控制大口径管道防腐保温“一步法”作业偏心问题的做法

控制大口径管道防腐保温“一步法”作业偏心问题的做法摘要：大口径管道泡沫夹克防腐保温“一步法”生产过程中，保温层成型及偏心问题一直未能得到很好的解决。本文从生产设备、保温材料、生产工艺、生产环境等方面进行深入分析，对挤出机机头、纠偏机、水冷定径套、传动线进行了研制和改进，分析了聚氨酯泡沫在施工中易产生的问题，提出了相应的解决方法，总结出了大口径管道防腐保温“一步法”施工的工艺参数及其控制方法，达到了满意的效果。关键词：大口径；管道；防腐保温；一步法引言 长期以来，国内大口径管道泡沫夹克防腐保温“一步法”生产工艺由于未能很好地解决保温层成型及偏心问题，因而主要应用于DN400mm以下管道的防腐保温“一步法”工艺难以在DN400mm以上的管道应用的主要原因有以下三个方面： 一是由于刚定型还未完全固化的保温管胶轮传送时造成保温管与胶轮接触部位泡沫压扁甚至破碎； 二是因大口径钢管自重过重，保温层上薄下厚，不易实现纠偏； 三是泡沫的起发、固化时间及用量不易控制，造成泡沫空洞现象严重，使产品的质量很难保证。 正是由于上述这三个原因，国内大口径防腐保温管道大批量生产没有采用“一步法”生产工艺，大都采用“管中管”二步法工艺生产，但“管中管”二步法生产工艺是单根作业，不能形成连续生产，生产效率低。随着当前能源消费的增加，国内陆续开始投资建设大口径原油输送管道，如何保障大口径输送管道的防腐质量和降低输送介质时的能量损耗，一直是投资建设方所关注的问题，因而大口径“一步法”生产工艺的应用已成为当前急待解决的一项技术难题，为此我们对大口径管道“一步法”生产工艺中如何控制保温层成型及偏心问题采取了以下技术措施，并取得满意效果。所需设备的研制及技术改造 “一步法”成型的主要设备为：塑料挤出机、挤出机头、水冷定径套和纠偏机，由于要进行大口径“一步法”施工，所以必须对这些设备进行改进和更换。1.1挤出机机头的研制 由于以往的挤出机机头结构尺寸较为笨重，若还采用原有挤出机头的结构进行几何放大，则加工出来的大口径机头异常笨重，造成与挤出机连接口处负载过大，对机头的安装和使用不利，同时以往采用的机头在调节口模挤出夹克的厚度偏心方面较为困难，使得聚乙烯套管的圆周厚度难以一致。为此，我们对挤出机机头的结构进行了改进，首先将内外机头环的厚度进行了较大的消薄处理，并采用合金钢进行加工，这样显著降低了挤出机的外形尺寸和重量；其次在机头的外套上按120°角度加装调节顶丝，使得口模的调节更为便利；第三在机头的底部安装上下调节丝杠，这样既可消减因机头的自重而发生下坠的问题，也可对大口径夹克管的中心进行十分便利的上下微调。1.2水冷定径套的研制 在水冷定径套的研制方面，我们主要进行了两方面的研制和改进。 一是水冷套的长度：由于加工的管径增大，必然对夹克的快速水冷提出更高的要求，为此采用加长水冷套长度的办法增加冷却面积； 二是水冷套内冷却水的流向调整：原有水冷套的水冷为直通式，在带压冷却水通过时总有局部角落处于水流静止状态，造成该部位的冷却效率明显降低，使该部位经常因不能很好地冷却夹克管而造成夹克层的粘连破损，使生产出现故障被迫停机。为此，经过反复研究，确立了由直通式水冷改为螺旋式水冷，使水流在水冷腔内螺旋流动，这样既可消除冷却死角，又可使夹克层的水冷更加均匀。1.3传动线的改造 “一步法”传动线的改造主要在于挤出机头至泡沫夹克管成型后所接触的第一个传动轮的轮距以及增加承载轮组的数量，由于大口径的管体自身较重，若接触点过近，会造成聚氨酯泡沫料在未完全硬化就与胶轮接触，会使泡沫层与胶轮接触的部位发生凹扁，达不到质量要求；接触点过远，会使钢管因超过其重力平衡点而下坠，使纠偏机难以进行纠偏。因此在调试过程中，我们对轮距进行反复调整，最终根据钢管长均为12m的特点，将机头与轮距定位为5m。同时为增加泡沫管的接触面积，降低压强，又将泡沫承载轮进行了加密处理。2聚氨酯泡沫原材料配方的调制 聚氨酯泡沫原材料是影响“一步法”保温夹克管质量的主要材料，它是由组合聚醚与多异氰酸酯发生化学反应后的产物。它的起发、固化时间和成型效果是影响产品质量的关键。2.1聚氨酯泡沫原材料的成分组成 聚氨酯泡沫由组合聚醚和异氰酸酯两大部分反应而成，通常组合聚醚由复合聚酯、聚醚多元醇、硅油、催化剂(A一1、Am一1，环己胺、A一33、有机锡、PC一41等成分)、发泡剂(HCFC一141B、HCFC一22)、辅助小分子物(甘油及其起始的小分子聚醚、N乙醇胺、小分子二元醇类等成分)、阻燃剂及其他助剂组成。异氰酸酯为进口的二苯基甲烷二异氰酸酯。2.2聚氨酯泡沫原材料在施工中易产生的问题及解决办法(1)泡沫反应过快。 泡沫反应时间过快使聚氨酯原料喷射出来后，在很短的时间内即发到挤出机机头部位，使生产无法进行，其解决办法为减少三乙烯二胺的用量。(2)聚氨酯的硬度上升过快。 聚氨酯的硬度上升过快致使纠偏机无法进行纠偏解决办法为调整催化剂有机锡的用量(减少有机锡可缓解硬度上升)。(3)前后期反应时间的连接 如前后期反应时间连接不好，将出现频繁调整挤出机的挤出量和泡沫喷枪的聚氨酯原料浇注量的情况，解决办法为调整乳化时间、胶化时间的连接段，调整聚醚的官能度，羟值等。(4)原料温度的控制 如果原料温度过高，可致使反应时间失调，出现聚氨酯的密度上升、硬度过大等问题，会造成产品偏心，纠偏机失效； 如果原料温度过低，可致使聚氨酯的反应时间过慢．反应不充分，也会出现产品偏心，纠偏机失效。因而，从原材料本身的特点和设备工艺特点出发，原料温度最好控制在20-24℃。3大口径管道“一步法”生产工艺说明 (1)根据钢管直径调整作业线，使钢管中心、挤出机机头中心及纠偏环中心保持在一条水平线上。 (2)挤出机开机前，挤出机及机头应提前4～5h加温，加热温度应根据聚乙烯熔体指数确定，挤出温度宜为240℃±10℃。 (3)聚乙烯原料必须经过烘干方可使用，烘干温度宜为70℃～100℃。 (4)生产使用的组合聚醚进厂超过3个月时，应按照SY／T0415—1996《埋地钢质管道硬质聚氨酯泡沫塑料防腐保温层技术标准》中3.53条重复进行检查，不合格不得使用。且生产作业时，组合聚醚和多异氰酸酯温度宜为20～25℃ (5)钢管送入作业线后，选择合适的接头连结，并调整钢管送进速度，宜控制在2～2.5m/min。 (6)中频预热，使钢管表面温度控制为35℃±5℃。 (7)对管端接头处进行密封，以防止泡沫漏入管中，利于连续作业。 (8)防护层形成及定径：启动挤出机，调整机头挤出量，以保证聚乙烯防护层的厚度，且厚度和偏差应符合表2的规定。表2防护层的厚度及偏差 (9)启动比例泵，调整比例泵输送的多异氰酸酯和组合聚醚的配比,异氰酸酯与组合聚醚配合比宜为1.0-1.1:1.0。 (10)泡沫塑料原料采用喷枪连续混合，喷枪空气压力宜控制在0.5-0.7MPa。 (11)发泡液面与定径水冷套距离宜为0.5-1.0m,且保持相对稳定，纠偏环应处在泡沫开始固化的位置，宜位于泡沫液面后50～100mm。 （l2)泡沫保温层厚度和偏差应符合表3的规定(或符合设计要求)。表3保温层的厚度及偏差（13)接头切割点与挤出机机头之间距离应大于7m。 (14)防腐保温管端头处理。 防腐保温层的钢管两端应预留一段光管管头，长度宜为150mm。对于焊接时需要预热的高强钢管，长度宜为200mm，端面应垂直平整。防腐保温管端结构见图1。 (15)防水帽应在防腐保温管堆放前安装完毕。防水帽的规格应与管径相配套。防水帽及与防水帽搭接粘接部分必须清洁、干燥。与防水帽相接的防护层应打磨至表面粗