燃气钢管三层结构PE防腐涂层的质量控制详解.doc

燃气钢管三层结构PE防腐涂层的质量控制作者：李秋萍 文章来源：中国石油天然气股份有限公司管道分公司科技研究中心 点击数： 1020 更新时间：2009-2-11 22:04:54 在两气东输钢管防腐的监造工作中，发现防腐过程出现质量问题时，如钢管表面除锈吹扫不干净、胶带粘结力不够、环氧粉末涂敷不均匀及搬运不当等造成防腐管的损伤，就要按照质量控制体系的管理模式，以书面形式向厂家发出质量通知1。这样就会引起厂家的高度重视，对防腐生产过程进行全面的质量把关，降低返修率和损伤率，并对损伤及时进行修补。质量是现代企业生存的命脉，应有一批高素质、懂专业、会管理的专业质量管理人员，严格按照标准以及质量控制程序运行。1 防腐涂层的发展和特点11 管道防腐涂层的发展过程管道防腐涂层的发展经历了以下几个阶段：1940年一1960年管道防腐涂层主要采用煤焦油、石油沥青及乙烯基胶带；1960年一1980年主要采用煤焦油沥青、高密度聚乙烯及PE胶带；1980年一1990年主要采用高密度聚乙烯夹克、环氧粉末；1990年后主要采用环氧粉末和PE组成的三层PE防腐涂层。沥青类涂层及PE胶带被逐渐淘汰的主要原因是这些涂层易产生应力腐蚀开裂，20世纪40年代至70年代施工的管道2030年后都逐渐发现这一问题。另外，煤焦油烟雾具有毒性，这也是其在欧美国家被禁止使用的原因。三层PE防腐涂层具有良好的牯按性能、电绝缘性能、防水和耐化学侵蚀性能以及良好的强度、抗冲击性，是各种防腐涂层中最佳的25。 我国管道建没中应用最多、时间最长的是石油沥青防腐涂层。20世纪70年代初，部分城市的管道主要采用环氧煤沥青涂层。20世纪80年代初，部分管道采用包覆聚乙烯涂层。20世纪80年代中期，开始采用环氧粉末防腐涂层，但由于当时价格较高，只用在河流穿越等部分地段，尚未在长距离输油气管道大量使用。20世纪90年代，陕一京输气管道开始采用三层结构缠绕聚乙烯涂层近几年建设和将要建设的管道也都选用此涂层，我国管道防腐开始大量采州聚乙烯防腐涂层69。西气东输中DN 1016 mm的大管径管道采用的是三层结构缠绕聚乙烯涂层。1. 2 管道防腐涂层的比较对各种防腐涂层应根据其防腐性能、使用寿命、施工效率、经济合理性、有无公害、吊运和堆放的损伤等因素进行分析，以确定涂层的优劣1012。石油沥青。涂层的防腐性能较好，但涂层是在流动状态下涂敷的，所以涂层质量不好保证。石油沥青对温度比较敏感，温度高时会流淌，温度低时会变脆。石油沥青老化快，耐久性差，耐微生物腐蚀性能差，容易被植物的根穿破，吊装运输时也容易被碰伤。因此，此涂层防腐效果并不理想。煤焦油瓷漆。它属于沥青类涂料，防腐性能一般，在低温环境中易脆化，可能出现裂纹。在工艺过程中产生的烟雾和蒸气含有毒成分。环氧煤沥青。这种涂层防腐性能比较好，价格适中。涂层的固化时间较长，给施工带来极大的不便。另外这种涂层很难避免针孔现象，低温条件下容易开裂，材料中溶剂成分有毒。环氧粉末。这种涂层的各项理化指标、机械性能、耐火性都很好，但涂层很薄，在吊装、运输、堆放过程中易出现机械碰伤的情况。聚乙烯涂层。这是一种机械性能、理化指标、耐久性都很好的防腐涂层，性价比较高。聚乙烯涂层具有机械强度高、抗冲击好、耐久性好、无针孔、阴极保护电流低、阴极剥离性能好、耐酸耐碱性能好、污染小、适用温度范围大(-5080)等优点。聚乙烯层出现阴极保护屏蔽会影响阴极的保护效果，管道投产后出现的空鼓现象也会影响防腐效果，这是需要解决的问题。13 国内外管道防腐涂层的发展趋势存国外一些国家，右油沥青、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青已很少应用。在美国、加拿大等国家管道防腐大部分选用聚乙烯和环氧粉末防腐涂层。在欧洲国家、日本等国大部分管道防腐选用聚乙烯涂层，具体工艺有包覆聚乙烯、挤压缠绕聚乙烯(二层和三层结构)和熔结聚乙烯涂层近几年又出现冷缠热熔成型的聚乙烯涂层。我国管道防腐技术也在发展，几种陈旧的防腐涂层应用得越来越少，聚乙烯防腐涂层的应用越来越多，突破了单一的包覆聚乙烯防腐工艺。从陕一京输气管道开始，近几年建设的输油气管道大部分选用了三层结构缠绕聚乙烯涂层。熔结聚乙烯涂层也在部分厂区管道和城市管道的防腐中应用，但输油气管道防腐尚未采用此工艺，这需要进一步开拓与发展8。2 三层结构聚乙烯防腐涂层三层结构聚乙烯防腐涂层是根据管道防腐多年的实践经验，将北美优良的环氧树脂粉末与欧洲的聚乙烯屏障保护层结合起来组成的一种防腐涂层系统，20世纪80年代中期开始在全球推广。2. 1 组成结构三层结构聚乙烯防腐涂层的组成结构分为三部分，即环氧树脂底层(底漆)、中间聚合物(粘结剂)涂层和外包聚己烯表而涂层。在实际的涂敷过程中，三种防腐涂料应按照管道的运行温度和涂敷作业设备选择所组成的结构。环氧树脂粉末具有很高的粘结力、很好的扰阴极剥离性、化学屏障特性和抗氧性。聚合物涂层与环氧树脂底层有极好的化学粘合力，能够抵抗土壤运动和温度变化引起的剪切力。高密度聚乙烯表面涂层对潮气具有很好的屏障作用，可以保护环氧树脂底层及聚合物涂层，抗机械损伤能力强，减少剥离，且阴极保护电流低，适应温度范围广(-5080)。三层结构聚乙烯防腐涂层的组合特点是三种涂层之间能达到最佳的组合和增强，三层涂料之间具有很强的化学粘结力，各层的性能和特性使三层涂料得到互补。这种三层防腐涂料又以三合一的形式组成整体，并使整体的化学性能和机械性能达到最佳程度，综合了环氧树脂良好的附着性能、抗化学性能以及聚乙烯涂料的机械强度和保护作用，广泛地应用于油、气、水等金属管道的防腐工程上。这种三层涂层系统综合了单层环氧树脂和聚乙烯两种涂层的优良性能，提高了涂层系统的抗阴极剥离和附着力的强度，满足最高运行温度(90)的要求。三层结构聚乙烯防腐涂层具有突出的机械保护性能和粘结性能，它能承受因振动和温度变化而引起的土壤移动所产生的应力，能抵抗由尖锐石块作用在管道表面时所产生的冲击应力。_三层结构聚乙烯防腐涂层的电阻较高，这将大大降低阴极保护系统的安装和维护费用。三层结构聚乙烯防腐涂层管道阴极保护的电流密度小于lOAm2。三层结构聚乙烯防腐涂层的这些优点足以使它在世界各国得到广泛的应用4。2. 2 生产工艺过程生产工艺过程为：进管及检验，钢管表面清洗及预热，钢管表面喷砂除锈，除锈钢管质量检验，钢管感应加热，环氧粉末喷涂，粘结剂挤出涂敷，PE挤出涂敷，冷却，管端顶留处理，防腐涂层榆验及标记，出管。23 涂敷步骤三层结构聚乙烯涂层的施工一般在工厂生产线上进行，是按在线防腐设备进行组合设计的，三层系统的涂敷应按技术规范程序进行。目前，三层涂层生产线上的设备是由计算机控制的，按需要调节涂层厚度对钢管自动处理和涂敷，同时记录涂敷管段的涂敷状况，以及漏涂检查。对涂敷过程、最终检查和试验结果应进行综合分析，其中包括表面粗糙度和清洁度、有无漏涂，抗冲击性、粘结力、覆盖层厚度、伸缩性、横截而检测、固化、阴极剥离、抗压性、断裂的伸长度、覆盖层的电阻率、耐紫外线等技术参数，以此来观察和评价其质量特性，经济有效地实现和控制管道的外防腐质量。3 大管径钢管防腐过程中的质量控制31 三层结构防腐涂层的质量控制对三层结构防腐涂层进行试验，应严格按照试验条件进行各项试验，这是质量控制的基本要索，主要包括：外观检验。通常采用目测法对防腐管逐根检查，聚乙烯涂层表面应平滑、无暗泡、无麻点、无皱褶。针孔检查。采用在线电火花检漏仪逐根进行检查，检漏电压为25 kV。防腐管以无漏点为合格，出现漏点时及时标记，以便下管后补伤。防腐层厚度的检测。采用磁性测厚仪测量，由于底层和粘结剂在涂敷后无法进行测量，所以必须在每次开始涂敷时，对引管的涂层进行测定并确认质量。防腐层涂敷完成后再测量管子的总厚度，每根管子检验3个截面，测量每个截面圆周方向均匀分布的4个点。检测涂层厚度的依据见表1。表1 涂层厚度Tab1 Coat thickness钢管公称直径环氧底层厚度/m粘结剂涂层厚度/防腐层最小厚度/mm普通型加强型DN250mm且DN500mm1001702502.22.9DN500mm且DN800mm2.53.2DN800mm3.03.7注：焊缝部位的防腐层厚度不应小于表中规定值的70%粘结力检验。三层结构防腐层的粘结力是通过测定剥离强度进行检验的。测量时先将聚乙烯层沿环向割开宽2 cm、长lO cm以上的条，撬起一端，用拉伸仪将聚乙烯层从垂直方向匀速拉起，以测力计的读数除以聚乙烯条宽度计算剥离强度值。按国内技术标准规定，测定(205)和(505)下的剥离强度。阴极剥离试验。从防腐合格管管段切割加工成规定尺寸的试件，并在防腐层中央部位打一个直径为64 mm的试验孔。试验介质为3的NaCl溶液，试验温度为(655)，对试件施加-15 V的电压(相对于甘汞电极)，48 h后，检查试验孔周围防腐层的最大剥离距离。主要试验性能指标见表2。表2 三层结构防腐涂层试验性能指标Tab. 2 Test indexes for pedormance of three-laver anticorrosive coat 项目试验条件检验结果备注剥离强度/(Ncm-1)(205)100现场试验(505)70阴极剥离距离/mm65(48h)8取样试验冲击强度/(Jmm-1)-8取样试验32 防腐涂层生产过程的质量控制防腐涂层生产过程中质量控制直接关系到长输管道的使用寿命。按照项目合同要求，长输管道只进行管道外防腐，采用内外缠绕带防腐工艺，防腐层由底漆、内缠绕层和外缠绕层构成。a光管的质量控制西气东输工程采用的大口径、厚壁的螺旋焊管是由国内几个厂家生产的，直缝管由国外厂家生产。首先，按照常规作法，对到货的钢管要检查其装箱单是否与订单所要求的项目一致，检查其产品性能，如机械性能、物理性能及化学成分是否符合API一5L规范及订单的要求。其次，由于钢管经过长距离运输及多次装卸，有时造成端部钝边、内外倒角及表面损伤等。对于这些损伤如不及时采取返修及补救措施，将会影响其后的施工进度及质量。按照规范要求，质控人员对损伤超标的钢管采取切割、打磨、重新加工等方法，使其达到规范要求，对于修复后未达标者，视为不合格品，予以拒收。b.抛丸除锈的质量控制钢管表面除锈是防腐的基础，除锈质量直接影响到其后的防腐质量。在除锈前对钢管进行火焰预热(预热温度为4060)，以排除所有的湿气和表面脏物。使用的磨料要符合规范要求，磨料应无污染物并保持干燥。重复使用的磨料要定期做浸没试验，检查其清洁度。磨料抛丸在露点以上3时进行，磨料应混合均匀，抛丸机添加新料与消耗保持一致。用吹风等清洁的方法，清扫已进行抛丸处理后的钢管表面。处理过的表面应立刻按照标准Sa25级和5075m锚纹深度要求进行检查。在跟踪检查整个除锈过程的质量后，我们把重点放在除锈后表而缺陷的检查上，对于像碎片、疵、疤等缺陷，采用研磨、打平等方法，使其满足规范要求。c. 喷涂环氧树脂粉末的质量控制在喷涂之前，钢管的外表面应进行电感应预热，预热温度严格控制在厂家规定要求温度范围内。基材的表面应达到Sa2 5级规定的清洁等级。在工作开始前及整个工作期间，记录所有的温度状况。当相对湿度在85或更高时，不能进行喷涂。经过感应加热后的钢管立即螺旋进入喷涂室，用3支以上或更多静电粉末喷涂枪，向钢管表面喷上流化态的环氧树脂粉末，粉末市即重叠并定位于钢管表面，该粉末层一般在60 s内熔化并开始固化。此时即可进行下道工艺即粘结剂的缠绕涂敷。按照规范，环氧树脂粉末(FBE)层的厚度100 Ixm。涂敷环氧树脂粉末的钢管表面要绝对干净、均匀，避免流淌、溢流、滴挂和过喷等现象。它的主要功能是为了使埋地管道免遭土壤及周围介质的侵蚀，这是管道防腐的关键。d.粘结剂挤出、缠绕的质量控制粘结剂挤出、缠绕是通过挤蝈机将粘结剂物料加热熔化，通过其模头挤压出厚度均匀的薄膜带，引向螺旋运转的钢管表面，在钢管表而形成层叠缠绕的薄膜。调整其压辊的安装及配合钢管的螺旋运行方式，保证最终形成均匀粘结剂涂敷层，其厚度为170250m，以达到更好的粘结效果。e聚乙烯挤出和缠绕的质量控制聚乙烯挤出和缠绕设备工作原理与粘结剂设备一致，仅挤出模头般较粘结剂设备模头宽，且形成薄膜带较厚。一般通过56层的叠加形成最终聚乙烯层。聚乙烯对潮气具有优良的屏障，抗机械损伤能力强，减少剥离，且阴极保护电流低，以保护环氧树脂底层及粘结剂层。同时要检测钢管焊缝高度，不宜过高，否则易产生焊缝处防腐层厚度偏薄，及在管线投产后出现空鼓现象。在缠绕时聚乙烯层出现气泡现象时，应调节缠绕速度，减小管体上下波动幅度。f.冷却及管端涂层切割的质量控制涂层结束后，应用水对涂层管立刻进行冷却，以水帘形式的冷却水应覆盖整个管子的表而，并且不损伤涂层，冷却后1min测量管子的表面温度，其值应低于60，测温计每4 h检验一次。接着对管端涂层进行去除切割，切割长度距管端140150mm，切割边缘要直且均匀。g.检验及缺陷修补的质量控制对管道的整个涂层进行100的电火花检漏检查，检漏电压25 kV。检漏仪工作前，通过把测试电极接地或接触准备检查的钢管，来验证声光报警系统的灵敏度。检验工作由经过专门培训的、有经验的专业人员承担。如发现缺陷应进行修补。修补前，缺陷部位应保持清清、干燥。修补按标准要求进行，完成修补后的管子需重新进行100的电火花检验，检漏电压15 kV。另外，粘结强度值是衡量涂层质量的一个重要指标。每个作业班都必须做此项试验，待管子完全冷却后(一般情况下需过夜)，剥离测试粘结强度，常温下涂层粘结强度不低于35Ncm，每天补伤抽检一处。按照质量控制程序，每次试验时，试验人员和驻厂临造人员一起到场目击，并对试验结果签字认可。h标记的质量控制在进行各项检查及缺陷修补后，对合格的成品管在入库前距离管端400 mm处进行标记，标记的内容包括钢管规格、编号、防腐层结构、防腐层编号、防腐层等级、执行标准、制造厂名(代号)、生产日期等。标记无论对生产者还是使用者，都是相当重要的。它是从材料的来源、中间生产、多次运输，直到使用进行追溯的依据。从管子的标记中可以使人们对管子的各种特性有一个初步的了解，也是质量控制的关键环节。此检查点为停检点，未经严格审核批准，不可继续其后的工序。i.工厂成品贮存的质量控制这是整个防腐生产过程中的最后一道工序。需严把质量关。合格的成品管了从车间运到成品库，需格外仔细小心。运输叉车需铺上对涂层无磨损的柔软毯子及类似于海棉的软垫子，管子之间用隔离物隔开，不可相互接触，以免互相蹭伤。管与管之间保持适当的距离，根据标准当DN800 mm时防腐管允许堆放层数为3层。防腐管底应采用两道以上柔性支撑垫起，支撑间距为48 m，支撑最小宽度为200 mm，防腐管离地面不得小于10mm，支垫与防腐管及防腐管相互之间应垫上橡胶板或草袋等。j吊装成品管的质量控制在运输、施工进行吊装时，要轻挪轻放，减少损伤，防腐涂层易被吊钩碰伤、划伤，吊钩需增加引绳控制吊钩的位置。k最终文件汇编每日活动，如钢管表面处理、底漆、内外缠绕和气候情况，湿膜厚度、干膜厚度、表面温度、相对湿度等内容，应记录在每日质控报告上。防腐生产还应提供以下报告：每天抛丸和缠绕记录、每天抛丸和缠绕活动记录、缠绕管接收报告、表面检查报告、缺陷返修记录和入库记录。以上报告及记录需各方代表签定认可并存档，作为质量控制追溯