鋼管表面防腐涂層材料的研究
一、涂層材料的作用
為了起到防銹作用對鋼管外表面進(jìn)行涂層, 鋼管表面生銹, 會影響到實際使用效果、 質(zhì)量, 且影響其外觀形象, 所以鋼管涂層工藝對鋼管產(chǎn)品質(zhì)量有著很大影響。
二、涂層材料的要求
根據(jù)美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 鋼管需要達(dá)到三個月之內(nèi)不銹蝕, 所以涂層后對鋼管的防腐時間需要符合這一標(biāo)準(zhǔn)要求。然而如今用戶對鋼管防銹時間要求越來越高, 很多的用戶要求滿足 3 ~6 個月的外場堆放, 鋼管不生銹的效果, 用戶提高了對鋼管防銹時間的要求。除了防銹時間的要求之外, 他們對涂層的外觀質(zhì)量也有一定要求, 主要體現(xiàn)在鋼管涂層后需要表面光潔, 防腐劑在鋼管表面分布均勻, 無漏涂、 滴掛等影響外觀質(zhì)量的現(xiàn)象。
三、涂層材料種類及優(yōu)缺點
目前城市地下管網(wǎng)中, 越來越多的鋼管被使用。作為用于輸送燃?xì)狻?石油、 水等的管道, 其外表面防腐覆蓋材料, 從早期的瀝青材料正逐漸發(fā)展到聚乙烯樹脂、 環(huán)氧樹脂材料。鋼管表面使用聚乙烯涂襯從上世紀(jì) 80 年代就開始了, 根據(jù)用途的不同, 聚乙烯樹脂的成分和涂襯工藝也在逐步改進(jìn)。
3.1 石油瀝青防腐層。
石油瀝青涂層是一種傳統(tǒng)的防腐層, 具有悠久的歷史, 它由石油瀝青層和加強(qiáng)玻璃布以及外保護(hù)的聚氯乙烯膜組成, 具有優(yōu)良的防水性能, 再加上價格便宜, 耐候性及對多種物體的粘結(jié)性較好, 施工簡單, 技術(shù)成熟, 所以至今仍大量用于金屬防腐。瀝青涂層的缺點是溫度依耐性極大, 高溫軟化, 易熔融, 低溫下變脆, 沖擊時易產(chǎn)生龜裂, 易老化, 埋在有巖石的土壤里, 管線要增加機(jī)械保護(hù)層或在溝內(nèi)填充砂土, 增加了費用。易受細(xì)菌侵蝕, 勞動條件差, 損耗大, 特別是生產(chǎn)和埋設(shè)時的環(huán)境污染問題, 使之在城市人口密集地區(qū)的使用受到限制。
3.2 環(huán)氧煤瀝青防腐層。
環(huán)氧煤瀝青是以環(huán)氧樹脂和煤焦油瀝青為基料, 加熱混溶, 添加適量溶劑、 防銹顏料、 填料和固化劑混合研磨制成。具有優(yōu)良的耐水性、耐藥性、 防腐性及良好的粘接力, 機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性優(yōu)點, 可以帶溫冷涂, 因而較石油瀝青、 煤焦油瀝青便于生產(chǎn)。環(huán)氧煤瀝青涂料的缺點是涂后需要較長的固化時間, 才能達(dá)到可供運輸?shù)钠鸫a強(qiáng)度要求, 即使在夏季, 也要 1 ~2 天。在固化期間, 風(fēng)沙、 雨水、 霜雪都對防腐層表面有不良影響, 在氣溫低時無法施工。另外所使用的底漆、 面漆、 固化劑、 稀釋劑要分類存放, 防曬放火的成本較高。
3.3 環(huán)氧樹脂粉末防腐層。
環(huán)氧粉末防腐層是上世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)的防腐層, 它是通過靜電噴涂的方法, 將粉末噴涂到經(jīng)預(yù)處理并已預(yù)熱的管體表面, 在管體表面發(fā)生固化反應(yīng), 形成一層致密的防腐層。該防腐層耐腐蝕性好, 對環(huán)境污染小, 具有如下優(yōu)點:(1)使用溫度范圍為 100℃至 -60℃, 較 PE 更廣;(2)與管體粘著力大, 耐陰極剝落性好;(3)抗沖擊性、 韌性、 耐溫性好,焊接損傷?。唬?)防水性、 電絕緣性好;(5)損傷易發(fā)現(xiàn), 易修補(bǔ)。環(huán)氧樹脂粉末涂層主要缺點是膜較薄, 易受外傷, 出現(xiàn)砂眼, 生產(chǎn)技術(shù)要求高, 設(shè)備也較復(fù)雜, 野外施工管理難度大。不同生產(chǎn)廠家, 甚至不同批次的產(chǎn)品性能差異較大, 選擇時應(yīng)著眼于其機(jī)械性能和密合性等。除了耐熱性外, 無論是作為防腐材料還是防腐系統(tǒng)都劣于聚乙烯。國外對它的研究主要集中在低溫下的耐沖擊性、 耐彎曲性和電氣絕緣性;高溫下耐水性、 密合性和耐陰極剝落性;以及其保護(hù)材料的成本高、 施工難度大等問題也被列為課題在研究。
3.4 聚乙烯防腐涂層。
聚乙烯具有良好的耐沖擊、 硬度高等物理和機(jī)械性能。并且它的溫度適用范圍也比較廣(粘合型:60℃ ~ - 40℃;密合型:80℃ ~ -45℃)。特別是在低溫條件下比其他材料有更優(yōu)良的彎曲性和耐沖擊性, 所以在俄羅斯、 西歐等寒冷地區(qū)的管道上應(yīng)用廣泛。包覆聚乙烯涂層是擠塑機(jī)將熱融聚乙烯擠涂到鋼管表面上, 形成一個塑料外殼, 以防止腐蝕, 也稱聚乙烯熱塑涂層或夾克。這是國外上世紀(jì) 50 年代開發(fā)的新產(chǎn)品, 發(fā)展很快, 在各種防腐層使用中曾獨占鰲頭, 目前德國幾乎所有的油氣管道都使用這樣的防腐涂層。我國從上世紀(jì) 80 年代開始使用, 在小管徑管道上取得了成功的經(jīng)驗, 但在大口徑管道上存在夾克層應(yīng)力開裂問題, 當(dāng)夾克進(jìn)水后, 夾克層下的鋼管發(fā)生腐蝕。所以, 聚乙烯的材料和涂敷工藝還有待于進(jìn)一步研究和改進(jìn)。
四、涂層材料常見問題
經(jīng)過總結(jié)得出常見的問題大致可以分為三種, 它們分別是涂層不均、 防腐劑掛滴、 防腐劑起泡。
(1)涂層不均。這類問題的根本表現(xiàn)是防腐劑在鋼管表面分布不均, 有的部位涂得太厚, 而有的部位太薄或根本沒有涂到油。因此導(dǎo)致涂得太厚的地方涂層厚度超過標(biāo)準(zhǔn), 造成浪費現(xiàn)象;而涂得太薄或沒有涂到的地方會造成鋼管防腐能力降低, 致使最終產(chǎn)生銹蝕的現(xiàn)象。
(2)防腐劑掛滴。防腐劑像水滴一樣凝固在鋼管表面就是防腐劑掛滴現(xiàn)象, 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生往往沒有直接影響到防腐性, 也可以保證鋼管一定要求的防腐蝕力;但是從美觀的角度來看,有防腐劑掛滴的鋼管看上去不光澤、 不均勻, 直接影響了鋼管的外觀。
(3)防腐劑起泡。由于防腐劑里面進(jìn)入了空氣使得鋼管涂層中形成了一個個氣泡, 這些氣泡根據(jù)鋼管規(guī)格不同, 大小也不同。較大氣泡的形狀就像有些家電遙控器的保護(hù)套上的氣泡, 手稍微用力按下去就會弄破氣泡。防腐劑起泡現(xiàn)象不僅影響了鋼管的外觀, 使整個鋼管表面顯得毛糙不光滑, 而且氣泡的破損會減少涂層膜厚的標(biāo)準(zhǔn), 降低了防腐能力, 最終導(dǎo)致了氣泡所處的鋼管部位的銹蝕。
五、質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因分析
每一個問題產(chǎn)生的原因都是多種多樣, 是由多種因素導(dǎo)致的;而一捆鋼管所凸現(xiàn)出來的質(zhì)量問題也有可能是幾種的結(jié)合。涂層不均的原因大致可分為兩種, 一是鋼管進(jìn)入涂層箱后由于噴涂而造成的不均現(xiàn)象;二是非噴涂造成的不均現(xiàn)象。第一種現(xiàn)象的原因顯然易見, 到涂層設(shè)備時鋼管進(jìn)入涂層箱在周圍 360°共有 6 把噴槍(套管線有 12 把噴槍)進(jìn)行噴射。如果每把噴槍噴射出來的流量大小不同, 那么就會導(dǎo)致防腐劑在鋼管各個表面的分布不均勻。第二種原因就是拋開噴涂因素外的其他導(dǎo)致涂層不均現(xiàn)象的原因。有很多種因素, 如鋼管來料生銹、 毛糙, 使涂層很難均勻分布;鋼管表面有測水壓時留下的乳化液, 這時進(jìn)行涂層由于和乳化液接觸, 使防腐劑很難依附在鋼管表面, 使有乳化液的鋼管部位沒有涂層, 導(dǎo)致整根鋼管的涂層不均。
(1)防腐劑掛滴原因。鋼管的橫截面是圓形的, 每次防腐劑噴涂在鋼管表面后, 上部和邊緣的防腐劑由于重力的因素會向下部流動, 從而形成掛滴現(xiàn)象。好在現(xiàn)在鋼管廠涂層生產(chǎn)線上有烘箱設(shè)備, 可及時給噴涂在鋼管表面的防腐劑加熱凝固, 減少防腐劑的流動性。但如果防腐劑的粘度不高;噴涂后沒有及時加熱;或加熱溫度不高;噴嘴工作狀態(tài)不好等都會導(dǎo)致防腐劑掛滴。
(2)防腐劑起泡原因。由于作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的空氣濕度、 涂料分散過度、 分散過程溫度下降都會造成防腐劑氣泡現(xiàn)象??諝鉂穸缺容^大的環(huán)境、 溫度比較低的條件下, 防腐劑噴射出來時被分散成細(xì)小的液滴, 會導(dǎo)致溫度下降。溫度下降后較高濕度的空氣中的水, 會結(jié)露形成細(xì)微水滴混入防腐劑, 最終進(jìn)入涂層內(nèi)部, 造成涂層起泡現(xiàn)象。
六、夢能服務(wù)與支持
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