管道内涂涂覆工艺

1.总则

本章主要阐述大然气输送管道减阻内涂涂覆工艺的基本要求,包括涂覆商的资质条件,表面处理,环境条件,涂装工艺等。

在国内首次采用减阻内涂技术的是西气东输工程,其内涂工艺中的基本参数是:

(1)表面粗糙度表面处理后30~50μm

内涂后≤10μm

(2)内涂覆膜厚度干膜65~75μm

湿膜130~150μm

湿膜厚度依涂料的固体含量不同而不同,最终以干膜厚度为准。

(3)表面处理标准(GB8923)Sa2.5级。

英国GBE/CMl[1]标准中对覆盖层规定为:(1)覆盖层的最小干膜厚度应太于50μm(不含特殊要求);(2)湿膜厚度应为涂料供应商所推荐的确保干膜厚度不低于50μm的最低值。

2.基本技术要求

2.1对涂覆商的要求

涂覆商(公司)在生产前应向业主提供涂覆作业技术规范和质量保证及质量控制的技术文件,由业主审定认可,在业主批准之前不得开工。

涂覆商(公司)向业主提供的资质材料如下:

(1)公司的营业执照及ISO9000认可证明(含公司历史和业绩);

(2)用于涂覆的生产设备的技术条件说明;

(3)生产工艺程序说明;

(4)钢管表面处理的技术说明(含抛丸机参数、磨料粒度及砂丸比例、锚纹深度的控制及清洁度检测标准);

(5)生产能力说明;

(6)检测项目的内容、次数和方法;

(7)和外涂之间的关系处理。

?图6-1内涂工艺生产线的平面布置图。

?

图6-2减阻内涂工艺流程

6.2.2内涂覆施工的基本程序

图6-1是内涂工艺生产线的平面布置图。

进管检查→管道预热→表面处理→除尘→端部胶带→无气喷涂→加速固化→检验→堆放(储存待运),如图6-2所示。

⊥6工艺要求

3.1进管桂查

裸管的搬运、装卸和临时存放应该使用专门设备,以防裸管或管子端部的任何损坏。涂覆商在搬运管子之前的检验、设备和程序均应报批,得到业主的认可。

钢管首先放置在进管平台上,对钢管表面进行缺陷和污染物检查。表面缺陷检查内容包括:焊缝高度、摔坑、腐蚀坑、坡口损伤、管端椭圆度、管体弯曲度等,不合格的钢管检出后堆放在一旁,并通知业主代表。当钢管表面存在有油污或油脂时,用可完全挥发的溶剂进行清洗。对于海运或临海地区的钢管表面应进行表面盐分的检测,如果超出20mg/m2标准值,则应采用高压清水进行清洗。检测的同时,要对原管号、管长、钢级、壁厚、炉号、生产日期、数量等进行登记。钢管的编号必须在输入架上立即检查并记录下来,同时将钢管编号标注在钢管的外表面。当有大量的油污出现时,钢管应立即隔离,并通知客户代表以引起注意。

3.2管子预热

钢管在表面处理前,内表面必须干燥,通常可采用火焰直接加热,这样做有利于可燃性污染物的清除,去除掉所有钢管表面能观察到的冷凝物和加热管内壁。钢管的温度和周围环境的相对湿度应该用温度计及湿度计测量井记录。管子预热的温度以60℃为宜。

3.3表面准备

钢管内表面准备的质量将直接影响其涂覆层的附着力,关系到内覆盖层的质量,所以说表面准备是内涂工艺中一个非常重要的环节。

用于管子表面处理的设备和材料(磨料)应事先得到业主的认可,并能满足涂料供应商的技术要求,所用磨料必须干燥、清洁,一般应采用可回收的钢丸加钢砂。

在机械清理之前,管道表面上的任何油污或油脂都应采用溶剂和清洗剂除去,这种溶剂应是非油性的并与覆盖层相适应。同时还要采用预热方式除去潮气,对于海运及临悔地区的管道要进行钢表面盐分测定,盐分超标时要用含有清洗剂的清洁水冲洗。

待处理的表面必须干燥,采用“先外后内”工艺的管子可以直接从外涂生产线上带温进入内涂生产线,采用“先内后外”工艺的管子应采用加热炉或其它方法进行预热干燥。在这里我们提出了“先外后内”和“先内后外”的两种工艺次序的问题,在西气东输工程的前期阶段,根据国外工程上多数的经验,加上“先内后外”工艺对涂料有着更严格的要求,强调了“先内后外”工艺的优越性,但经过一段实践后,多数涂装厂认为“先外后内”工艺更合理,以至现在采用“先外后内”工艺的厂家占了绝大多数[2]。关于两种工艺的优缺点,可参见表6-1。

进入表面处理的管子上了管架之后,可采用管子转动进行抛丸处理。磨料要干净、干燥,并且钢砂和钢丸的比例合适,使得经磨料的抛丸处理后的管子至少可达Sa2.5(SIS055900)标准,表面租糙度(锚纹深度)达Rz30~50μm。

在对钢管进行处理过程中,要始终保持管内负压状态。在管端的箱体中,通过气流分离钢砂,回收的钢砂通过传送带返回料斗中。带有粉尘和废钢砂通过分离过滤器排出。注意排出的气体必须符合环保的要求。

表6-1“先内后外”和“先外后内”两工艺比较项目优点缺点先外后内(1)内涂覆层不会受外涂装作业过程中损坏

(2)利用外涂作业的余热,内涂不必加热

(3)内涂表面清洁

(4)涂料不必耐高温(1)内涂作业时要对外覆盖层加以保护

(2)内涂固化不会完全,要有一个后续固化时间,管端要加封罩先内后外(1)内涂作业时不受后面外涂作业的影响

(2)内涂固化充分,成品不必在管端部加封罩(1)内涂作业时要对外覆盖层加以保护

(2)外涂作业时要对内表面施加保护

(3)对于不使用管接头的厂家,要增加堵头一道工序

通常对管子表面处理过程中的周围环境温度规定不应低于10℃,相对湿度低于80%。这一规定是一般要求,当在车间施工时,主要要看钢管表面的温度。

内抛丸处理后立即用压缩空气对内表面进行吹扫,以除去所有的沉积物,吹扫的方法主要有两种:一种是在抛丸处理后,用大排量的吸尘器抽吸的方法清除钢管内表面的一些粉尘和钢丸,剩余的微小粉尘可在内喷涂工位喷涂前,打开喷枪的气源,用喷枪对钢管内表面进行吹扫,喷枪从钢管的一端一直吹到另一端,另一端的端头用吸尘器吸走粉尘。这一方法的特点是不需要专门的吹扫工位;另一种方法是采用倒丸装置,将钢管抬起一定角度,使钢管内的钢丸下滑至回收装置内,然后对钢管内壁进行吹扫,用吸尘器吸走微小粉尘。该法需要一个专门的倒丸工位。不管采用那种方法,吹扫时排出的气体都必须符合环保的要求。

清洁工序是一个很重要的环节,必须将氧化皮、锈、水气、油污、粉尘等清除干净。否则难以保证内涂的质量。

为了防止管子在焊接时对内覆盖层造成损坏,待涂的管子两个管端部45~55mm范围内要采用胶带覆盖,胶带应黏结牢固,不应出现夹纸现象,覆盖的宽度从坡口计算。与此同时在管端处可安装于检测的测试片。图6-3是自动贴胶带的照片。

?

图6—3自动贴胶带

在表面处理工序中,要注意当管子内表面原来带有标志时,必须先在管于外表面将这些标志参数重新标记,然后才可进行。表面处理的另一种方法是化学清理,较适用于现场涂覆的管道。化学清理的基本要求是清理表面上所有的腐蚀产物、旧的漆膜或涂料。一般的程序有:脱脂、酸洗、冲洗、磷化、水洗等。

脱脂:在进行化学处理之前,应采用溶剂或清洗液将油污、油脂等清洗掉。

酸洗(除垢):脱脂完成后,管道应采用5%~10%的硫酸溶液,在温度为65~70℃下进行酸洗除垢。浸泡的时间取决于管道的类型和垢的顽固性。对于酸洗介质的选择、沮度和浓度的控制。是以保证有充分的时间将垢除净为前提。

冲洗:酸洗后,应将管道表面上的过多的溶液排走,然后用清水冲洗至用试纸测得从管子中流下的冲洗液的pH值大于5为止。

磷化处理:冲洗后应将管内的水排走,然后将其浸泡在适宜的磷化介质中进行磷化处理,磷化处理的常用介质浓度为1%~2%的磷酸溶液,在温度80℃下进行1~2min的处理,磷酸的浓度和浸泡时间由承包商决定,磷化处理的结果将会在表面形成牢固而均匀的磷酸盐膜。

水洗:磷化处理后应将管子中的溶液排掉并用清洁的水将其上的酸液、表面的盐分、溶液痕迹等都清洗掉。

经过化学处理后,表面应完全干燥、没有污物,在涂覆前表面状况不能有所下降,不管条件如何,涂覆作业应在表面处理后的24h内进行。

化学清理工艺的注意点是溶液要定期检查和更换,废水要进行处理,不过化学清理的表面锚纹深度得不到保证。

3.4内喷涂

(1)涂料选择内涂材料的性能必须符合英国天然气工程标准GBE/CMl及美国石油学会标准APl5L2的要求。内涂的涂料由带有颜料的环氧树脂、填充剂、溶剂、固化剂和稀释剂所组成。商家必须提供权威机构的检测证明:

①相对密度;

②黏度(混合);

③颜色散射;

④非挥发成分;

⑤干燥试验;

⑥流动性能(混合);

⑦固化性能(混合)。

所选涂料应已成功地应用于天然气及凝析气管道的内衬上,具有实际使用经验,涂料生产商应能提供详细的工程实例,确认产品在天然气管道内涂上的适用性。如果涂料系统没有这种成功的业绩,则要求制造商提供产品通过严格和广泛的试验室及短期现场试验的等效性能证明。一旦涂料的成分被业主所认可,则制造商不得对成分配方或制造工艺有任何改变。

涂料的包装容器应适合颠簸道路的运输,内涂材料适用于手工或机械搅拌,混合后应完全均匀没有结皮,喷涂前通过200目筛网不应有任何固体残留。

熟化涂料的适用时间为在25℃时不得小于8h。

涂料应适应环境温度10~45℃、相对湿度低于80%的条作下施工。在25℃时管道喷涂一道达75μm(干膜)时,不应有下垂、流淌、垂落、气泡和空白。

当采用“先内后外”涂覆程序时,所选涂料必须满足在250℃高温,30min条件下保证内涂性能不变的要求。

内涂涂料还应满足输气管道运行条件的要求,如耐磨性、耐热(50~90℃)、耐渗透等。

管道减阻用内覆盖层的颜色应为红色。

所有交货的涂料质量都应与订货时所确定的一致,如有不符,有权拒收;当涂料被污染或在容器底部出现固体或结块,必须拒收。涂料包装容器上应标明:名称、生产日期、颜色、批号及储存环境条件要求等。

涂料基本要求可参见第3章。

(2)涂料配制涂料的混合是使用专门的设备,配制应符合相关标准及供应商的技术要求,并在业主代表的监督下进行搬运、混合和稀释。图6-4是涂料混合的设备照片。

?图6-4涂料混合的设备

混合前要摇匀,通常要采用机械搅拌,严格按供货商的配比要求将基料和固化剂进行混合,容量误差应小于±3%。如要稀释应采用供货商认可的稀释剂,其用量按供货商要求。

混合的涂料通常要采用机械进行充分的搅拌,搅拌过程中应防止污物进入涂料中,条件允许时在搅拌过程中不应搅入空气。在充分搅拌混合后,还应维持持续低速搅拌。混合后的涂料应有30min的熟化期。在喷涂作业过程中,必须在喷枪供料罐或储料池内使用电搅拌器不间断搅拌,以保证暂停期间内涂料的均匀性。

配制好的涂料应在供货商规定的涂料棍合后的适用期内使用。使用过程中,不得将新材料加入到来用完的旧材料中去。

(3)涂料涂覆内覆盖层的喷涂作业应在环境温度不低于10℃,且高于露点3℃和相对湿度不大于80%的环境中进行。当在车间作业时,只要钢管升温、除湿,避免潮气、结露的影响,环境条件可适当放宽。用于涂覆的设备和供料系统应事先得到业主的认可,涂覆施工应采用高压无气喷涂工艺。设备的组成:无气喷涂设备、过滤器、压力表、气阀、温控装置等。上面对涂装环境条件的这一规定应是合理的,文献[2]就这一问题提出了自己的看法,认为这一规定是以环境湿度和露点为条件,保证涂装前钢管表面不吸潮、不结露、不返锈,漆膜干燥时表面不吸潮、不结露;以温度为条件,使环氧覆盖层能够自然固化。在钢管内涂作业线上,钢管除湿设备(预热中频,热风炉等)是必备的,同时管于除锈后只停留不足35min,管子表面在涂装时不会返锈。另一方面,环氧减阻涂覆层在经过鼓风干燥、加热干燥后,得到了强制固化。也就是说,环氧涂料的涂覆环境条件的一般规定不应机械地照搬到设施完善的内涂作业车间上。但在管子温度处于结露条件下时,必须保证管子预热设备的功效,彻底清除钢管表面的水、潮气,并在涂装和干燥过程中,保持管子温度高于露点3℃以上。

喷涂施工应在封闭的空间或有屋顶的场所,避风、防尘、防污条件下进行。管子表面环境温度不超过60℃且不低于10℃。管子表面温度在整个过程中维持在最低21℃且不超过38℃。当环境相对湿度超过90%时必须停止作业。

喷涂应在平台上进行,管子通过旋转的管架进入喷涂平台,平台两端的箱罩将管子两端封闭,喷头通过支撑架进入,距管壁一定距离向管子内表面喷射干净、干燥的空气;当喷头从远端返回时,开始喷涂环氧涂料,喷嘴距管子表面0.15~0.5m,与表面成直角。喷涂时,支架应保持匀速运动。喷嘴的压力、管子旋转的速度和喷嘴移动速度应通过调试,确保覆盖层的设计厚度。后置封闭箱装有风机,使管内产生少量负压。喷涂过程中,管子应一直保持不间断的旋转。

采用高压无气喷涂进行减阻涂料涂布时,首先涂料压力应固定在设定值,保证涂料雾化效果;其次,根据涂料流量和设计漆膜厚度,确定喷头在钢管表面的移动速率。只有雾化效果得到保证,漆膜的均匀性、表面光洁度才能得到保证。

喷涂作业完成后,管子继续旋转几秒钟,然后,应立即除去端部保护胶带。带有测试片的管子取出测试片并补涂。在涂覆完成直到覆盖层不发黏为止,这段时间内,应对覆盖层加以防尘、防污和防不利天气影响的防护措旌。

漆膜的干燥时间和生产效率是一个矛盾,处理不好则影响漆膜的质量。涂装后漆膜干燥分为通风干燥、烘烤干燥和后续干燥三个阶段,在“先内后外”工艺中,前两个阶段干燥程度必须保证达到以下要求。

①通风干燥:由于采用风机鼓风干燥,缩短了漆膜表干时间,风干时间为45~60min。表干后漆膜含的溶剂很少,可在一定温度条件下进行加热干燥。否则漆膜表面粗糙度下降。

②烘烤干燥:在炉内,采用热风对漆膜进行加热干燥,炉温设置在50~70℃之间,烘于时间为60min。加热干燥结束后,漆膜达到实干。生产中,按照涂料供应商标准采用了“80%固化”的检测方法,即,用棉花蘸二甲苯轻轻擦拭漆膜表面,最多只观察到棉花上有浅淡的铁红色。否则,在除锈前上堵头时,由于干燥程度不够,漆膜会受到堵头的损坏。由于指触法测实干受人为因素、钢管温度的影响更大,生产中采用“80%固化”作为漆膜烘干、可以进入下一道工序的控制指标。

涂覆作业应避免在大风、沙尘及恶劣天气下进行,施工应在密封环境中进行,要注意对未固化的覆盖层的保护。

如果喷砂后不能立即涂覆,间隔时间超过8h以上时(当在南方潮湿地带作业时这一时间可能还要短点),表面会快速生成新锈,在施工前必需重新表面处理。

必须进行常规检测,确保形成正确的膜厚。

钢管喷涂完毕后进入中间平台,用洁净的干燥空气对涂覆后的钢管内表面进行吹扫,以控制挥发性气体,防止在固化炉内因挥发性气体过多引起爆炸,并对尾气进行处理,以满足环保要求。

涂覆后的管子进入固化程序,环境温度较高时可自然固化。要求快速固化的管子可采用热空气加热固化,根据生产速度可一根或几根同进行。但加速固化的设备、工艺必须符合技术规范的要求,并经业主批准。

(4)涂料消耗[2]涂料供给量一般采用实际涂布率作为依据。后者和理论涂布率的关系式如下:

?

?

式中F—实际涂布率;

T—理论涂布率;

CF—消耗因子。

其中:CF=[A+(B+C+D)·DFT+DFTJ/DFT

式中A—消耗相关粗糙度;

B—涂布不匀消耗率;

C—施工浪费率;

D—容器残留率:

DFT—干膜厚度。

如果金属表面锚纹深度在30~50μm、漆膜厚度偏差在15%~20%。取A=12.5,B=10%,C=1%,D=1.5%,DFT=70,

计算得出:CF=1.30。亦即实际用料量是理论用料量的1.3倍。

3.5覆盖层的修补

按标准要求,覆盖层上的缺陷及损伤必须进行修补。修补面积应小于总面积的1%。当等于或超过这一指标时,则整根管子的内表面必须进行重新涂覆。修补前应对修补处的覆盖层边缘采用砂纸或刮刀进行磨平或刮平,除去翘边,必须将清理不彻底的涂覆层完全清除,然后方可采用手工喷枪补涂或刷徐。修补面上的表面打磨处理、膜厚和固化要求应和管体部分的一致。不论是修补还是返工,施工单位都应查明原因,并对工艺流程加以调正。

修补、重新涂覆、管壁的修复等任何操作都必须在覆盖层完成固化后进行,以防止覆盖层的损坏。管子修补后要注意保护,以确保修补处无流淌、起丝等缺陷,保证涂覆表面光滑,修补处可以在通常大气条件下固化,但必须防止污染。

3.6涂覆工艺的注意点

内涂施工可在管道的其它处理(主要指外覆盖层施工)之前进行,也可在外涂之后进行,方案的选择取决于内涂生产线、场地、工艺条件等因素。不管施工单位采用什么工艺,都应得到业主的认可,一旦认可施工单位应不再轻易改动了。先内涂后外涂的工艺要注意所选涂料必须耐外涂施工时的高温,先外涂后内涂的工艺要注意在内涂时对外覆盖层的机械保护。

在搬运及存放过程中应特别小心,确保覆盖层干净不受损坏。

应仔细清洁,除去油脂,排除内涂固化过程中任何灰尘或污染物,在涂膜完全固化之前管子两个端部要加帽保护(要留有孔洞利于溶剂挥发),表面完全干燥后可自然堆放。

内涂施工的环境条件为,温度不应低于10℃,相对湿度不得大于80%,管体温度高于露点3℃。如未采用加热快速固化,当作业区环境的相对湿度大于90%时,则必须停止涂覆作业。

3.7管道标记

在抛丸处理之前,管道内壁应有明显标志,表面处理后移到外表面上,喷涂后在管子一端的内侧要再重新涂设标志。标记内容包括:加热的温度、管子制造商的标志、钢级、直径、标准重量、壁厚及业主所要求的管子制造应有的参数等。标记方法应采用喷涂方式,涂料类型应和基体涂料相融,并与基面颜色反差要大。

要特别注意,所选用的标记涂料中不得含有对内覆盖层有害的溶剂。

4.质量控制

在整个内徐覆作业过程中应在下面几个关键阶段进行质量控制:

①表面处理阶段;

②涂覆施工阶段;

③施工后检测干膜厚度;

④固化试验。

按APl5L2标准的要求,内覆盖层的检测项目见表6-2。

表6-2内覆盖层性能检测及方法测试项目应达标准测试方法针孔(湿膜)无针孔标准附录G针孔(干膜)无针孔标准附录G盐雾Q/SY标准附录BASTMB117,500h,Q/SY附录B水浸泡在距离边缘6.3mm范围内无水泡①饱和碳酸钙蒸馏水溶液—100%浸泡,室温,21d甲醇与水等体积混合在距离边缘6.3mm范围内无水泡①100%浸泡,室温,21d划条剥离Q/SY标准附录CQ/SY标准附录C弯曲在锥棒直径13mm以上部位,弯试验板,无剥离,无黏着力损失,无裂缝ASTMD522附着力除切削外无任何材料剥离Q/SY标准附录D硬度在(25±1)℃时,巴克贺尔兹值最小94ISO2815—1973/GB9275—88气泡试验无气泡Q/SY标准附录E耐磨试验最小磨损系数为23ASTMD968方法A水泡试验无气泡Q/SY标准附录F

①允许轻微软化。

4.1质量控制的主要项目

钢管减阻内涂工艺过程中的质量控制的主要项目如下:

①待涂钢管内表面清洁度检测,可用对比法,控制在Sa2.5;

②粗糙度检测(喷砂后的锚纹深度),采用专用粗糙测量仪;

③湿膜测试,齿状测规;

④干膜测试,测厚仪;

⑤附着力检测,十字划格法;

⑥针孔(均匀度)检测,玻璃测试片法。

有关这些项目测试所用仪器和性能参见第四章的相关资料。

4.2质量控制的重要性

内涂和外涂在使用条件上不同,外涂损坏可以修理,而内涂则不能,作为大口径气管道若内涂出现问题将会引起过滤器、阀门损坏等重大事故,由于内涂是一次性的,所以确保质量非常重要。

4.3质量控制措施

为了确保质量,除了施工单位提供必要的质量保证(QA)和质量控制(QC)外,还要保证三个质量控制环节:

①施工过程中必须要有业主认可的第三方技术监督和技术服务;

②工程监理;

③质检站监造。

4.4业主的责任

对于内涂的质量,业主应按国家基建法规的规定做好:

①涂料的选定;

②涂覆设备的认证;

③涂覆商(公司)的选定;

④技术标准的制订和管理;

⑤协调和处理施工过程中所发生的任何质量问题。

4.5检验和测试

在施工期间,业主委派的检验员有权在任何时间进入施工现场,要求涂覆公司进行测试或查看测试结果。

业主可以在施涂过程中检测,也可按规范要求在涂完的管子上抽检,这些检测结果可以作为验收合格证明材料。所有不合格的管子必须修补或重涂。

徐覆商(公司)应向业主提供符合技术标准的质量控制的常规测试结果或每批生产中形成的检测例行报告。

任何已知的或由业主按规范要求所进行抽柱的结果,只能作为维护业主的利益的广告,不应构成产品验收的凭证、也不应是涂覆商减轻质量责任的借口。

4.6质量控制的主要项目检测要求

在整个内涂覆过程中应进行以下的质量控制。

(1)表面处理阶段

①与表面处理标准照片进行对照;

②检测表面锚纹深度;

③喷涂前检测表面清洁度;

④表面处理期间,对湿度、露点及表面温度进行例行检测。

(2)涂覆作业

①对湿膜厚度进行常规检测;

②对覆盖层的完整性、均匀性、无流挂、缺陷如针孔等,应进行常规目视检测;

③喷涂期间定期监测湿度及露点及表面温度。

(3)检测干膜厚度施工后至少24h后检测干膜厚度。

(4)固化试验投入运行前应进行MEK完全固化测试.测试方法是将固化的钢试片放在盛有与涂料的稀释剂相同的溶液中浸泡4h,取出后在室温下恢复30min,然后观察试片上有无软化、褶皱及气泡现象。