張?jiān)讫?，王志明，石夢蕊，于輝榮

（1. 遼陽石油鋼管制造有限公司，遼寧 遼陽 111000；2. 寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司泵業(yè)分公司，陜西 寶雞 721016）

目前，國內(nèi)主流三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層（3PE）涂敷生產(chǎn)線均采用拋丸除銹對鋼管外表面進(jìn)行處理[1-4]。鋼管銹蝕嚴(yán)重時(shí)，除銹后鋼管表面灰塵度等級和鹽分含量有偏高問題，影響粉末噴涂后的附著力和性能指標(biāo)。為解決鋼管外表面除銹后灰塵度等級和鹽分含量偏高問題，提高3PE 防腐層性能，在3PE 涂敷生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)應(yīng)用了一套鋼管表面水洗裝置，現(xiàn)對該裝置的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方案及使用效果進(jìn)行介紹。

1 3PE 防腐層涂敷生產(chǎn)線現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)主流3PE 涂敷生產(chǎn)線的工藝流程為：鋼管上線→除銹前預(yù)熱→外拋丸除銹→內(nèi)吹掃→除銹檢驗(yàn)→管端貼紙→中頻加熱→粉末噴涂→膠粘劑和聚乙烯纏繞→水冷卻→漏點(diǎn)檢測→防腐層檢測→管端打磨→外標(biāo)志噴制。

鋼管上線檢驗(yàn)，先進(jìn)行表面拋丸除銹，再內(nèi)吹掃，隨后清理鋼管內(nèi)表面殘留鋼砂鋼丸，然后檢驗(yàn)除銹后的質(zhì)量，測量鋼管表面鹽分含量和灰塵度等級。鋼管表面銹蝕較嚴(yán)重時(shí)，由于鋼砂鋼丸重復(fù)利用，表面附有污染物，將導(dǎo)致除銹后表面灰塵度等級偏高，個(gè)別鋼管表面鹽分含量偏高。灰塵度方面，目前涂敷生產(chǎn)線均采用吹掃的方法對鋼管表面灰塵進(jìn)行清除。表面灰塵較大的鋼管需要進(jìn)行二次處理，在連續(xù)生產(chǎn)涂敷時(shí)，二次處理影響作業(yè)效率，極易有局部粉塵污染物漏檢，表面殘留污染物，由于微塵阻隔環(huán)氧粉末與管體表面基材的機(jī)械連接，將嚴(yán)重影響粉末與鋼管表面的附著力，影響涂敷防腐層質(zhì)量。鹽分方面，鹽分含量測試的原理為測量鋼管表面Cl-含量，Cl-含量越高，越容易腐蝕鋼管表面，對防腐涂層影響就越大[5]。如果在連續(xù)涂敷生產(chǎn)中不控制除銹后鋼管表面的灰塵度和鹽分含量將嚴(yán)重影響服役后鋼管3PE 防腐層的使用壽命[6]。

2 鋼管表面水洗裝置設(shè)計(jì)思路

鋼管表面水洗裝置安裝在中頻加熱工序之前、除銹檢查崗位之后，通過高壓水和高壓風(fēng)對鋼管表面進(jìn)行處理。該水洗裝置棄用酸洗鋼管表面處置技術(shù)[7]，采用一種更環(huán)保清洗工藝，提高防腐層結(jié)合力和耐腐蝕性，且無含磷廢酸和熱氣排放，使用成本低，有利于推廣使用。新設(shè)計(jì)水洗裝置主要原理為使用環(huán)形風(fēng)刀吹干鋼管，環(huán)形毛刷清潔鋼管表面，兩次水清洗，對清洗后鋼管表面使用高壓風(fēng)吹干。第一次清洗采用小水量清洗，第二次清洗采用大水量清洗，清洗后立即采用大流量高壓風(fēng)吹干，然后進(jìn)行中頻加熱、噴涂粉末及纏繞膠粘劑和聚乙烯[8]。

3 鋼管表面水洗裝置設(shè)計(jì)方案

3.1 水洗裝置主要結(jié)構(gòu)

該裝置主要由排風(fēng)系統(tǒng)、304 不銹鋼清洗室、環(huán)形風(fēng)刀、環(huán)形清潔毛刷、高壓風(fēng)干裝置、工業(yè)用過濾水裝置和廢水槽組成。其中清洗室分為一次清洗室和二次清洗室。一次清洗室由一次清洗頭（前后排列的噴頭）、管路和低壓泵組成，二次清洗室由二次清洗頭（前后排列的噴頭）、管路和高壓泵組成，吹干系統(tǒng)由吹干風(fēng)刀、管路和高壓風(fēng)機(jī)組成。

3.2 工作流程

清洗室和清洗管路選用304 不銹鋼。兩個(gè)清洗室通過兩個(gè)隔板進(jìn)行隔離，根據(jù)不同鋼管直徑更換不同規(guī)格的隔板，一次清洗的水不能噴濺到二次清洗室，保證清洗潔凈。鋼管從中間密封隔板洞穿過，并螺旋向前運(yùn)動(dòng)。先通過環(huán)形風(fēng)刀（環(huán)形風(fēng)室內(nèi)若干出風(fēng)口）將鋼管吹干，使用環(huán)形清潔毛刷清潔鋼管表面。然后鋼管進(jìn)入清洗裝置，一次清洗水用低壓泵通過管路到清洗頭噴到鋼管表面，二次清洗水用高壓泵通過管路到清洗頭噴到鋼管表面。二次清洗室出口安裝高壓風(fēng)刀，鋼管表面二次清洗后吹干鋼管表面的殘留水跡。清洗頭位于鋼管側(cè)下方，高壓風(fēng)刀位于鋼管另一側(cè)的側(cè)下方。水汽由排風(fēng)系統(tǒng)排到室外，清洗水溫度在20 ℃以上，清洗廢水經(jīng)工業(yè)過濾裝置處理后還可以二次利用。鋼管表面水洗裝置如圖1 所示。

圖1 鋼管表面水洗裝置示意

4 鋼管表面水洗裝置的使用效果

4.1 鋼管表面水洗工藝處理后效果

鋼管露天存放時(shí)間較短或在庫內(nèi)存放時(shí)，表面銹蝕較輕，使用目前國內(nèi)主流3PE 涂敷生產(chǎn)線工藝可以保證除銹后的鋼管表面灰塵度等級和鹽分含量滿足要求。如果項(xiàng)目按照合同已制成鋼管，出現(xiàn)客戶施工暫停需延期交貨、鋼管露天存放時(shí)間長或存放不當(dāng)?shù)葐栴}時(shí)，將導(dǎo)致鋼管表面銹蝕嚴(yán)重。外表面銹蝕嚴(yán)重的鋼管拋丸除銹后進(jìn)行涂敷將嚴(yán)重影響3PE 防腐層質(zhì)量，主要因鋼管表面鹽分含量和殘留灰塵污染物無法徹底清除。選取6 根銹蝕嚴(yán)重的鋼管，在拋丸除銹后測量表面灰塵度等級和表面鹽分含量，并標(biāo)記測量位置，測量后使用水洗裝置對鋼管表面進(jìn)行處理，測量鋼管表面同樣位置的灰塵度等級和鹽分含量，對比結(jié)果見表1。

表1 水清洗鋼管和未清洗鋼管表面質(zhì)量對比

觀察表1 可知，未經(jīng)過水洗裝置處理的鋼管，表面灰塵度等級和鹽分含量存在個(gè)別鋼管不滿足標(biāo)準(zhǔn)的情況，需要進(jìn)行二次處理，影響生產(chǎn)作業(yè)效率。經(jīng)過鋼管表面水洗裝置處理的鋼管表面灰塵度等級和表面鹽分含量明顯優(yōu)于未經(jīng)過水洗裝置處理的鋼管，表面質(zhì)量明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)值，且有一定富余量。

根據(jù)裝置的設(shè)備能力，在大批量鋼管生產(chǎn)時(shí)反復(fù)試驗(yàn)和測量，裝置采用表2 工藝參數(shù)對鋼管進(jìn)行表面處理時(shí)的效果相對較好。

表2 鋼管表面水洗裝置工藝參數(shù)

4.2 3PE 防腐層性能情況

隨機(jī)選取兩根銹蝕程度相同的鋼管，采用同樣除銹工藝進(jìn)行拋丸除銹，除銹后測量鋼管表面錨紋深度接近。一根采用現(xiàn)有工序除銹后對鋼管進(jìn)行涂敷，另一根鋼管除銹后按照表1 工藝參數(shù)對鋼管表面水洗，按照GB/T 23257—2017《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》對涂層性能進(jìn)行測試，結(jié)果見表3。

表3 水洗和未水洗鋼管3PE 防腐層性能對比

從表3 可以看出，未使用表面水洗裝置處理的鋼管，涂層48 h 耐熱水浸泡性能雖滿足要求（深度平均值≤2 mm，最大≤3 mm），但試驗(yàn)結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)臨界值，如果試驗(yàn)量大，極易出現(xiàn)試驗(yàn)不合格情況[9]。拋丸除銹后采用表面水洗裝置處理的鋼管，涂層各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求且有提升。水洗和未水洗處理鋼管試樣經(jīng)48 h 陰極剝離試驗(yàn)后形貌如圖2所示。拋丸除銹后采用水洗裝置處理鋼管表面較標(biāo)準(zhǔn)要求有一定富余量，對防腐層質(zhì)量提高有顯著作用。此外，該方法可以有效避免酸洗工藝帶來的環(huán)境污染問題[10]。

圖2 試樣經(jīng)48 h 陰極剝離試驗(yàn)后形貌

5 結(jié) 語

設(shè)計(jì)的鋼管表面水洗裝置已在生產(chǎn)線應(yīng)用，并獲得發(fā)明專利，專利名稱《一種鋼管防腐前表面清洗的方法》，專利號201910867545.5。經(jīng)過試驗(yàn)證明，水洗工藝對鋼管表面清潔度提高有效，主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面：①水洗處理后，降低了鋼管表面灰塵度等級和表面鹽分含量，提高了3PE 防腐層性能指標(biāo)；②鋼管表面水洗工藝節(jié)能環(huán)保，清洗液加熱溫度低，表干不用熱風(fēng)，電能消耗小，處理廢液無酸和廢氣，過濾即可，環(huán)保處理成本低；③裝置投資少，操作簡單，水為常溫，無酸性腐蝕，操作風(fēng)險(xiǎn)低，廢水不需酸堿中和處理。