xiàn)返銹或表面污染時，應(yīng)重新拋丸處理。

5.2.2 成型工序控制

成型工序中，應(yīng)嚴(yán)格控制傳動線速度、鋼管加熱溫度、膠和聚乙烯的加熱溫度、擠出機轉(zhuǎn)速、粉末噴涂參數(shù)、膠的搭接、壓輥壓力等。

6 總結(jié)

通過對鋼管內(nèi)EP外3PE防腐施工技術(shù)研究，成功克服了高寒高海拔特殊施工環(huán)境下的鋼管防腐生產(chǎn)技術(shù)難題，鋼管防腐質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，質(zhì)量細(xì)節(jié)提升改善明顯。同時通過技術(shù)優(yōu)化，節(jié)約了材料，降低了成本，提高了經(jīng)濟效益。

該技術(shù)在高海拔高寒地區(qū)的成功應(yīng)用，為該地區(qū)同類水利工程施工積累了較豐富的經(jīng)驗，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。