输气管道内减阻涂料黏度对钢管内喷涂的影响

谢航超

（中油宝世顺（秦皇岛）钢管有限公司，河北 秦皇岛 066206）

0 前 言

随着西气东输管道工程、中缅天然气管道工程等一大批天然气输送管线的建成，输气管道内减阻涂层得到了广泛的应用。在输气管道的钢管内喷涂作业时，尤其在低温地区，涂层厚度差异很大，为保证涂层低点处的厚度满足标准要求，涂层常常处于较厚的状态，这样就造成了涂料单位面积消耗的升高，而且还会引起涂层质量缺陷。因此，采取适当的预热保温措施，减缓涂料黏度的变化，就能改善涂层厚度的差异，减少涂层质量缺陷的产生，降低加工成本。

1 输气管道内减阻涂层

输气管道内减阻涂层是通过在钢管内表面喷涂液态环氧涂料，成膜后形成光滑的涂层，以降低钢管内表面粗糙度，减少管道的摩擦阻力，增加输气量。API RP 5L2《非腐蚀性气体输送管道内覆盖层推荐准则》是目前输气管道内减阻涂层常用标准，其对内减阻涂料的性能要求见表1。

表1 内减阻涂料性能的标准要求

2 钢管内喷涂的影响因素分析

钢管内喷涂时，先将内表面除锈清洁的钢管放在移动小车上，保持钢管周向旋转，喷枪进入钢管内向前端行进，抵达前端后停止，再后退，后退过程中利用柱塞泵将涂料输送至喷枪，涂料经喷枪雾化后附着于钢管内表面，如图1所示。

图1 钢管内喷涂过程示意

在喷涂过程中，涂料雾化是钢管内喷涂作业的主要工序，而影响涂料雾化的因素主要有涂料的黏度、喷涂压力和喷涂间距等，如图2所示。涂料的黏度越大，涂料的雾化效果越差，喷涂时所需的压力就越大。提高喷涂压力虽有利于涂料雾化，但过高的压力提升并不能带来明显的改善，反而会造成喷嘴、喷枪、活塞杆密封的过度磨损，而喷涂间距的调整空间也是非常有限。另外，涂料黏度变大时，流动性变差，涂层表面会产生非常明显的螺旋纹，在流平的过程中，不能充分流平，在涂层表面易形成类似橘皮状的凹凸不平的缺陷。因此，涂料的黏度是影响钢管内喷涂效果的关键因素。

图2 内喷涂作业示意图

3 内减阻涂料黏度的特性分析

黏度是流体在运动的状态下，阻碍流体内部相邻两流体层间相对运动的相互作用力，即流体的内摩擦应力。其物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。黏度直接影响到涂料的雾化，是影响钢管内喷涂的一个重要因素。

测量涂料黏度的仪器很多，对于钢管内喷涂，并不需要知道涂料的动力黏度，因此，采用流出杯测试涂料的流出时间来进行测试比较是一种实用的方法。在黏度杯中添加涂料，由流出孔流出，记录不同温度下涂料的流出时间，可直观地对比出不同温度下涂料黏度的变化，如图3所示。

在0～40℃温度范围内对涂料A和涂料B进行流出时间的测试，测试结果如图4所示。从图4可以看出，涂料A和涂料B的流出时间随温度变化的趋势基本一致，流出时间均随着温度的升高而降低。在低于5℃的区域，涂料B低于涂料A的流出时间；在高于30℃的区域，涂料A略低于涂料B的流出时间，说明不同型号的涂料黏度对温度的敏感程度不同。

图3 黏度杯测试示意图

图4 不同温度下内减阻涂料的流出时间测试

从以上试验可以看出，从0～40℃涂料的黏度发生了很大的变化。因此，在实际喷涂时，应根据涂料在不同温度下黏度的变化，调整涂料温度，保证涂料充分雾化，避免因温度变化而引起涂层缺陷的产生。

4 内减阻涂料黏度的变化对钢管内喷涂的影响

4.1 对涂层厚度的影响

涂料黏度的变化直接影响到涂料的雾化，而雾化效果直接影响着涂层的质量。涂料经喷嘴雾化后，在钢管内表面形成均匀的涂层，然后在固化炉内经40～60℃温度固化，待涂层固化后，用磁性测厚仪测量内涂层的厚度，随机测量三个截面周向均匀分布的四点处的涂层厚度。

经实测，本地区冬季喷涂现场作业时涂料温度大多在10℃左右，在相同的喷涂工艺条件下，选择涂料A进行喷涂，用温度约为10℃的涂料（未预热）与预热至25℃（正常使用温度）的涂料分别进行喷涂，经40～60℃固化后，测量涂层的干膜厚度，结果见表2。

表2 涂料A在不同温度下喷涂后随机实测干膜厚度

图5为10℃和25℃时涂料A喷涂后干膜厚度的分布图。由图5可以看出，涂料在10℃喷涂后的涂层的干膜厚度与其平均值96 μm的离散程度较大，而在25℃时喷涂后涂层的干膜厚度大部分集中在其平均值91 μm附近。

图5 涂料A在不同温度下喷涂后干膜厚度分布图

涂料喷涂后干膜厚度的标准差为

式中：μ—涂层厚度的平均值；

n—测量点的数量；

xi—涂层厚度测量值；

σ—涂层厚度的标准差。

两组测量值代入上式，则：σ10℃=18.7 μm，σ25℃=9.1μm。 所以， σ25℃＜σ10℃。

通过以上分析可以看出，涂料在25℃时喷涂的干膜厚度差异明显小于在10℃时喷涂的干膜厚度，在25℃时喷涂的涂层厚度差异更小。这说明，涂料在不同温度下黏度的变化对涂层厚度差异的影响很大。

4.2 对作业过程的影响及措施

冬季，在进行内喷涂作业时，随着现场涂料温度的降低，涂料黏度增大，涂料雾化变差，就会使涂层厚度差异变大，造成涂料的过多损耗，并且会在涂层表面经常形成螺旋纹。形成的涂层经流平固化后，表面易呈现类似橘皮状的凹凸不平，即经常所说的橘皮现象，而且容易出现堵塞喷枪、计量混合模块等现象，甚至引起喷涂泵故障，造成停机。

针对这种情况，往往通过适当提高涂料的储存温度、提高搅拌速率等方法来减缓黏度的变化，但在实际作业中效果都不理想。实践证明，对输料管路、原料桶内的涂料进行预热保温，将涂料温度控制在一定的范围内，避免黏度产生大幅度变化，对于提高内涂层质量、降低涂料消耗是一种有效的方法。钢管内喷涂预热保温过程如图6所示。

图6 钢管内喷涂预热保温过程

5 结 论

通过对输气管道内减阻涂层性能、钢管内喷涂特点、涂料黏度特性以及涂层干膜厚度的分析表明：

（1）在冬季作业现场涂料温度较低时，内减阻涂层厚度的差异主要由涂料黏度增大引起，改善涂层厚度差异，可减少内涂料损耗；

（2）在一定温度范围内，内减阻涂料的黏度随涂料温度的降低而增大，不同型号的涂料黏度有所差别，应根据不同涂料的流动特性，适当调整钢管内喷涂工艺，将涂料温度控制在适合喷涂的范围内，降低涂层厚度差异，减少涂层质量缺陷的产生；

（3）黏度是内减阻涂料流动性的重要指标，对钢管内喷涂的影响至关重要。除黏度外，喷涂气压及喷涂间距、钢管转速、喷枪移动速度、喷嘴的磨损等都影响着钢管内喷涂，只有通过长期的生产经验积累，摸索规律，才能更好地控制涂层厚度，提高涂层质量，降低涂料消耗。

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