高寒地区大直径压力钢管内外防腐施工技术

王大鹏

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610015)

三层聚乙烯(3PE)防腐层是目前国内外埋地管道外防腐主要技术体系之一。它是由底层的环氧粉末、中间层的胶粘剂、外层的聚乙烯复合组成的一种管道外壁防腐结构。2001年第一条三层聚乙烯钢管外防腐生产作业线建立，生产能力和技术水平达到了国外同类作业线水平。但在实际生产中，如何控制好压力钢管的外防腐层厚度还存在着一些难题。本文结合工程实例，研究高寒地区大直径压力钢管制作防腐施工技术，在满足施工需要前提下，有效降低施工成本，加快施工进度，从而获得良好的经济效益。

1 工程概况

引大济湟工程在湟水一级支流大通河上游石头峡建库引水，经调水总干渠穿越大阪山入黑泉水库，解决湟水两岸山区和干流资源性缺水问题。该工程共分三期实施，西干渠为三期工程，建设地点位于青海省西宁市湟中县(上五庄镇、拦隆口镇、多巴镇)。西干渠工程(干渠部分)第4标，起讫桩号为：K75+926.78～K95+706.75，总长19.78km，其中倒虹吸2条，长6.4km。

虹吸钢管管径为1.8m和1.6m，钢管壁厚20mm、16mm、14mm。钢管防腐采用内EP外3PE，即内壁采用热熔结环氧树脂粉末热喷涂(500μm)，外壁喷涂聚乙烯树脂(PE)粉末防腐涂层：第一层为环氧粉末(FBE>120μm)、第二层胶粘剂(AD)170～250μm、第三层聚乙烯(PE)2.5～3.7mm。

2 防腐车间布置及施工安排

本工程压力钢管制造厂防腐车间占地面积约需2000m2，车间外部两侧分别布置裸管存放平台和外壁待防腐存管平台。防腐车间选址宜靠近河道或水源供给丰富地带，车间基础需布置于地下水位高程以上。防腐车间采用彩钢棚全封闭式，为保证防腐车间内空气保持流畅及车间采光良好，防腐车间彩钢棚高度设计约10m，彩钢棚顶部及四周设置透明彩钢瓦。车间内部主要布置外抛丸除锈设备、内壁喷砂除锈设备、3PE防腐设备和钢管内壁环氧粉末喷涂防腐设备，防腐车间需布置钢管临时储存场地及半成品临时堆存场地。

防腐车间各设备在调试确定无误后进行现场吊装，所有设备安装完成后具备钢管防腐要求。压力钢管制造过程中的防腐施工项目、施工方法、防腐涂料品种和漆膜厚度等见表1。

表1 压力钢管防腐施工安排

3 防腐工艺原理

压力钢管外3PE防腐主要施工工艺如下。

3.1 钢管外观检查

加工前，钢管的外观应采用目测方式逐根进行观察，钢管有无严重的机械损伤、重皮、裂缝、凹陷等缺陷，检查不合格的钢管不能使用。

3.2 管件除锈

首先采用火焰加热器装置对防腐的钢管进行预热处理，驱除钢管表面的潮气、油污、杂质等，加热温度控制在40℃～60℃，以利于提高钢管表面的除锈质量。

钢管均采用钢管抛丸除锈机进行除锈，在钢管进入抛丸室前，用橡胶垫或厚海绵制成的管口堵头堵在钢管管口两端，避免在除锈过程中抛丸室内的钢丸飞入管口内。完成后逐根对钢管表面进行检查，对于存在疵点的钢管应予以修理。

3.3 钢管表面微尘处理

采用微尘处理装置对钢管表面进行二次处理，并在4h内对钢管进行环氧粉末料的涂敷，若超过4h或钢管表面出现返锈，必须重新进行抛丸处理。

3.4 钢管预热

使用中频机给钢管进行加热，预热温度必须符合环氧粉末涂料所要求的温度，但最高不能超过275℃。中频机使用前应检查循环水所有管路，情况正常再开启中频装置机。

使用测温仪测量钢管预热温度，以保证在涂敷时，钢管预热温度在生产厂家推荐的范围内。

3.5 环氧粉末静电喷涂

环氧粉末涂料在钢管加热至参数温度(200℃～300℃)后采用静电喷涂，涂层厚度不小于120μm。

3.6 胶粘剂涂敷与聚乙烯带缠绕

胶粘剂的涂敷必须在环氧粉末焦化过程中进行。

采用侧向缠绕工艺时，应确保搭接部分的聚乙烯及焊缝两侧的聚乙烯完全辊压密实，并防止压伤聚乙烯表面。

3.7 循环水冷却

防腐层制作完成后，应及时进行冷却固定成型，采用循环水浇涂对防腐层进行冷却，冷却采用逐段分次进行。钢管冷却温度不高于60℃，并确保熔结环氧涂层固化完全。

3.8 加劲环、止推环安装

加劲环、止推环的安装对接缝与管节的制作环缝错开至少200mm，与钢管环缝距离不小于100mm，与管壁的局部间隙不大于3mm，在内弧侧开半径为30mm的避缝孔，每一层加劲环分为6瓣，组装拼接而成。

4 防腐施工方法及操作要点

4.1 施工工艺流程

压力钢管3PE防腐施工工艺流程见图1。

图1 压力钢管3PE防腐施工工艺流程

4.2 施工方法及操作要点

4.2.1 除锈前预热

在三层结构涂敷工艺中，钢管表面处理技术非常重要，其处理质量直接影响防腐层的附着力及防腐性能。

预热装置采用中频加热，控温准确，加热均匀，不污染钢管表面，加热效率高。管体温度应大于露点温度3℃，生产时要加热到40℃～60℃。该作业线钢管预热采用100kW电阻加热炉。

4.2.2 抛丸除锈

钢管外壁抛丸清理机有两大特点，一是采用了从底部向上抛丸技术，抛头安装在钢管下部，其特点是变换管径时，无论钢管管径大小，抛出的钢丸到钢管底部表面的距离不变，钢丸沿钢管中轴线抛出，钢丸速度和面积最大，清理效果较好；二是采用两个抛头，沿钢管前进方向前后安装，使其清理速度增加，清理效果提高。为保证连续生产，抛丸器的抛丸速度按涂敷速度的1.5倍考虑，抛丸量为2×850kg/min。

4.2.3 除锈传动线

采用电磁调速传动轴传动，传动轮直径520mm，为充气轮胎，轮距2.5m。

4.2.4 涂敷传动线

该作业线变频调速控制装置选用最新型的矢量控制器，不仅保证了钢管传动速度均匀一致，而且启动角速度也绝对相同。传动系统采用传动轴传动，传动轮直径520mm，为充气轮胎。

4.2.5 微尘处理

在粉尘处理中，采用大功率粉尘收集装置，并安装有吸尘系统，使钢管表面吸附的粉尘降低到最少。

4.2.6 中频加热

选用1000kW的中频加热装置，快速、均匀地将缠绕前的钢管加热到粉末要求的温度，一般控制在180℃～200℃左右，使熔结环氧粉末胶化。

4.2.7 环氧粉末喷涂

环氧粉末涂料在钢管加热至参数温度(200℃～300℃)后采用静电喷涂，涂层厚度不小于120μm。全套设备的技术参数如下：

喷枪数量：12只；

静电发器：6只；

储粉量：150kg×2

回收量及效率：6400g/h～9800g/h，99.5%。

防腐层涂敷完成后进行管端预留打磨。

4.2.8 胶粘剂及聚乙烯挤出缠绕涂敷

胶粘剂的涂敷必须在环氧粉末胶化过程中进行。采用侧向缠绕方式进行涂敷，挤出系统采用国产的大功率挤出机，胶粘剂挤出量为150kg/h，PE挤出量为1000kg/h。

用侧向缠绕工艺时，应确保搭接工艺的聚乙烯及焊缝两侧的聚乙烯完全碾压密实，并防止压伤聚乙烯层表面；采用纵向挤出工艺时，焊缝两侧不应出现空洞。

4.2.9 水冷

钢管被涂敷后，涂料在管体上还处于熔融状态，不能与作业线传动轮相接触，该作业线水冷段长6m，在水冷进口段两侧设有喷水管，以便增大冷却水量。冷却水采用自然冷却、抽水机循环的方式重复利用，水冷却至钢管温度不高于60℃，并保证包敷层完全固化。

5 质量控制

5.1 原材料的质量控制

在3PE生产中，原材料环氧粉末、胶和聚乙烯也是影响产品质量的关键因素。因此，要做好原材料检验、原材料复检和防腐层材料适用性试验工作。

每种型号的环氧粉末涂料、胶粘剂以及聚乙烯混合料，在使用前应由通过国家计量认证的检验机构，按标准和用户要求进行检测。性能达不到规定要求的，不得使用。

原材料确定后，对购进的原材料要进行入场检验。其中包括检查原材料包装是否完好；原材料的牌号、批号及出厂日期是否正确；对于不同批号的原材料或达到一定数量的原材料要取样检验。取样检验主要考虑原材料在储存和运输过程中，是否受到不符合运输和储存条件的损坏或污染，尤其是粉末涂料容易吸潮，包装容易损坏，储存温度如果达不到要求，就可能发生质量上的变化，影响使用性能。

除了试验室对原材料进行性能检测外，对涂敷生产车间来说，还要在防腐作业线上生产试验管段，进行3种材料的适用性试验。作业线、原材料类型和钢管规格有一项发生变化时，就应进行适用性试验，确定相应的工艺参数，以保证防腐产品质量。

5.2 生产工序中的质量控制

5.2.1 钢管表面处理

防腐层的附着力好坏，很大程度上与钢管预处理质量有关，因此，钢管表面处理后，一定要控制外观、清洁度和锚纹度，使其达到标准要求。

抛丸合格后的钢管控制在4h进行喷涂，超过4h或出现返锈或表面污染时，应重新抛丸处理。

5.2.2 成型工序控制

成型工序中，应严格控制传动线速度、钢管加热温度、胶和聚乙烯的加热温度、挤出机转速、粉末喷涂参数、胶的搭接、压辊压力等。

6 总结

通过对钢管内EP外3PE防腐施工技术研究，成功克服了高寒高海拔特殊施工环境下的钢管防腐生产技术难题，钢管防腐质量得到进一步提高，质量细节提升改善明显。同时通过技术优化，节约了材料，降低了成本，提高了经济效益。

该技术在高海拔高寒地区的成功应用，为该地区同类水利工程施工积累了较丰富的经验，取得了较好的经济效益和社会效益。