鋼管3PE防腐中酸洗工藝位置的選擇

馬 星，張戰明

（寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008）

在鋼管3PE 防腐生產中，酸洗作為一種涂覆前預處理工藝，是對現有火焰預熱、拋丸除銹、微塵處理等預處理工藝的補充和完善。 鋼管酸洗是將一定濃度的磷酸溶液噴淋在加熱的鋼管表面，發生一系列化學和電化學反應，產生一種磷酸鹽類薄膜，有效阻止鋼管母材的腐蝕反應，同時提升涂層與母材的防腐蝕能力。 但酸洗工位在鋼管3PE 防腐生產工藝中的位置，有著三種不同的布置方案，本研究通過對三種工藝布置方式的優缺點對比分析，選出最佳酸洗工藝方案。

1 鋼管酸洗工藝

1.1 酸洗工藝介紹

在鋼管3PE 防腐生產中，鋼管酸洗工藝分為酸洗前預處理、酸洗磷化反應和酸洗后處理3 個工序。 酸洗前預處理又包括打磨、除銹、脫脂、表面調整、預熱等步驟； 酸洗后處理包括去離子水清洗、鈍化、除氫、風干等步驟。 根據工藝要求的不同，酸洗前預處理及酸洗后處理中的步驟可調整或增減。

隨著技術裝備的發展，產生了多種酸洗磷化方式，主要包括傳統刷涂、吊裝浸涂、運動噴淋、噴灑浸潤等，具體工藝方式的選擇取決于工件的外形尺寸及形狀、工廠投資規模、生產量等因素。 鋼管的表面酸洗處理適用于運動噴淋工藝，即將磷酸溶液噴淋到運動的鋼管表面，使其快速發生酸洗磷化反應，產生磷酸鹽類保護膜。

1.2 鋼管酸洗的作用

1.2.1 提高耐腐蝕性

酸洗后鋼管表面產生的磷化膜厚度一般為5～10 μm，由于其具有不導電性，可使酸洗后的鋼管變成一個不良導體，有效阻止外界污染物對鋼管的腐蝕。 通過試驗可以發現，經過酸洗磷化后的鋼管試樣在同等試驗條件下，比沒有酸洗的試樣在鹽霧中的耐蝕性能提升一倍以上。

1.2.2 提高鋼管表面清潔度

磷酸鹽類保護膜在無油污和無銹蝕層的金屬工件表面才能生成，因此鋼管酸洗磷化之前需通過拋丸除銹、火焰預熱等工序將鋼管表面的污染物徹底地清理。 在這樣的情況下，生成的磷酸鹽類保護膜才有質量保證。 同時經過酸洗磷化處理后的鋼管表面更加清潔、無灰塵及銹蝕，為下一步3PE 涂覆生產提供品質優良的基管。

1.2.3 提高鋼管基體與涂層間的附著力

磷酸鹽類保護膜與鋼管母材是一個結合緊密的整體結構，它們之間沒有明顯的分層或界限。同時磷酸鹽類保護膜表面的許多微孔，使鋼管3PE防腐中的環氧粉末能夠滲透熔融到這些空隙中，與其緊密結合，從而有效提高附著力。 圖1 為酸洗處理前后鋼管基體的對比情況，從圖1 可以看出，經過酸洗處理后的鋼管基體金屬表面質量更好。

圖1 鋼管酸洗處理前后對比照片

2 三種酸洗工位布置方案對比

2.1 酸洗工位布置在除銹機之前

酸洗工位布置在鋼管除銹前的工藝流程如圖2所示。 國外大部分3PE 生產線均選用這種方式，一方面用于清理掉裸管表面的紅褐色鐵銹及暗黑色的氧化物鐵皮，使上線裸管表面的缺陷提前暴露，并下線處理； 另一方面能夠清理掉裸管表面的鹽分及油污，保證進入生產線的裸管表面清潔，有效阻止裸管在除銹時污染除銹機中的磨料，造成除銹系統污染，出現批量除銹質量問題和質量隱患。

圖2 酸洗工位布置在除銹機之前的工藝流程

這種布置方式的優點是從源頭上消除裸管表面的污染物，但缺點是不能解決除銹后鋼管表面錨紋中的顆粒物和粉塵。 考慮到酸洗中酸液和酸霧的環境污染問題，鋼管表面火焰燃燒或堿液清洗也能夠有效解決上述問題，所以這種酸洗布置方式有一定的局限性。

2.2 酸洗工位布置在兩臺除銹機之間

將酸洗工位布置在兩臺外除銹機之間的工藝流程如圖3 所示。 印度和馬來西亞鋼管制造企業多采用這種布置方式。 這種布置方式的優點是在第一臺除銹后徹底清理鋼管表面乃至錨紋內的鹽分和顆粒物，防止污染物進入第二臺除銹機系統，在一定程度上保證了二道除銹后鋼管表面錨紋的清潔。 其缺點是不能消除鋼管對第一臺除銹機磨料的污染，以及第二臺除銹后鋼管表面的灰塵度等級。 另外，從鋼管外壁拋丸除銹到3PE涂覆工位之間要經過內吹掃工位、涂覆上線區域、涂覆螺旋輸送輥道等區域，在這個過程和時間段內，接觸鋼管的設備及車間環境都會對鋼管表面造成污染，進而影響涂層的質量。

圖3 酸洗工位布置在兩臺除銹機之間的工藝流程

2.3 酸洗工位布置在鋼管涂覆之前

將酸洗工位布置在鋼管涂覆之前并結合兩道火焰燃燒的工藝布局，是應用最廣泛的一種布置方式，其工藝流程如圖4 所示。 第一道火焰預熱布置在鋼管除銹工位之前，一方面能夠消除冬季裸管表面包覆的凍雪，保證除銹時裸管表面的工藝溫度，另一方面能夠燃燒掉裸管表面污染物，防止其污染除銹機系統中的磨料，造成批量除銹質量問題。 第二道火焰燃燒布置在酸洗工位前，一方面通過燃燒保證鋼管酸洗時的工藝溫度，另一方面燃燒掉鋼管從除銹工位到酸洗工位之間傳輸過程中產生的部分污染物，然后通過酸洗工藝過程（酸洗磷化、高壓去離子清洗、高壓風干等）有效消除了鋼管表面的鹽分等污染物，防止防腐層鼓包及涂層的耐腐蝕性能降低，能有效提升防腐涂層的質量。

圖4 酸洗工位布置在鋼管涂覆之前的工藝流程

3 結束語

在鋼管3PE 防腐生產過程中，酸洗工藝作為其中一步重要的工序，發揮著不可替代的作用。 通過對鋼管3PE 防腐工藝中三種不同酸洗工位的對比分析可以得出，酸洗工位布置在3PE涂覆之前，并結合兩道火焰燃燒的布置方式是最優方案，不僅從源頭上消除了裸管污染除銹機系統中的磨料，而且保證鋼管進入涂覆工位時表面的清潔，實現了從提升鋼管表面預處理質量來保證涂層質量的工藝目的。