全面分析管道三层PE防腐层缺陷_五_质量控制

0 前言钢管三层PE防腐，是在钢管上涂覆环氧粉末层、中间粘结剂层和聚乙烯层三层结构。

其成型过程复杂，但总结起来三层PE的成型质量主要受到三个因素的影响：一是原材料，原材料的合格与否是影响防腐层质量的关键因素，也称之为内因；二是防腐成型生产线的设计，三层PE成型生产线并不是简单的设备模块组合，而要通过工艺的合理性等来确定设备间的匹配；三是成型的工艺过程，这是我们本文讨论的重点，因为成型过程的诸多因素都会影响三层PE防腐层的质量，这就是所谓的外因。

1 生产线设计及工艺简述三层PE生产线有上百台设备组合而成。

它不仅要求有完善的进出管工艺流程，而且有合理的钢管和防腐成品管堆放区域，不仅有合理的生产工艺，而且还要设备的合理配置和相互之间的严格衔接。

生产线简单设计过程为：三层PE防腐层成型的简单工艺过程为：进厂钢管检验→外壁除锈→内吹扫及浮尘处理→钢管预热→环氧粉末喷涂→中间粘结剂包覆→聚乙烯包覆→冷却定型→管端防腐层坡口成型→检验堆放。

我们以这个工艺过程来详述防腐层成型过程的质量控制。

2 质量控制2.1 进厂钢管检验对需要防腐的钢管检查其机械性能、物理性能及化学成分等产品性能。

其次，对钢管长距离运输过程中，造成的端部钝边、内外倒角及表面损伤等，及时采取返修及补救措施。

对损伤超标的钢管采取切割、打磨等方法，使其达到规范要求，对修复后未达标的钢管应作废管标志，禁止进行防腐处理[1]。

焊缝余高不得高出基体2.5mm，并且焊缝与基体过渡平滑，上部无尖锐，同样为圆弧过渡。

按照经全面分析管道三层PE防腐层缺陷（五）：质量控制乔军平（天华化工机械及自动化研究设计院，甘肃兰州 730060）摘 要：本文从三层PE的生产工艺入手，通过生产过程、涂覆步骤以及相关设备等分析，阐述了三层PE防腐层成型过程中的质量控制。

关键词：钢管三层PE防腐层质量控制中图分类号：TG174.464 文献标识码：A文章编号：1008-7818(2009)05-0017-04The Defects of 3PE Coating by Multi-analysis (5): Quality ControlQIAO Jun-ping(Tianhua Research & Designing Institute of Chemical Machinery & Automation, Lanzhou 730060, China) Abstract: This text analyzed the quality control measurements of the 3PE anticorrosive layer for steel pipe from the production process, coating process, and the related equipments. The quality control measurements were elaborated.Key words: steel piping; 3PE; coating; quality control作者简介：乔军平（1970-），男，高级工程师。

从事钢质管道腐蚀与防护技术的开发研究。

验值，一般焊缝余高，管径大于426mm的不大于2mm，小于426mm则不大于1.5mm[2]。

2.2 钢管表面处理三层P E防腐钢管的表面要求达到瑞典标准Sa2.5级，并且锚纹深度达到50～75μm，所以必须经过下列工序才能完成。

钢管预热：一使钢管表面保持干燥，二要清除掉油脂等可燃性附着物。

钢管表面预处理前，表面温度须高于环境露点温度3℃以上，冬季也可将钢管表面预热至40℃～60℃；可以采取明火（天然气、燃油）或中频进行预热，若有油污等最好采用明火预热。

钢管表面杂质去除，采用抛丸除锈法，使钢管表面清洁度和表面粗糙度（锚纹深度）达到防腐涂敷的要求。

抛丸喷射材料（又称磨料）的硬度、强度和形状，对钢管表面的处理效果起到决定性的作用，磨料硬度适中反弹性好，起一次冲击作用，清理、除锈、刻蚀及表面强化效果好；强度高的磨料可以多次回收利用；形状影响到钢管表面的锚纹形成，并使得锚纹深度达到标准要求，建议采用硬度稍高的棱角形磨料，亦可采用圆形与棱角形或棱角形与柱形的混合磨料。

高硬度铸钢砂 ( HRC53～HRC57 或 HRC ≥6415)在使用过程中不断破裂，可始终保持锋利的棱角，可用于粘着力强的黑色薄氧化层的快速清理[3]。

磨料飞溅磨损会产生灰尘，粘附在钢管外表面会影响防腐层成型的质量，在抛丸过程中建议采用布袋除尘或两级等大功率除尘系统。

2.3 管道内外杂质、灰尘清理抛丸过程中钢砂容易进入管道内部，在进行静电喷涂过程中，管内杂质容易落入喷粉室，污染回收粉末，需要采用高压风机或压缩空气进行管内吹扫，清理出杂质；钢管外表面飘落的灰尘，容易造成粉末的粘附能力降低，需采用高速旋转的专用毛刷，清除表面的灰尘。

无论进行管内或管外灰尘杂质的清理，须采用专用除尘系统进行回收，以达到环保的要求。

2.4 钢管预热钢管防腐层涂覆前预热采用中频感应进行，要求加热温度达到190～230℃（根据粉末胶化的最低温度以及胶化、固化时间与钢管运行速度的匹配来确定）。

为确保钢管加热的电流透入度，应从频率、感应器结构、水冷、电源功率、管道工件系统电参数等进行感应器的设计。

钢管加热过程中，多采用红外线测温仪测量钢管温度，由于受到漫反射、测量距离等影响，所测温度与实际有一定的差距，所以应采用测温蜡笔进行温度校准。

至少每隔1h测量并记录一次钢管的加热温度，同时根据所采用的环氧粉末涂料的固化温度和涂敷时钢管的运行速度随时进行调整[4]。

2.5 环氧粉末喷涂三层PE防腐层采用环氧粉末作底层。

环氧粉末通过静电和重力作用直接涂敷在钢管表面，其作用是与钢管基体形成金属键而与中间粘结剂形成化学粘结，具有耐腐蚀和抗阴极剥离的性能。

静电粉末喷枪，建议采用内置高压静电发生器粉末喷枪，可使绝大多数粉末被充电，并且粉末电位高，电场强度强，提高了粉末在钢管表面的吸附能力[5]。

喷涂时粉末涂料的静电电荷有限，应当合理控制出粉量，调整空气压力和粉末的雾化程度。

钢管与放电极之间的距离(极距)与电压的高低有关，电压增高，极距必须增大。

电压在80～100kV时，极距一般为25～35cm。

极距小于20cm时就有产生火花放电的危险，而当极距大于40cm时，涂着效果非常差。

所以，应根据钢管的外径变化来调节极距，使极距始终在20～35cm距离范围内[6]。

2.6 底胶和聚乙烯层挤出涂覆环氧粉末在钢管表面喷涂胶化后，即进行中间粘结剂挤出涂覆，要求挤出机各段温度控制在160～220℃（根据原料性能参数）。

聚乙烯的涂敷是在中间粘结剂涂敷后立即进行的，以确保中间层和面层在熔融状态下相互粘结，挤出机各段温度控制在170～230℃（根据物料的性质和塑化程度）。

这一环节还必须调整好挤出机机头模口间隙以及与钢管的平行度，保证中间粘结剂和聚乙烯沿钢管方向涂敷的均匀性，聚乙烯涂敷的厚度控制在1.5±0.5mm[8]。

中间粘结剂模具模口间隙建议调整为0.3mm左右，聚乙烯模具模口间隙调整为1mm（考虑熔胀系数）左右，并且模口的间隙调整为两边小中间大。

以确保挤出覆膜的均匀。

聚乙烯和中间粘结剂原料上料和挤出过程中，应在入料口增加“磁力架”，吸附混入金属碎片、螺栓、铁钉等金属小颗粒；出料口增加“换网器”，减少杂质、塑料残渣等破坏模具，防止杂质拉毛机筒、损坏模口；为保证物料的塑化质量，采用转速高、长径比大、物料塑化质量高的挤出机。

单螺杆挤出机，主控系统采用PLC，主电机采用英国欧陆等直流调整系统，保证运行的可靠性及稳定性，对温度、速度等得到精确性的控制，提高设备的可操作性[9]。

干燥器，在挤出机料斗上直接安装热风式干燥机，加热器加热的空气通过风机从料斗底部强制吹过原料，从而使原料干燥。

对于湿空气需要采用硅胶除湿剂来吸附空气中的湿气，来提高干燥效率。

磁力分离器，向料斗投料时，常因种种原因混入杂质以致破坏螺杆和机筒。

磁力分离装置是最常用清除铁质装置。

此外，为清除不锈钢、铜、铝等非铁质金属，可采用高频磁力线的金属清理装置。

分流板（换网器），设置在螺杆头部与模具之间的过渡区，并在分流板上安装过滤网。

他们的作用，一是阻止未熔化或杂质的粒子进入模具，滤去杂质；二是使熔体由螺旋运动变为直线运动；三是提高机头熔体压力，使制品密实，进一步均匀塑化，提高塑化质量。

换网器，塑料挤出过程中，经过长时间的塑化和受热，将会产生残渣，加上原材料中的杂质和未塑化颗粒，一旦进入模具，就会造成流道阻塞或制品缺陷，为消除这些杂质，必须在机头和模具间放置滤网。

精确的温度测量和控制，熔体压力测定装置，过载保护装置。

挤出机的螺杆、止推轴承、机头连接件等是有一定强度，超过它们极限值就会有损坏的可能。

螺杆的塑化能力强，挤出产品的外观好，不会出现不光滑、波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、气泡、斑点、水纹等。

挤出模具选用衣架式模具，此模具扩张角大，挤出模薄厚均匀，支管直径小，熔体停留时间短，无滞留现象。

硅橡胶压辊胶层硬度应为25°（邵氏硬度）以下，硅橡胶压辊橡胶层厚度确定为30～50mm。

采用缠绕法进行钢管三层PE防腐，底胶缠绕的螺距，以胶层相互的搭接边界刚好重合为最佳；聚乙烯通常为5～6层搭接，层数越多，防腐层厚越均匀。

2.8 水冷却采用循环水冷却法。

聚乙烯防腐层涂覆后，即可进行冷却，要求冷却水流量大并且非常均匀，禁止飞溅，冷却后的钢管温度不得高于60℃。

注意：从喷涂环氧粉末开始到防腐层冷却这段时间的间隔中，应保证环氧粉末的完全固化。

2.9 坡口成型采用专用的钢丝刷轮，刷轮直径一般为250mm，刷轮与防腐层接触有一定的回弹性；钢管自旋转装置，设计转动平稳，禁止高速旋转造成钢管甩动和钢丝刷轮接触力不匀衡；禁止采用车刀类的坡口成型技术。

2.10 吊装堆放成品管堆放平台与上下管机构，表面要求铺设10mm厚的胶皮，以保护防腐层的表面，吊装过程中，采用软带吊装索具。

防腐管自制作完毕后到埋地铺设的时间间隔一般不超过一年，如果时间过长，在露天堆放时就要用苫布覆盖。

2.11 原材料三层涂料系统防腐性能的好坏有赖于涂层之间的最佳粘合，也就是除生产工艺外，原料的性能对防腐效果起到极大地影响。

进厂原材料，必须具备检验合格证，涂敷厂家应对所选定的防腐层材料在涂敷生产线上做材料适用性试验，并对防腐层性能进行检测。

当防腐层材料生产厂家或牌(型)号改变时，应重新进行适用性试验，才可以用作防腐生产。

聚乙烯原料禁止采用超标再生料或其它不合格原料；中间粘结剂采用马来酸酐接枝的聚乙烯胶，禁止采用寿命只有3～5年的EVA胶或普通热熔胶；原料须存放在干燥保温的环境下，中间粘结剂和聚乙烯料在湿度较大的环境下储存、运输或使用时也容易吸潮，在使用前应作干燥处理，处理温度为50～80℃[10]。