p 工艺与设备
新工艺介绍
龙志斌，龙云正，汪 颐，赵建华，葛启维
(南京橡塑机械厂有限公司，南京210001)
摘 要：介绍了常规的钢管3PE 外防腐工艺及其优缺点及目前国内外为提高钢管3PE 外防腐质量所采取的有效措施。重点介绍了一种由环氧粉末喷涂、胶粘剂粉末喷涂、聚烯烃粉末喷涂和聚烯烃挤出缠绕组成的多层聚烯烃涂敷新工艺。该方法能减少钢管焊道上的涂层减薄，并能消除焊顶、焊脚处出现的空穴，显著减小涂层内的残余应力，从而提高3PE 钢管外防腐质量。 关键词：钢管3PE 防腐；环氧底漆；多层聚烯烃涂敷
中图分类号:TG174.46 文献标志码:B 文章编号:1001-3938(2009)10-0040-03
A Newly App roa ch of 3PE P ipe C oating 2m u lti 2layer Polyolefin Coa ting
L ONG Zh i 2bin ,L ONG Yun 2z heng ,WANG Y ,i Z HAO Jian 2hua ,GE Q i 2we i
(Nanjing Rubber and P la sticsM achinery P lant Co .,Ltd .,Na nji ng 210001,China )
Abstr ac t :Th i s paper presents a deta iled i ntroducti on abo u t t he advantages and d i sadvantages of conventi onal 3PE ex 2terna l coating ,and t he effective m eas ures wh i ch are taken by manu fac t ured at ho m e and t he abroad to i m prove 3PE ex 2terna l coating qua lity .A newly coati ng approach consisti ng of epoxy po wder sprayi ng ,adhesi ve po wder sprayi ng ,and pol yol e fi n po wde r sprayi ng as we ll as extruded pol yolefi n wrapping was introduced .Th is newly coa ting approach can a 2voi d t he we l d coati ng th i ckness reduc i ng th i n ,e li m i nate caviti es appeared on the to p and foot of we l d i ng ,and si gn ifi 2cantl y reduce resi dua l stresses i n the coa ti ng ,so it can re m arkably i m prove 3PE external coati ng qua lity .K ey word s :stee l p i pe 3PE coa ting ;epoxy pri m er ;mu lti 2layer pol yolefi n coati ng
1 常规钢管3PE 外防腐工艺简介
钢管3PE 外防腐系统通过中间层胶粘剂的连接，完美结合了环氧底漆对氧气的低渗透性、与钢管的强粘接性以及抗阴极剥离特性和聚乙烯层对湿气的低渗透性、良好的抗冲击韧性以及低成本特性，被誉为/永不腐蚀的防腐系统0，广泛应用于世界各国的油气输送、输水工程乃至海洋管道工程。
在常规的3PE 侧缠绕挤出工艺中，硅橡胶压辊用来压紧挤出的片材以增强各涂层之间的接触，促进粘连，平滑聚烯烃重叠层，将熔融的聚烯烃推向不规则的表面(包括凸出的焊道)。硅橡胶压辊的效果很大程度上取决于焊道的几何形
状。对于凸出较高的焊道或方形焊道，当钢管旋转至压辊时，熔融的聚合物能被压进焊道的前侧，但压辊可能无法提高焊道后侧的接触，导致焊脚处出现空穴
[1]
。
在胶粘剂层和聚乙烯层挤出缠绕的过程中，压辊和传动轮胎作用在熔融涂层上的压力使焊道上的防腐层减薄，在水冷过程中传动轮胎的压力继续使防腐层减薄
[2]
。目前国内的3PE 工艺普
遍采用外部冷却的方法，最外层的PE 层最先冷却，然后依次为胶粘剂层、熔结环氧树脂层和钢管管壁。PE 层从熔融状态冷却为固态时存在显著的体积收缩率(10%~25%)，在外表面逐渐冷却时,PE 层在钢管上产生环向应力。在焊道凸出位置，这个环向应力将会拖曳熔融聚合物形成切线 #
40#焊管#
第32卷第10期#2009年10月
结构，导致焊道顶部(简称焊顶)防腐层厚度变薄，从而导致焊脚和焊顶防腐层和管壁间产生空穴或不连续。常规3PE 钢管截面涂敷效果如图1所示,t w eld /t bo dy 为60%~70%
。
图1 常规3PE 钢管截面涂敷效果
各国钢管防腐标准对焊道上的防腐层厚度都有要求。埋地钢管在恶劣的环境条件下长期使用，有空穴的焊脚和焊顶最先受到氧气和水的渗透，首先发生腐蚀，在环向应力作用下发生腐蚀扩散。在装卸、运输或填埋过程中若防腐层被划伤，涂层内较大的环向应力易使防腐层沿裂缝撕裂，导致防腐失效。因此，防止钢管焊道上涂层减薄，消除焊顶、焊脚处出现的空穴，减小涂层内的残余应力是提高3PE 防腐质量的关键。
2 提高3PE 防腐质量的方法
影响钢管3PE 防腐层性能的因素较多，如各工序的布局、设备选型、表面质量、加热方式、涂装温度、冷却方式、传动精度、物料特性和检测等，控制不好则会导致涂层粘接力小、过薄、开裂或气泡等缺陷，严格执行规范和科学的作业方法对控制缺陷、保证防腐管的成品率至关重要
[3-8]
。
中国专利CN200710057236[1].9(一种钢管防腐水冷却方法)公布了一种钢管外部环形冷却装置，冷却效果有所提高，但仍然无法从根本上克服外部冷却方法导致的质量缺陷和焊道涂层厚度减薄。文献[2]
指出降低涂层厚度减薄的理想方法是从钢管内部进行冷却。
美国专利US6270847B1公开了一种钢管防腐内部冷却方法，该方法在钢管内部放入水泵，在钢管转动过程中向钢管内壁喷水，钢管和防腐层的冷却顺序为：钢管、FBE 层、胶粘剂层和PE 层。钢管传热速度快，可使钢管和涂层快速冷却，同时由于
防腐层的冷却过程是从内向外，防腐层在冷却收缩
时与管壁的粘接更好，防腐层的环向应力很小，焊道上防腐层减薄很微小，从而提高防腐质量并降低原料成本。但这种内部冷却方法实现难度较大。
wmi服务
文献[9]和文献[10]对HPCC(h i g h perf or m 2ance co mposite coati n g)涂层系统进行了介绍。该工艺将环氧粉末、胶粘剂层和PE /PP 层均通过静电喷涂涂装在钢管表面，可形成一种各层之间连续过渡的/分级结构0，各层之间没有明显的界面，粘接力更强，涂层厚度更均匀，并能消除焊顶和焊脚空穴，减小防腐层环向应力。美国专利
止痒沐浴露US5178902在1993年公布了这种HPCC 工艺，并在工程应用中取得了良好的效果，但由于粉末体的热传导慢,H PCC 工艺很难获得厚的涂层，力学性能不如3PE 。
加拿大百劭公司研发了一种完美结合H PCC 工艺优点(分级结构均匀涂层)和传统3PE 工艺优点(廉价、涂层较厚、力学性能优秀)的新工艺)))多层聚烯烃涂敷[1]
。管世伟博士在中石
油2008重点管道项目技术与设备高层论坛会上留言板制作
的报告
[11]
中提及了这种在材料和施工工艺控制
上都有所创新的多层聚烯烃防腐系统。下面对多层聚烯烃涂敷新工艺进行介绍。
3 多层聚烯烃涂敷
多层聚烯烃涂敷工艺流程如图2所示。该工艺主要包括表面预处理(水洗、预热、喷丸除锈、酸洗、水洗、中频加热)、多层聚烯烃涂敷(环氧粉末喷涂、胶粘剂喷涂、PE /PP 粉末喷涂和PE /PP 挤出缠绕)、钢管冷却(内部冷却、外部冷却)，在线检测、管端打磨等工序。
图2 多层聚烯烃涂敷工艺流程图
连接扣件
三层粉末喷涂过程和HPCC 工艺(US5178902)一致，如图3所示。用静电喷涂法依次喷涂厚度\250L m 的环氧粉末、厚度\125L m 的胶粘剂、
#
41# 第32卷第10期 龙志斌等：钢管3PE 外防腐多层聚烯烃涂敷新工艺介绍
厚度\500L m 的PE /PP
粉末。图3 H PCC 工艺流程图
三层粉末涂层均在钢管的预热下熔结，因粉末层传热较慢，为加速外层的熔结，可在PE /PP 喷涂之后布置一个红外线加热器，射线波长为3~10L m 。
PE /PP 挤出缠绕过程和3PE 工艺中PE 的挤出缠绕过程相同，可在/分级结构0的三层粉末涂层上涂敷客户要求的任意厚度的PE /PP 。
涂敷钢管的冷却采用美国专利US6270847B1公布的钢管内部冷却方法对钢管从内部进行快速冷却，然后再用传统的外部冷却方法从外部对钢管进行冷却，以达到最佳的冷却效果。
多层聚烯烃防腐系统的涂敷效果如图4所示，红涂层为FBE ，喷涂的胶粘剂、PE 层和挤出的PE 层之间没有明显的界面，涂层与钢管之间没有空穴，焊道上涂层的厚度减薄很小，约为91.3%。力学测试结果也表明多层聚烯烃防腐系统的抗冲击韧性等力学性能优于常规3PE 防腐
系统。
图4 多层聚烯烃涂敷的钢管截面涂敷效果
多层聚烯烃涂敷工艺和常规的3PE 工艺在空间布局上接近，用HPCC 喷涂系统取代原有的FBE
喷涂系统和胶粘剂挤出系统，利用原有的PE /PP 挤出系统，可对现有3PE 生产线进行技术改造。
4 结 论
多层聚烯烃涂敷工艺能显著提高3PE 钢管外防腐的质量，已经成为加拿大百劭公司3PE 钢管防腐的发展方向。加强对多层聚烯烃涂敷工艺的国产化研发，用新工艺装备新的防腐生产线或对旧的防腐生产线进行技术改造，对提升我国3PE 钢管外防腐水平具有积极意义。
参考文献:
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[11]管世伟,WON G D .材料检验和工艺控制对三层聚烯
烃防腐涂层长期性能的影响[C /OL].http :M w ww .brederoshaw .co m /literature /techpapers /B redero Shaw_TP _CH _3LPO .pd.f
作者简介：龙志斌(1982-)，男，硕士研究生，主要研究方向为钢管防腐生产工艺及设备的设计研发和大型单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的设计研发。
收稿日期:2009-06-26
编辑：谢淑霞
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42#焊 管
2009年10月
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