管道三层结构聚乙烯涂层的涂敷及其质量控制

第２０卷第４期　１９９９年４月　腐蚀与防护　ＣＯＲＲＯＳ　Ｎ＆ＰＲＯＴＥＣＴ１０Ｎ　Ｖ０【２０　Ｎｏ．４　Ａ口ｒ．】９９９　管道三层结构聚乙烯涂层的涂敷及其质量控制　；　ｒ　取得了很好的教果｝介绍了三层结构聚乙烯防腐蚀管的游敷工艺和　主题词三层结构兰．　生　管．　坠璺墨苎　质量管逅　｛｛鼋剖等方面的内容争。　　，　１引言　三层结构熔结环氧／挤压聚烯烃防腐蚀层技术，　是欧洲国家自８０年代以来研究开发并成功应用的，　它综合了熔结环氧粉末涂层和挤压聚烯烃两种防腐　蚀层的优良性质，克服了两层结构聚乙烯防腐蚀层　的粘结性较差，以及熔结环氧粉末擦层的机械性能　较低等缺点，目前被认为是国标上最先进的管道外　防腐蚀技术　为满足国家重点工程——陕京天然气　管道和库鄯输油管道工程建设的需要，我国引进或　合资建皮了几条三层结构聚乙烯防腐蚀层涂敷作业　线。通过一年多的引进和开发完善，并参考国外的有　关标准规范和应用经验编制了石油天然气行业标准　ＳＹ／Ｔ４０１３　９ｊ《埋地钢质管道聚乙烯防腐屡技术标　准》，使三层结构聚乙烯防腐蚀层技术获得了成功应　用，目前已累计生产使用三层结构聚乙烯防腐蚀管　近２０００ｋｍ。本文根据作者在重点工程中实施防腐　蚀驻厂质量监督的体会，着重介绍管道三层结构聚　乙烯防腐蚀管的涂敷工艺及质量控制等内容。　２防腐蚀层结构及涂敷工艺　２．１防腐蚀层结构　埋地管道三层结构聚烯烃防腐蚀层的结构组成　包括：环氧底漆、中间共聚物粘结剂和聚烯烃面层，　如图１所示。　锕管　环氧底漆　共聚物腔牯剜　聚烯烃面层　图１防腐蚀层结构组成示意图　（１）熔结环氧底漆防窝蚀层的底漆采用熔结　环氧粉末涂层，厚度一般为６０～ｌ００￣－ｍ。　（２）共聚物粘结剂　中间层采用共聚物或三聚　物粘结剂，主要成分是聚烯烃，目前广泛采用的是乙　烯基共聚物胶粘剂。中间层的厚度通常为１　７０～　４００￣－ｍ。　（３）聚烯烃面层　防腐蚀层面层为挤压聚烯　烃，如聚乙烯或聚丙烯。目前应用较多的是聚乙烯，　聚乙烯可用高、中、低密度或改性聚乙烯。面层厚度　为１．５～３，５ｍｍ，视钢管直径和管道运行条件而定。　２，２涂敷工艺及其要求　三层结构熔结环氧／挤压聚烯烃防腐蚀层，必须　在固定的涂敷作业线上进行连续的涂敷生产　目前．　通过引进国外主要工艺设备，我国已建立了几条三　层结构聚烯烃防腐蚀层擦敷作业线，它们的涂敷工　艺流程总体是一致的，图２为三层结构防腐蚀层涂　敷工艺流程示意图，涂敷工艺步骤依次为：钢管预　热、钢管表面抛丸处理、钢管加热、环氧粉末喷涂、共　聚物胶粘剂挤压缠绕、聚烯烃面层挤压缠绕、防腐蚀　层辊压、水冷却和管端切割等，　腔粘剂挤压　图２三层结构聚烯烃防腐蚀层涂敷工艺流程图　（１）钢管表面预处理钢管表面预处理包括油　脂和污垢等附着物的清除、钢管预热和钢管表面喷　（抛）射处理。钢管表面的油脂和泥土等污垢可采用　机械清除、溶剂清洗或高压水冲洗等方法处理干净　钢管预热是为了使进行喷（抛）射处理时表面保持干　燥，一般要求表面温度高于环境露点温度３℃以上，　考虑到实际处理时的可操作性，也可将钢管表面预　热至４ｏ～６０℃；预热可以采用中频加热装置加热，　也可采用燃油或燃气的火焰加热。钢管表面的除锈　多采用抛丸处理，一般只有一个抛丸机进行一次表　维普资讯 http://www.cqvip.com

张其滨等：管道三层结掏聚乙烯涂层的涂教及其质量控制　面处理，也有的采用两个抛丸机进行连续两次抛丸　处理　表面处理后钢管表面的除锈等级要求达到　Ｓａ２　，表面锚纹深度达到５ｏ～７５￣－ｍ，表面的灰尘　必须清扫干净。表面处理后的钢管应在　以内进行　防腐蚀层涂敷，　防止钢管表面受潮或生锈　（２）钢管加热及底漆涂敷在涂敷环氧粉末涂　料前，采用中频加热装置加热钢管，使钢管表面达到　环氧粉末涂料的涂敷和固化温度．一般控制在１８０　２３ｏ℃，要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来调整。环氧粉末涂料采　否则会压坏防腐蚀层；开始部位的冷却水应均匀地　流淌到管子上，不能采用带压水流冲击防腐蚀层，　免引起防腐蚀层麻点；防腐蚀层要进行连续冷却，直　到钢管温度降低到６Ｏ℃　下，为了加快钢管的冷却　速度，可　在管端切割后采取管内冲水冷却的办法。　由于防腐蚀层涂敷作业是连续进行的，涂敷后　的钢管之间必须进行切割分离，有的是开始涂敷时　进行标记，钢管冷却后采用切刀割断防腐蚀层；有的　是在涂敷位置上设计有自动托管小车，当涂敷到管　接头部位时，托车自动上升定位托住钢管，在防腐蚀　用静电喷涂法进行一次喷涂达到所需的底漆厚度，　熔结环氧底漆的厚度应均匀。　（３）中间层和面层的涂敷中间层共聚物胶粘　剂和面层聚乙烯的涂敷，可采用纵向挤出包覆或侧　向挤出缠绕工艺，由两台挤出机分别进行挤压涂敷。　目前国内建成的几条三层结构聚乙烯防腐蚀层作业　线采用了侧向缠绕工艺。胶粘剂和聚乙烯原料采用　自动上料系统投料并进行干燥处理，防止杂质混入，　可有效地控制原材料的投入质量。　共聚物胶粘剂的涂敷必须在环氧粉末涂料喷涂　后的胶化过程中进行，也就是说，钢管从喷涂环氧粉　末的位置运行到涂敷胶粘剂的位置所花的时间，要　短于环氧粉末涂料的胶化时间，胶粘剂的涂敷温度　应满足环氧粉末涂料所需的固化温度，常用的几种　胶粘剂的涂敷温度一般控制在２３０￣２５０＇Ｃ；胶粘剂　般只缠绕涂敷一次来达到要求的厚度，缠绕时有　较小的搭接即可，胶粘剂的涂敷对于三层结构聚乙　烯防腐蚀层涂敷质量是非常关键的。　聚乙烯的涂敷应在胶粘剂涂敷后立即进行．聚　乙烯的熔融和挤出温度要根据所用聚乙烯料的熔体　流动速率进行确定，常用的挤出温度一般为２３０　２６０℃；采用侧向缠绕工艺时，聚乙烯层的厚度要通　过多层搭接缠绕来实现，通常为５～６层搭接。　采用侧向缠绕工艺涂敷时，要使用压辊对缠绕　在管子上的聚乙烯层进行辊压，压辊的宽度一般应　大于聚乙烯的挤出缠绕宽度，　使搭接的聚乙烯薄　层之间　及与胶粘剂间相互融合，并与底层辊压密　实。在进行辊压时，要防止损伤防腐蚀层表面，若压　辊出现损坏，如裂缝时，就不能将整个防腐蚀层辊压　密实，有时造成防腐蚀层下气泡，之后破裂形成缺　陷，因此不能采用损坏的压辊进行生产。　（４）余敷后的处理　进行防腐蚀层连续涂敷　成型后，应立即进行冷却、切割和留端处理等步骤。　防腐蚀层的冷却在面层聚乙烯挤压缠绕后适当　位置开始，在开始冷却前，防腐蚀层不能上传动轮，　层开始冷却前即切断防腐蚀层。　在防腐蚀层涂敷完成并冷却后，应对管子留端　部位进行必要的处理。首先要清除规定留端宽度内　的防腐蚀层，这可以在钢管涂敷前对管端作好掩蔽　处理，便于管端防腐蚀层的清除，留端宽度通常为　１３ｏ～１６０ｒａｍ｝然后采用专用机具对留端部位的防　腐蚀层进行打磨，使防腐蚀层端面形成４５。以下的　倒角。留端部位的防腐蚀层清除和倒角的修磨可　采用专用机具一次完成。　３防腐蚀层质量控制要求　３．１防腐蚀层材料的质量控制　（１）三层结构用的环氧粉末涂料应采用防腐蚀　型环氧粉末涂料，除应具备埋地管道单层熔结环氧　防腐蚀层用的环氧粉末涂料的主要性能，如较好的　附着力和耐阴极剥离性能外，还应有恰当的胶化时　间和固化时间。在西部管道工程中采用的是国外应　用成熟的几种环氧粉末涂料，国内研制开发的环氧　粉末涂料也得到了成功应用。生产过程中对每一批　到货的环氧粉末涂料都进行主要性能的检验，结果　见表１。　（２）共聚物胶粘剂是三层结构防腐蚀层专用胶　表１环氧粉末涂料主要性能检验结果　维普资讯 http://www.cqvip.com

张其滨等：管道三层结构聚乙烯涂层的椽敷及其质量控制　牯剂，目前国内采用的是国外应用成熟的三种不同　牌号的共聚物胶粘剂，生产过程中对每一批到货的　胶粘剂都进行主要性能的检验，结果见表２。国内也　已研究开发出适用于三层结构聚乙烯防腐蚀层技术　的共聚物胶粘剂，有待推广应用。表２所列的共聚物　胶粘剂性能只是几项基本要求，与熔结环氧底层和　聚乙烯形成的复合防腐蚀层的粘结性能（剥离强度）　更为重要。　（４）原材料的适用性试验：对上述三种原材料　的每一种组合方式都要求进行适用性试验，防腐蚀　层性能符合要求后方可投入生产。表４为已采用的　几种用不同原材料组合生产的三层结构防腐蚀层性　能检测结果。　表４三层结构防腐蚀层的主要性能结果　序号　性能项目　检验结果　备注　表２三种共聚物胶粘剂材料的主要性能　３．２防腐蚀管生产过程的质量控制　（３）聚乙烯料应采用管道防腐蚀专用聚乙烯，　三层结构防腐蚀层的质量控制包括在线质量检　验和最终质量检验。达到质量满意的防腐蚀层，既要　加强对防腐蚀层的最终检验，也必须注意涂敷过程　的工艺参数及质量的检验和控制。　（１）涂敷过程的质量控制　涂敷过程的质量控　制包括：钢管外观质量、钢管预热温度、表面除锈等　级和锚纹深度、中频加热温度、环氧粉末涂料喷涂状　况、胶粘剂和聚乙烯的熔融挤出温度和挤出状况、防　腐蚀管的冷却情况等。在涂敷过程中对这些质量点　进行有效的监测和控制，是确保防腐蚀层涂敷质量　的必不可少的措施，这些质量状况必须符合技术标　准规定和工艺技术要求，并处于连续稳定的状态。　（２）防腐蚀层的质量检验①外观检验　通常　采用目测法对防腐蚀管逐根检查，聚乙烯表面应平　滑、无暗泡、无麻点、无皱折。有时由于冷却过急容易　造成聚乙烯表面出现水激点。②针孔检查：采用在　线电火花检漏仪逐根进行检查，通常在涂敷传动线　上安装环形检漏探头，一次性全方位检查。检漏电压　采用的是２５ＫＶ。防腐蚀管以无漏点为合格，出现漏　点时及时标记，以便下线后进行补伤。③防腐蚀层　厚度检验：采用磁性测厚仪测量，由于环氧粉末底漆　和胶粘剂在涂敷后是不能进行测量的，所以必须在　每次开始生产时，对引管的涂层进行测定，确认质　量；防腐蚀层涂敷完成后再测量总厚度。总厚度一般　每根管子检验３个截面，每个截面测量圆周方向均　匀分布的４点，有时根据涂敷状况对某些部位进行　般为黑色。国内使用了国外多家公司的专用聚乙　烯料；国内也已有几家生产厂开发研制出管道防腐　蚀专用聚乙烯，性能达到了石油天然气行业标准ｓＹ　／Ｔ４０１　３－９５的要求（见表３），已成功地应用于西部管　道的三层结构防腐蚀层。除规定每一种牌号的聚乙　烯性能都要符合表３的要求外，对每一批到货的聚　乙烯都进行主要性能的验收检验，合格后方可投入　使用。　表３管道防腐蚀层用聚乙烯料的性能要求　注：第８和１０项的指标为试验后拉伸强度和断裂伸长率　针对性的测量。在涂敷作业线工艺参数连续稳定的　情况下，通常不对每一根管都测量，可采取间隔测　（下转第１６５页）　的保持率　维普资讯 http://www.cqvip.com

张远声等：恒电流充电技术研究涂装金属腐蚀行为的数据解析　４．２数值微分的计算　显然，数值微分的计算精度对本方法的处理结　（１）对金属／涂层体系进行小幅度恒电流极化，　用数值微分方法处理充电曲线数据，求出在各时间　节点充电曲线的一阶和二阶导数，然后解线性方程　组，就可以得出体系的电化学参数，用于分析涂层的　保护性能和涂层下金属的腐蚀。这种计算过程不含　开方和对数运算．不会造成计算机运算过程中断。　（２）本文提出的方法不仅可用于涂装金属体　系，也可用于能用图１的等效电路模拟的其他电化　学腐蚀体系。　参考文献　果有重要影响。数值微分的精度与计算时所取步长　有关，一般来说减小步长可以提高数值微分的精度，　但不是步长越小越好。由于充电曲线的前段ＡＥ随　时间ｔ变化很快，后段则很平缓，所以在前段读数时　间间隔应较小，而后段可以大一些　对表１的体系用　两种方式读数：第一种在０．４ｓ内均匀读取１００个数　据点，时间问隔０．００４ｓ；第二种在前段取时间问隔　０　０００１ｓ读取３Ｏ个数据点，然后时间间隔增加一倍　读取３０个数据点，在后段读取４０个数据点，时间间　隔０．０Ｉｓ。两种方式的计算结果列于表２　如果读取充电曲线数据时时间间隔较大，可以　采用插值方法（如３次样条插值　）增加ＡＥ和一阶　及二阶导数的数据。　１张鉴清，曹楚南，电化学阻抗谱方法研究评价有机涂层．　腐蚀与防护，１９９８，１９（３）：９９　２　Ｗａｌｔｅｒ　Ｇ　Ｗ．Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ｐｌｏｔ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐａｉｎｔｅｄ　Ｍｅｔａｌｓ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｒｉｃｅ．，１９８６．２６／９）：６８８　表２两种读数方式对计算结果的影响　３郭景东，温国谋，刘碧环．交流阻抗技术测定碳钢上有机　涂层的防护性能．中国腐蚀与防护学报，１９９０，１０（１）：５９　４赵常就．恒电量技术及在腐蚀测量中的应用．北京：国防　工业出版社，１９９５．４８．ｉ　３８　５宋诗哲．腐蚀电化学研究方法．北京：化学工业出版社，　１９８８．１２６　６赵常就．恒电量技术及在腐蚀测量中的应用．北京：国防　４．３极化电流的选取　工业出版社，１９９５．１４１　在计算出Ｒ　后，可由ＡＥ。的数值判断金属试　样的极化是否在微极化范围（线性区）。如果△Ｅ　偏　７清华大学．北京大学《计算方法》编写纽．计算方法．北京：　科学出版社，１９８１．４５　收稿日期：１９９８一∞０ｌ　大，应降低极化电流数值重新进行测量。　５结论　（上接第１７３页）　量。对于螺旋焊管，还要专门检验焊缝部位防腐蚀层　的厚度，通常要求不低于管体部位防腐蚀层厚度的　４结语　８０　。④粘结力检验：三层结构防腐蚀层的粘结力　是通过测定剥离强度进行检验的。按国内的技术标　准规定，测定２０土５℃和５０土５℃两个温度下的剥离　三层结构熔结环氧／挤压聚烯烃防腐蚀层技术　在国外，尤其是在欧洲国家已有十多年的应用经验，　是目前国际上较先进的管道外防腐蚀技术。我国引　进主要工艺设备建成了几条三层结构防腐蚀层涂敷　作业线，开发完善了相应的防腐蚀材料和工艺技术，　并制订了技术规范。至今国内已生产应用了三层结　构防腐蚀管近２０００ｋｍ，三层结构防腐蚀层技术的　引进、开发和应用不仅完善了我国的管道防腐蚀技　术体系，而且对促进我国管道建设的防腐蚀技术水　平和工程质量的提高将起到很大的推动作用。　收稿日期：１９９８　０６—０９　强度。剥离强度的检验频率可按每班在几个温度下　测定１～２次，也可根据钢管直径按比例进行抽测。　③阴极剥离试验：三层结构防腐蚀层的阴极剥离试　验要求从合格防腐蚀管或试验管段切割加工成规定　尺寸的试件。试验介质为３　的ＮａＧ１溶液，试验温　度为６５土３　ｃ，对试件旋加一１．５Ｖ的电压（相对于　甘汞电极），时间为４８ｈ。除最初确定工艺参数时的　检验外，通常每涂敷５０ｋｍ防腐蚀管进行一次取样　检验