管道防腐生产工艺方案
前 言
国内某大型钢管生产企业,为了更好地发挥技术、原料、地理、成本、政策等方面的优势,使之具有较强的市场竞争能力,拟建一条内涂和一条外防腐生产线。防腐生产线的建设,将会整体提升企业的规模、技术和装备水平、产品档次,保持企业的可持续发展。通过相关技术人员的大量调研和现场实践工作,提出了该钢管厂防腐生产线建设方案。笔者就该建设方案、工艺布置及主要生产设备进行了介绍。
1 建设规模及产品方案
1. 1 建设规模
目前,国内外长输管线钢管大部分都需要进行防腐,外防腐以油气输送管线为主,内涂层以天然气长输管线为主。依据企业现状和正常年份下的市场需求预测,综合考虑建设投资,并避免市场过度竞争等因素,本方案确定内涂层、外防腐的设计年产能各为150×104m2。
1. 2 产品方案
(1)内涂层产品方案。管径508~1422mm,钢管长度8~12·5m,最大壁厚20. 6mm,内涂层类型为减阻型双组份液体环氧,执行标准为APIRP 5L2和SY/T6530—2002。
(2)外防腐产品方案。管径377~1422mm,钢管长度8~12.5m,最大壁厚20.6mm,外防腐类型为单层和双层熔结环氧粉末、二层和三层聚乙烯/聚丙烯。执行标准分别为DIN30670, CSA Z245. 20—2002,CSA Z245.21—2002,SY/T0413—2002和SY/T0315—1997。
2 生产工艺
2. 1 防腐类型
目前,国内外主要的外防腐结构有:单层和双层熔结环氧粉末、二层和三层聚乙烯、三层聚丙烯、石油沥青和煤焦油瓷漆等。钢质管道根据输送介质和压力,以及所在地理位置的气温、湿度、地形地貌,再加上人口、文化、经济等不同情况,可采用不同的外防腐结构和材料,从而达到管道要求的安全和可靠。
内涂层按作用可分为防腐型内涂层和减阻型内涂层。国内以水泥沙浆、环氧粉末为主要涂层材料的防腐型内涂层在不同管径的输水管道中已有多年的应用历史。目前,国内外主要天然气管道普遍采用内涂层减阻技术来降低摩阻,提高输量。经过多年的应用发展,内涂层的涂料生产和施工技术日趋成熟。
2. 2 外防腐生产线
外防腐生产线工艺流程如图1所示。
(1) 钢管预热
钢管在除锈前,表面必须干燥、无油,管体温度应高于露点温度5℃,如果低于露点温度,则需要预热,预热温度为40~60℃。
(2) 抛丸除锈
钢管在除锈前应去除表面的油脂、污垢、焊渣、毛刺等,然后进行抛丸除锈。
(3) 钢管内吹扫
利用压缩空气喷嘴伸入管内,将管内除锈后的残渣、钢砂吹扫干净,确保涂敷时不落入喷涂室内。
(4) 除锈检测
除锈后的钢管应按照有关规定进行检测,以达到除锈等级的要求。检测合格的钢管进入外涂敷,不合格的钢管返回重新除锈。
(5) 管端贴纸
为了便于现场焊接,管体两端要求一定的预留段,预留段长度根据设计要求选定,一般为100~150mm。涂敷前按预留段宽度贴纸或涂刷可去除性涂料。
(6) 微尘处理
钢管进入涂敷室前进行微尘处理,去掉除锈后钢管表面的一些微粉尘,以利于提高涂层的附着力。
(7) 中频加热
采用无污染的中频感应电加热方式,快速均匀地将管体加热到220℃左右,满足涂敷温度的需要。
(8) 环氧粉末底漆喷涂
单层环氧粉末、双层环氧粉末、三层结构层的底漆采用了具有良好附着力、抗阴极剥离等优良防腐性能和力学性能的环氧粉末涂料。该涂料在加热的钢管上采用静电喷涂,喷涂厚度60 ~100μm,并由设计确定。
(9) 胶粘剂/PE挤出侧缠绕
对于三层结构涂层,中间层是胶粘剂,最外层是PE层,这两种涂层中,胶粘剂起着粘接底漆与PE两种不同极性材料的作用;对于两层PE结构层,底层是胶粘剂,最外层是PE层。采用塑料挤出机和专用模头将这两种涂层材料挤成片材并缠绕在管体上。
(10) 涂层表面滚压
刚涂敷完PE层的钢管,通过压辊将多个PE层叶压成单层,并把PE层与其他成分连接在一起,保证了涂层的平整均匀,还可以防止空气夹杂在层中。
(11) 切口
由于管子一根接着一根进行连续作业,且管体两端要求一定的预留段,因而在涂敷前必须按照预留段的宽度贴纸或涂刷可去除性涂料,涂敷后用人工切断两管段间的连续涂层,并剥去预留段涂层。
(12) 冷却
钢管涂敷后,涂料在管体上还处于熔融状态,不能与作业线传动轮相接触,需将其迅速冷却到60℃左右。
(13) 端头打磨
去除钢管两端预留段的涂层后,还须打磨干净,并把涂层端面打磨成坡口,以便补口时与补口涂层更好结合。
(14) 涂层质量检验
按有关规定进行针孔、剥离、厚度、冲击等质量检测。
(15) 标识
对合格的成品管进行标识,包括涂层结构、钢管直径、长度、生产单位及日期等。
2. 3 内涂层生产线
内涂层生产线工艺流程如图2所示。
(1) 预热
钢管在除锈前,内表面必须干燥、无油,管体温度应高于露点温度5℃,如果低于露点温度,则需要预热,预热温度为40~50℃。
(2) 内抛丸除锈
钢管在进行内抛/喷丸处理前,应去除内表面的油脂、污垢、焊渣、毛刺等,然后进行抛/喷丸处理过程。
(3) 除锈后质量检测
除锈后的钢管应按照有关规定进行检测以达到除锈等级的要求。
(4) 切口为了便于现场焊接,管体两端要求一定的预留段,预留段长度根据设计要求选定,一般为50~80mm。涂敷前按预留段宽度贴纸或涂刷可去除性涂料。
(5) 喷涂
钢管内表面和端部处理后应立即进行喷涂。
(6) 固化
钢管经过内涂敷后,送入固化炉进行固化。
(7) 内涂层质量检验
按照有关规定,对涂层质量进行检测。
(8) 标识
对合格的成品管进行标识。
根据计算,完成150×104m2内涂层和外防腐层,需要3402 h,机组年有效工作时间为4420 h,机组负荷率为3402/4420=77.0%。因此,机组可以完成设计产能要求。防腐生产能力计算见表1和表2。
3 主要生产设备
3. 1 设备选型
通过大量工程技术人员的实际调研,并从生产规模、产品质量、设备投资、生产成本等方面综合考虑,确定防腐生产线的关键生产设备包括抛丸除锈设备、中频加热装置、挤塑机等,全部机械设备均为国产。
内涂层和外防腐生产线主要设备性能参数见表3。
3. 2 主要生产设备特点
3. 2. 1 抛丸除锈设备
抛丸室用型钢框架及钢板焊接而成,保证室体有足够的刚度和强度,抛丸室内侧装有耐磨高锰钢衬板,提高了使用寿命,为防止弹丸飞溅,在室体两端加装组合式可换密封装置。抛丸器采用上抛结构,抛丸器主要由叶轮、叶轮驱动盘、分丸轮、定向盘、叶片、电机、高铬耐磨防护衬板、减震橡胶等构成,该机具有抛丸量大、叶轮使用寿命长、更换方便等优点。BE型满幕帘流幕式自动调
整型丸渣分离器,提升机采用平皮带传动的斗式提升机,卸料方式为离心重力式,皮带张紧调节范围为200mm。
除尘设备由一级旋风除尘器和二级脉冲反吹式布袋除尘器组成,除尘器底部设排灰阀。
3. 2. 2 中频加热装置
采用晶闸管中频装置,利用晶闸管元件将工频三相交流电源转换成单相中频电源;启动采用它激转自激形式的扫频式零压软启动方式,启动过程中频率调节系统和电流电压调节闭环系统自动跟踪负载的变化;电路采用专门设计的恒功率控制路,在运行过程中自动监视电压及电流的变化情况,根据负载的变化自动输出功率;采用数字控制电路,可靠性高,三相电源相序以及电容柜和炉体的连线均不需特别指定,采用电源热交换装置对使用过程中容量较大的发热电器元件进行冷却,该装置采用内、外双循环系统,用纯水或蒸馏水作为主循环冷却介质,采用普通水作为辅循环冷却介质,不同管径的钢管生产时应选用合理规格的感应器。感应器线圈由优质大截面矩型铜管绕制而成,线圈表面涂防潮绝缘磁漆,进出水管采用快插接头连接,外形为方形的感应器安装在高度可调整的支架上,可采用红外测温设备监测钢管表面温度,静态精度±2%,并通过和记录仪的信号连接实现数据的采集、存储和处理。
3. 2. 3 FBE静电涂覆系统
电晕式高压静电自动粉末喷枪的设计,满足了在高温环境状态下对管道外部喷涂热熔性环氧粉末的应用。高压静电发生系统能产生高达100 kV(DC)的静电电压,保证了高速及高膜厚管道喷涂应用时获得较高的上粉率,满足严格的工业设备安全标准,使用操作安全。模块设计结构便于日常清理和现场维护,多喷枪系统控制器安装在19#控制柜上,控制器对喷枪对应的每个供粉泵进行充气流量及粉末流量的控制,高压静电充电输出电压可在0~100 kV范围内调节,以改善电场强度以及获得最佳的操作灵活性。
该系统设有料位报警装置、火焰报警装置和二氧化碳灭火系统等多重保护。喷房采用不锈钢结构,内安装照明设备。粉末回收采用旋风加滤芯的型式,滤芯材料选用聚脂纤维+微孔铝箔复合材料,该产品对过喷粉末既有消除静电功能又可反复水洗。
3. 2. 4 PE/PP涂覆系统
采用SJ220×30单螺杆挤出机挤出PE/PP料,通过与主机相连接的换网器滤除物料中可能存在的杂质以免损坏模头,通过适配器以及与之相连的T型模具挤出PE/PP片材;采用SJ90×30单螺杆挤出机挤出胶粘剂料,通过与主机相连接的换网器滤除物料中可能存在的杂质以免损坏模头,通过适配器以及与之相连的T型模具挤出胶粘剂片材。当钢管螺旋通过涂覆区域时,带动塑料片材包裹到钢管的表面,同时硅胶制作的压辊将胶片压实到钢管的表面,增加剥离强度,同时排出可能夹在胶片与钢管中的空气;为防止钢管通过涂覆区域时因管端可能的下沉导致管头容易出现气泡,在此设置托管小车。
4 结 语
随着我国在石油、化工、天然气等行业的发展,管道建设的规模越来越大。与此同时,管道防腐也受到人们关注,并具有良好的应用前景。管道防腐生产工艺方案有待于进一步探索,为管道行业的发展创造更大的社会效益和经济效益。
