自来水厂供水钢管制造

吴广鹏

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙 410004）

1 工程简介

成都市自来水七厂一期工程供水工程包括从光华八线至沙西线、沙西线到川陕路以及沙西线、陴县的高压管，其南北大道中穿越河流、铁路、公路等障碍处均采用螺旋缝埋弧焊钢管，总工程量达35 000 多吨。

2 制造难点及对策

（1）钢管最大管径为2640 mm，其直径超过现行国家标准及行业标准的型号规格，为国内最大。在建工程和市场对直径1620 mm 以上的螺旋缝埋弧焊钢管的需求较小，而市面上现有的螺旋缝埋弧焊钢管机组成型机的外控辊的结构尺寸，是根据常用批量钢管的直径设计的，无法满足本工程需要。同时随着钢管管径增大和重量的增加，其成型时外形尺寸、椭圆度及表面质量的控制难度加大，现有的螺旋缝埋弧焊钢管成型机组生产线设备无法满足管径为2640 mm 生产要求。

（2）本工程的螺旋缝钢管采用100%固体含量无溶剂聚氨酯涂料，其涂层厚度设计要求≥800 μm。涂料包含A（多异氰酸酯）、B（多元醇）两种组分，属于物理性能和耐腐蚀性能优良的新型环保涂料。此种涂料常温黏度大、喷涂需采用专用加温加压设备，其成膜过程是快速、放热的化学聚合反应，涂层间隔时间短，固化时间快，而钢管表面涂层设计厚度≥800 μm，需要一次喷涂完成，并且喷涂工艺不当易出现起泡、针孔、层间剥离、厚度不均等现象。

2.1 钢管成型制造

钢管制造的主要设备是螺旋缝埋弧焊钢管成型机组。螺旋缝埋弧焊钢管成型机组的工作原理是根据三辊成型原理、钢管直径大小需要调整成型器的两个下成型辊的间距及倾斜角度、上辊与下辊之间的距离，然后根据钢管的直径、使用的钢带宽度，采用公式算出前桥与后桥的角度。通过对机组的上述两个成型参数的调节，以及在机组运输过程中对影响螺旋钢管的成型质量的钢管的边缘直线度等通过采取机组配置的圆盘铣进行加工保证直线度，或通过微调后桥与前桥的角度来保证钢管成型的直径、周长、圆弧度。

由于本工程螺旋缝钢管直径过大，目前的螺旋缝埋弧焊成型机组设备无法满足制造需求。通对现有的螺旋焊管机组成型装置的结构分析，结合钢管材料的强度和弯曲半径，认为螺旋缝埋弧焊机组拆卷、校平、剪板对接的部位能满足钢管生产，而在机组的成型预弯装置、外控辊架、递送导向装置部位影响钢管的成型外观质量、成型几何尺寸、焊缝质量，必须对设备加以改造，重点解决以下问题。

（1）通过增加生产线设备中带钢垂直导向装置的支撑辊数量，解决带钢连续输送中各方向的摆动产生钢管成型焊缝间隙和椭圆度变化较大的成型难题。

（2）通过对生产线设备中带钢成型预弯装置进行改造，计算对每排成型辊数量和形状进行优化、改进，解决成型预弯装置因每排轮辊各小轮辊间间距过大，使带钢自由边悬空，造成带钢边缘受压不够变形不充分而产生“竹节”现象的成型难题。

（3）对生产线设备中成型预弯装置各成型辊之间的参数计算和多次试验调整成型辊位置关系，解决钢管成型中几何尺寸和椭圆度控制难题。

（4）对螺旋缝埋弧焊管生产线设备成型外控辊机架结构进行扩展并经计算对相应部位加强，满足D2640 mm 直径的钢管生产。在成型外控装置位置增加轮辊数量，控制钢管成型质量。

通过分析、计算，设计制造一个螺旋缝埋弧焊钢管机组成型机外控辊装置，可以有效解决上述难题。外控辊的结构尺寸是根据常用批量钢管的直径设计的，外控辊在成型中主要控制成型钢管出成型辊时在机组上向前推进时的各方向摆动，从而保证钢管的间隙和对钢管的椭圆度的控制，根据钢管的直径通过研究采用对螺旋焊管机组成型装置的外控辊机架结构进行扩展，采用计算机辅助设计根据钢管尺寸和外控架上的辊轮结构，确定外控架的立柱高度和横梁的长度实现整个框架结构尺寸保证钢管的通过性，并经计算对相应部位加强。对控制辊的数量进行增加，有利于控制钢管的椭圆度，将成型外控轮辊装置数量由6个增加到8 个。在成型外控装置钢管腰部两边位置，各增加1 个可调节轮辊，更好的控制钢管在成型后的摆动，满足特大管径2640 mm 直径的钢管生产。

2.2 钢管防腐施工

钢管设计涂层设计厚度≥800 μm，由于采用的是100%固体含量无溶剂聚氨酯涂料，涂料常温黏度大、喷涂需采用专用加温加压设备，其成膜过程是快速、放热的化学聚合反应，固化时间快，涂层间隔时间短，需一次喷涂完成和满足钢管涂层厚度。

经过研究，通过对防腐喷涂施工流水线的工艺设计和设备的改造，采取以下措施解决防腐施工中的难题。

（1）进双管加热式高压无气喷涂设备，喷涂时先将涂料加热到60 ℃然后通过高压无气装置进行喷涂，解决涂料黏度大喷涂的雾化难题。

（2）设计组装螺旋缝钢管自动喷涂装置：钢管在滚轮架上进行圆周转动（设计径向防移位装置）、喷枪在移动台车上进行直线运动，滚轮架和移动台车采用变频电机驱动，并经试验对两者运行速度进行匹配，解决钢管涂层设计厚度≥800 μm，需要一次喷涂完成，以及喷涂工艺不当易出现起泡、针孔、层间剥离、厚度不均等难题。

（3）喷涂施工时，确保喷涂时喷枪角度不小于45°，喷射距离300～500 mm，喷涂时应对大于30°拐角、焊缝部位做加强处理，然后再进行大面积喷涂，施工时应连续作业喷涂间隔小于30 min，间隔大于30 min 时需对重新涂敷部位用角向磨光机打磨清理干净后施工；保证防腐涂层外观、厚度、漏点检测合格。

相关图示见图1 和图2。

图1 防腐人工施工示意

图2 自动化配套装置设备喷涂施工示意

3 结束语

通过特大直径螺旋缝埋弧焊管制造技术改进的共同努力，技术指标优于标准，焊缝间隙符合焊接要求，解决了钢管的“竹节”外观缺陷，技术指标优于标准要求。其设备改造费用约30 万元，与购置大型生产线相比设备改造减少资金投入达600 多万元；防腐自动化配套装置设备其设备改造等费用仅为10 万元，并且涂层厚度及外观质量完全满足设计质量要求。实践证明，两项技术改造切实可行，可为以后类似市政工程的自来水管网及类似的城市供水、石油天然气、水电站引水管道等大直径螺旋缝钢管制造提供参考和借鉴。