朱 勇

（山西省水利建筑工程局有限公司山西太原030006）

0 引言

山西省东山供水工程的施工过程中，采用了一种新型钢管防腐工艺，这种新型的防腐工艺是以钢管为主体采用内涂熔结环氧、外涂热熔乙烯在钢管的内、外表面形成有效的防护层，通过对内外涂层厚度的精准把控，防腐质量得到保障，从而达到钢管防腐的目的；光滑的内壁涂层减小了输送介质与管壁的摩擦阻力，降低了能源消耗；内外涂层的耐冲击性、耐腐蚀性和抗锈蚀起垢等性能优于其他防腐工艺，延长了管道的使用寿命，减少了后期管道维修。

东山供水工程工程是大水网工程之一，工程取水水源的两条支线共布置三个泵站，根据泵站出水池前后管线地形起伏变化大的特点，均采用了钢管。压力钢管防腐质量的好坏直接关系到工程的长期安全运行，故本工程选择高质量的防腐工艺非常必要。

1 工艺特点

该钢管防腐工艺具有以下特点。

1.1 缩短工期

传统防腐工艺（石油沥青涂料、环氧煤沥青涂料等）对环境温度及固化时间有严格要求，即环氧煤沥青要求在25℃环境下每道漆表干要4 h，实干要16 h，气温越低固化干燥时间也越长，而且下层干透后才能进行上层防腐施工，难以大规模机械化涂覆。与传统防腐工艺相比较，这种新型防腐工艺受气候、温度影响较小，占用场地小，固化时间短，适合大规模管道防腐施工，实现了同步涂覆、同步固化一次性成膜，内外表面同时进行涂覆不仅大大减少了喷涂时间，提高了工作效率，并且涂覆过程中，钢管在内外涂层的同时包裹下，减少了热量的散失，充分利用了钢管中的潜热，大大提高了热效率，同时也进一步缩短了钢管防腐的工期。

1.2 保证质量

传统防腐工艺受材料及施工人为因素影响大，新型涂塑复合钢管防腐工艺则在大规模施工前就可以调整好内外壁涂层的厚度，通过转速调节，掌控钢管内外涂层厚度，达到防腐要求，涂层一次完成无接缝，渗透率低，因介质不会与钢管接触，形不成微电池，不易产生氧化腐蚀，且固化后可以通过相应的检测来检验钢管的防腐质量。经过这种防腐工艺施工的钢管管壁光洁，流体阻力小、内壁不易结垢、涂层附着力强且卫生安全，对水质无影响，输送水源可达到涉及饮用水卫生许可的要求。

2 适用范围

新型涂塑复合钢管防腐工艺适用于DN（80 ～2 800 mm），单根长度:6 m＜l＜12 m，工作温度-20℃～80℃，压力＜6.4 MPa 的单根钢管防腐。采用这种防腐工艺的钢管可以应用于城市供、排水管网和远距离输送各种水质的水体（污水、中水）。

3 工艺原理

将检验合格的钢管在喷砂除锈车间进行表面清理、除锈，质量标准要求达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923）的规定，其中乙烯类Sa2.5 级、环氧类要求达到Sa2.0 级。喷砂后要求锚纹深度：乙烯类涂层达到70～90 μm，环氧类涂层达到40～70μm。

除锈清理结束后，钢管内、外壁呈现原始金属光泽，表面光滑无坑洞后，用干燥的压缩空气对其进行清扫，表面无异物后进入涂塑车间通过中频加热方式对管件进行整体加热（不同厂家的内外防腐材料对钢管的加热温度有具体要求），钢管从内部开始升温，当各部位加热温度应均匀一致，温差控制在±5℃之内时，管内、外喷枪将防腐材料粉末喷出，粉末在高温的作用下熔结在钢管内、外壁上。通过控制钢管在设备上的转速及内、外壁喷枪在钢管旋转时每分钟的喷射量，来控制内、外壁涂层的厚度，防腐材料按设计要求均匀涂覆后，利用钢管潜热即可实现内外壁涂层的同时固化，一次性成膜，在钢管的内、外表面形成有效的防护层，以此来达到对钢管防腐的目的。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 涂塑复合钢管防腐工艺流程

焊接好的原材料修磨→喷砂除锈→检验→钢管空气清洁→中频加热钢管→外表面喷涂聚乙烯粉末→内表面喷涂环氧树脂粉末→冷却固化→涂层检测。

防腐工艺流程见图1。

图1 防腐工艺流程图

4.2 操作要点

1）修磨

打磨工具选用砂轮机、角磨机及相配套的砂轮片，要求砂轮片的硬度及粒度符合打磨钢管焊缝的要求，另外有除锈铁刷、粗纱带、气动铣刀、钢锉等。

法兰（快速接头）管焊口内侧焊缝，要求打磨光滑，无棱角及明显凸凹。打磨后的焊缝全部要求是圆滑过渡，达到涂覆要求。

钢管对接内侧焊缝，要求修磨成平滑状，并无棱角存在。大口径管用砂轮机修磨，部分小口径管必要时采用气动铣刀或平锉、圆锉手工修磨。对于有探伤要求的管子组对前，接口端部20 mm 左右范围内外壁均需打磨出金属光泽面。

2）喷砂除锈

加压式干喷射处理（磨料为钢丸）工艺指标：磨料粒度标准，全部通过1.4 mm 筛孔，不通过0.5 mm 筛孔，0.85 mm 筛孔余量不大于15%。喷咀入口处最小空气压力0.5 Mpa。喷嘴最小直径5 mm。喷射角度30°～75°。喷射距离为80～200 mm。

除锈质量标准要求达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923）的规定，其中乙烯类Sa2.5级、环氧类要求达到Sa2.0 级。喷砂后要求锚纹深度：乙烯类涂层达到70～90 μm，环氧类涂层达到40～70 μm。

喷砂处理后的钢材表面避免用湿手或其它受潮物体触摸。喷砂后的钢管或容器用干燥的压缩空气进行吹扫，清去内部灰尘及残余钢砂。喷砂处理后的钢件应及时进炉加热升温，在常温下放置时间不超过24 h，以免钢件表面受潮生锈。

3）检验

对喷砂处理后的钢管进行外观检验合格后即可使用高压气体对钢管内外壁进行清理，保证涂覆前管体无异物。

4）涂覆

工件加热：喷砂处理后的钢管在没有返潮生锈的情况下，用压缩空气吹扫后，进加热炉进行加热。根据涂层厚度、规格、涂层类别及所用涂料试验后的指标，选择加热炉（包括中频加热）的类型及加热温度。被涂覆的工件各部位加热温度应均匀一致，温差控制在±5℃之内。涂覆温度按涂料生产厂家提供的参数或实验温度执行。

小车速度与供粉量测定：先测供粉量，即在给定压力下，每分钟喷枪喷出粉末的数量A公斤。根据管径D（内径或外径）、涂层厚度E，以及已测定的出粉量A，来测定小车行驶速度，即每分钟喷枪喷出的粉末数量A，每米钢管内（或外）表面积所需的粉末数量B，则小车速度X=A/B（乙烯类B=3.14D×E×0.93，环氧类为B=3.14D×E×1.6 kg）。

涂覆时，要求一次喷涂达到规定厚度。批量生产应先调好车速和出粉量试喷一件，待质检员检查厚度合格后再继续生产。涂覆温度一定控制在该批粉料所需涂覆温度指标之内，保证涂层附着力符合标准规定。遇到大型管件，在喷涂小车及台架不能使用情况下，环氧类用喷枪直接喷涂，喷涂时一定要控制供粉量，均匀涂覆，条件许可时，尽量旋转被涂覆工件。

5）冷却固化

涂覆后的钢管，中频加热的环氧类产品，涂覆过程中利用钢管潜热可自然固化，不需再重新固化。

6）涂层检测

对防腐完毕的钢管逐个进行检查，内外表面应光滑平整、无裂纹、无气泡，涂层两端坡角处粘接紧密，平齐，无漏涂面积。涂层厚度用磁性测厚仪检查，膜厚应达到设计标准要求。

7）标识入库

同一批内外防腐完成的钢管检验合格后，在管体喷涂相应标识，以便在日后管道施工中方便记录。

5 材料与设备

5.1 涂塑复合钢管防腐工艺使用材料

1）聚乙烯粉末

聚乙烯粉末涂料，是热塑性粉末涂料的一种，是以PE 树脂为主要原料，另外添加一定的助剂、颜料、填料经一定的工艺而制成的一种粉末涂料，涂膜具有优良的耐酸、碱、盐等化学药品性，电器绝缘性能和耐低温性能，并有一定的机械强度和挠曲性，价格一般来说比较低廉，适用于厚涂；同时，涂层平坦、光滑、丰满、无毒、无污染，是一种省资源、省能源的涂料。目前，主要用作家用电器、日常用品、医疗器械、轻工、化工设备等外壳及零部件的装饰、防腐及绝缘涂层。

用于外表面涂敷的聚乙烯粉末，其性能应符合表1的规定。

表1 聚乙烯粉末性能指标

2）环氧树脂粉末

环氧粉末是一种热固性、无毒涂料，固化后形成高分子量交联结构涂层，具有优良的化学防腐性能和较高的机械性能，尤其耐磨性和附着力最佳。该涂料为100%固体，无溶剂，无污染，粉末利用率可达95%以上，是埋地钢质管道的优质防腐涂料。

注：环氧树脂粉末和聚乙烯粉末的检验除卫生安全性能一项外，其余各项由粉末生产厂家按每个生产批号进行检验，并向涂塑钢管生产厂提交检验报告。卫生安全性能的检验由国家指定检验机构按粉末牌号进行检验。

用于内表面涂敷的环氧树脂粉末，其性能应符合表2 的规定。

表2 环氧树脂粉末性能指标

5.2 涂塑复合钢管防腐工艺设备引进说明

本工程原设计压力管线全长4.5 km，钢管直径采用DN1800，压力钢管总计约3 850 t，经对压力钢管防腐形式进行优化，变更为直径DN1600，壁厚14 mm。由原传统工艺防腐钢管优化为涂塑复合钢管，结合该标段钢板的订货情况以及钢管生产的实际情况，将钢管防腐生产线设在了长治合作工厂。生产线布置图见图2。

图2 生产线布置图

1）内喷砂生产线

内喷砂生产线设备组成有固定收砂室、活动收砂室、转管台车、枪杆及枪杆台车、胶管拖链、振动筛、输砂机、提砂机、喷砂机、除尘器及电控系统。生产线总长度32 m，宽度4 m。附带管件打砂房设备长度总量为36 m。布置在车间北部，中心线距车间墙面5 m，长度方向占用车间9 轴～14 轴之间。设备安装需制作提砂机地基两处，深度800 mm。除尘器排尘口用风筒引致车间外部，风筒高度3.5～4 m，安装时风筒穿墙位置打洞或尽量靠近窗口。生产线设备总功率约50 kW·h。

2）外抛丸生产线

外抛丸生产线设备组成有输送辊道两组、抛丸收砂室、提砂机、除尘器及电控系统。生产线总长度30 m，宽度5 m。布置在车间北部，中心线距车间墙面5 m，长度方向占用车间5 轴～9 轴之间。设备安装需制作收砂室、提砂机及辊道电机安装地基三处，深度1 800 mm /760 mm。除尘器排尘口用风筒引致车间外部，风筒高度3.5～4 m，安装时风筒穿墙位置打洞或尽量靠近窗口。生产线设备总功率约130 kW·h。

3）涂覆生产线

涂覆生产线设备组成有供粉台车、内供粉系统、钢管输送台车、外涂架体、外涂供粉系统、加热电源、除尘器及电气控制系统。布置在车间北跨南部，中心线距立柱中心4 m，长度方向占用车间1 轴～9 轴之间。设备安装需制作乙烯涂料收集地坑一个，深度1 300 mm。除尘器主要排除乙烯涂覆时产生的少量烟气，排尘口不设风筒。生产线设备总功率300～400 kW·h。

4）气源

该生产需配备10 m3/min 螺杆空压机两台及储气罐一个，安装位置在车间西墙1 轴～2 轴之间，设备总功率110 kW·h。气源系统占地约40 m2。

6 质量控制

6.1 防腐工艺遵循的标准及规范

涂层质量要求：外观表面应光滑、致密、均匀、无气泡。涂层厚度达到设计要求。在涂覆管件的两端，涂层厚度应均匀。针孔检测电压为每微米厚涂层5 V。用电火花检测仪全面检查涂层，不得有火花现象。该工艺执行CJ/T120-2008、SY/T0315-2005、SY/T0442-97等相关国内外管道防腐标准，其它项要求执行相应的国家标准或部颁标准。

6.2 关键工序的质量要求及保证措施

环氧类喷涂：要求喷粉压力为5 kg，稀释气压力为0.5 kg，单只喷枪出粉量为0.3～0.4 kg/min，出粉均匀。根据工艺单要求的涂层厚度，调节小车行驶速度及供粉量，使粉料均匀涂覆在工件表面。乙烯类喷涂：根据涂层厚度要求调节送粉小车速度与出粉量，使涂料均匀的涂覆在工件表面。

管件逐个检查，内外表面应光滑平整、无裂纹、无气泡，涂层两端坡角处粘接紧密，平齐，无漏涂面积。涂层厚度用磁性测厚仪检查，膜厚应达到标准要求。

7 结论与建议

新型涂塑复合钢管防腐工艺生产线在山西省属于首次引用，在实践中形成了一套涂塑复合钢管防腐工艺，不仅对类似工程建设起到了积极的规范操作指导作用，有效地保证了工程质量，而且推动了钢管防腐工艺技术的发展。

在东山供水工程输水线路施工十四标中采用新型涂塑复合钢管后，效果显著：钢材用量、防腐面积减少，可节省部分工程投资；单节钢管重量有所减小，钢管运输、吊装及安装更为方便，可降低施工成本，提高施工速度；可减小泵站扬程，降低后期运行费用。防腐效果好，减少了后期钢管的维护费用。

建议在中远距离钢管输水工程中采用这种新型防腐工艺，应当根据项目自身实际情况及地理位置特点，选择合适的防腐生产线位置。并在少量试涂达到设计要求的防腐标准情况下再进行大规模钢管防腐施工。