天然氣輸送管涂層加工工藝研究

陳小偉，張曉慧，陳紅昌，郭 莉

（巨龍鋼管有限公司，河北 青縣 062658）

自西氣東輸工程以來，國內首次在大直徑長輸天然氣管道工程項目上應用減阻型內涂層技術，由此展開的“先內后外”和“先外后內”防腐工藝方式的爭論也一直存在［1-5］。內減阻和外防腐生產工藝流程如圖1所示。

從技術因素來說，“先內后外”和“先外后內”防腐均可行，無論采用何種工藝方式，對最終產品的防腐質量來說，并不存在本質上的差別，都能夠達到產品質量的標準要求；因此，在選擇采用何種工藝方式上，經濟因素成為考慮的重點，主要包括：防腐廠的地理位置，車間生產工藝流程布局，內減阻與外防腐生產線間的倒運成本，半成品防護成本等［6］。

在實際生產過程中，上述兩種防腐工藝方式各有優缺點和適用條件，對流程中的設備要求和參數設置也有著很大區別［7］?，F對比分析兩種防腐工藝方式對固化程度、固化溫度和固化設備的要求。

1 內涂層簡述

鋼管減阻型內涂層使用的是雙組份溶劑型環氧涂料，它由基料和固化劑組成。涂敷前將兩種組份按比例混合均勻并放置15～30 min，然后利用高壓無氣噴涂原理將配制好的涂料均勻地噴涂到表面處理過的管體內表面。噴涂后的鋼管待溶劑揮發后，經固化爐加熱固化可形成光滑表面，具有優良的耐磨性、極佳的附著力和良好的化學性能。內涂層減小了鋼管內表面的粗糙度，也就減小了鋼管的輸氣阻力。對減阻型內涂層來講，濕膜厚度應確保固化后的干膜厚度滿足客戶要求。濕膜厚度和干膜厚度的關系取決于涂料中固體含量的多少，需通過試驗確定，一般由涂料廠家推薦。

2 對固化程度、固化溫度和固化設備的要求

2.1 固化程度

一般而言，涂層固化可分為表層干燥、實際干燥和完全干燥3種。表層干燥是指手指接觸干燥，不沾灰；實際干燥指涂層能承受一定的機械壓力；完全干燥是指可以進行外防腐生產。

為了進一步分析，根據實際情況將涂層的固化程度定義為較好確認的6種固化程度，涂層固化程度分類見表1。

表1 涂層固化程度分類

若采用“先外后內”的防腐工藝方式，內涂層完成后，無須經過其他工序即可做好防護等待發運，因此對內涂層固化程度要求不高，只需達到Ⅰ或Ⅱ度固化即可。在溫度較高的地區，甚至可以不需要固化爐，采用自然固化方式即可。

內涂層表面未干燥或表面干燥后未實際干燥時，在風以及其他外力作用下，內涂層表面黏附灰塵、飛蟲、枯葉等外界雜質，可能造成表面二次污染；因此，需要采用篷布封堵管端，防止二次污染，造成廢管。

若采用“先內后外”防腐工藝方式，則對涂層固化程度要求較高，需要一定的涂層固化時間。要求內涂層固化達到Ⅵ度固化后，才可以進行外防腐的生產，否則會影響內涂層質量，甚至造成內涂層的報廢。在內減阻和外防腐連續生產時，需要采用固化爐，對鋼管進行加速固化，以縮短固化周期［8］。

2.2 固化溫度

固化溫度對內涂層的固化速率起著決定性的影響。固化溫度過低時，溶劑揮發及化學反應遲緩，內涂層難以固化；提高溫度，能加速溶劑揮發和水分蒸發，涂層固化速率加快。但固化溫度不能無限度地提高，因為溫度與固化速率不是成正比的關系。固化溫度過高時，固化速率沒有明顯提高，反而會使涂層色澤變暗。經測試發現，固化溫度超過80℃，溶劑激烈揮發，表層迅速干燥，內部溶劑蒸氣到達表層時容易產生氣泡［9］。

若采用“先外后內”的防腐工藝方式，固化時外防腐層的耐高溫能力是確定固化溫度的關鍵因素。以3PE外防腐涂層為例，理論上常溫型3PE防腐層最高承受溫度為50℃，固化溫度不能超過50℃；高溫型3PE防腐層最高承受溫度為70℃，固化溫度不能超過70℃。若超過以上溫度，會對外防腐涂層造成嚴重破壞。但實際生產中，固化溫度遠不能達到以上最高承受溫度，一般在超過30℃的條件下，外防腐涂層的聚乙烯就會發生軟化，即使采用軟墊或其他保護裝置，鋼管的支撐處也會對聚乙烯造成明顯的壓痕，嚴重影響外觀質量。因此若采用“先外后內”的防腐工藝方式，固化溫度一般不超過30℃。

若采用“先內后外”的防腐工藝方式，對固化溫度制約因素相對較少，支撐方式、外涂層外觀質量都失去了約束性。內涂層質量是作為確定固化溫度的關鍵因素，為避免內涂層表面起泡，固化時鋼管表面溫度一般不超過80℃。

涂料固化溫度與固化時間對應情況見表2。

表2 涂料固化溫度與固化時間對應情況

由此可見，較高的固化溫度可極大地提高固化速率。與采用“先外后內”的防腐工藝方式（固化溫度達到30℃）相比，采用“先內后外”的防腐工藝方式（固化溫度達到80℃）時，其固化速率明顯提高。

2.3 固化設備

在內涂層噴涂后，進入固化爐之前，應設置涂層通風裝置。其作用是讓涂層中的溶劑盡快揮發，降低溶劑濃度。這樣既可以避免因固化爐溫度過高時，涂層中揮發組分迅速揮發而產生針孔，還可以避免因固化爐中溶劑濃度過高而產生不安全因素。一般裝置設計為：在鋼管一端（距管端600～700 mm）與鋼管等高處放置一排軸流風機對鋼管進行吹風；在鋼管的另一端處放置一個大的收集箱，收集箱連著一個離心通風機進行抽風。采用該裝置時應保證鋼管內的風速約1 m/s，風速過大易將潮濕的涂層吹皺，風速過小則達不到預期的通風效果。

固化爐的作用是讓涂層快速固化，它由保溫爐體、加熱系統、熱風循環系統等組成，是一個可以保持恒溫的大箱體。工作時通過風機將燃燒器產生的熱量吹入固化爐；熱風循環系統是通過一組風機和均勻分布于爐內的風道，將爐內的熱空氣抽出后再吹入鋼管內，以加強爐內空氣和鋼管內表面的熱交換。

若采用“先外后內”的防腐工藝方式，傳動裝置需用軟墊或其他保護裝置，以保護外防腐涂層不受損壞；采用“先內后外”的防腐工藝方式則無需考慮。

在固化溫度、空氣濕度、通風條件確定的固化爐內，“先外后內”的防腐工藝方式對固化程度要求不高，可適當縮短固化爐長度，避免資源浪費；而對于“先內后外”的防腐工藝方式，可適當增加固化爐長度，以延長高溫固化時間，提高固化效果。

內涂層所用的雙組份溶劑型環氧涂料在固化時容易與濕氣反應，從而破壞其分子鏈，影響到涂層表面的光澤，嚴重的濕氣還會影響到涂層的附著力。解決因空氣濕度大影響固化效果的對策是：在保證鋼管噴涂后涂層通風時間和鋼管在固化爐固化時間的情況下，鋼管從固化爐出來時固化百分率并未達到100%，此時鋼管還有一定溫度，因此出爐后最好設置涂層通風裝置，一方面驅散管內空氣中的濕氣，另一方面降低鋼管的溫度。待鋼管溫度降低后，用篷布將鋼管兩端封堵，防止內涂層污染［10］。

3 結 語

“先外后內”的防腐工藝方式對固化程度的要求不高，可適當縮短固化爐長度，避免造成設備資源、燃料資源浪費，傳動裝置需用軟墊或其他保護裝置。固化溫度需考慮外防腐層的耐高溫能力，3PE防腐層固化溫度不能超過30℃。

“先內后外”的防腐工藝方式對固化程度的要求較高，可適當增加固化爐長度，以延長高溫固化時間，提高固化效果，傳動裝置不需用軟墊保護。固化時鋼管表面溫度一般不超過80℃。