郭 雷

（濟南邁科管道科技有限公司，平陰250400）

目前，燃氣管道行業(yè)存在以下3 種常用管道涂裝工藝：一是鋼管表面噴漆或刷漆；二是鋼管表面熱浸鍍鋅300 g·m-2或500 g·m-2；三是鋼管表面單層噴涂。

隨著國家對環(huán)保要求的不斷提高，國家對污染物無組織排放做出了嚴格的標準控制要求，明確了污染物濃度極限值，如苯不高于0.1 mg·m-3、甲苯和二甲苯不高于0.1 mg·m-3、揮發(fā)性有機物不高于0.1 mg·m-3。一般小型的噴涂廠或家庭式作坊達不到要求，現(xiàn)場表面噴漆或刷漆的工藝已不符合當前環(huán)保形勢的要求。另外，天然氣管道常年暴露在室外，陽光照射，風(fēng)吹雨淋，若不每年維護，便會出現(xiàn)銹蝕甚至管道破裂的風(fēng)險。目前，各大燃氣安裝公司均已停止采購和使用這種工藝的燃氣管道。

表面熱浸鍍鋅工藝的燃氣管道防腐性能相比表面噴漆和刷漆要好很多。優(yōu)異的防腐性能可保證管道30 年內(nèi)免更換，是國內(nèi)外各大燃氣公司燃氣管道的首選產(chǎn)品。然而，鋼管熱鍍鋅線投入大，鋅錠成本高，一旦開爐就要時刻保持鋅液處于流動狀態(tài)，需要持續(xù)不斷的能源消耗投入。隨著近幾年原材料成本的攀升，鍍鋅管成本居高不下，國內(nèi)各大鋼管廠家相繼進入燃氣鋼管領(lǐng)域，行業(yè)競爭異常激烈。該產(chǎn)品在鋅液純度和鋅層厚度方面的質(zhì)量水平參差不齊，給鍍鋅燃氣管道的使用壽命產(chǎn)生了一定的負面影響。

涂塑鋼管作為一種綠色環(huán)保的鋼塑復(fù)合管，國外已經(jīng)廣泛使用幾十年，但是傳入我國并推廣開來比較晚。20 世紀70 年代，發(fā)達國家開始研發(fā)新型管材用來替代鍍鋅鋼管。涂塑鋼管是用粉末涂料熔結(jié)到鋼管內(nèi)外表面，并與鋼管表面形成一個整體。它不使用有機溶劑，而是在密封空間噴涂，涂料利用率高，不污染環(huán)境。相比焊管表面噴漆和刷漆工藝，此工藝采用粉末噴涂，工廠內(nèi)部常規(guī)化生產(chǎn)，可有效控制危險源。這種產(chǎn)品與鍍鋅管道具有同等優(yōu)良的機械強度，對沖擊、彎曲和壓力均有很強的承受能力。表面單層噴塑工藝表面上雖然節(jié)約了成本，降低了投入，優(yōu)化了環(huán)境，但是經(jīng)過近幾年的市場驗證，生產(chǎn)的防腐鋼管涂層存在耐機械撞擊能力較弱、防水性較差的問題。此外，受南北地區(qū)溫差和紫外線照射強度不一的自然環(huán)境影響，出現(xiàn)了變色、脆裂甚至銹蝕問題，導(dǎo)致涂塑質(zhì)量和防腐年限遠遠達不到熱浸鍍鋅工藝的水平，增加了各大燃氣公司后期管道維護的成本。

為解決單層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐鋼管層存在的耐機械撞擊能力較弱、防水性較差等問題，美國的防腐公司通過研究大量防腐層的材料、結(jié)構(gòu)及施工工藝，提出了改性環(huán)氧粉末材料的技術(shù)思路，建立了雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐體系。該體系的中底涂層采用標準單層熔結(jié)環(huán)氧粉末，外防護層采用改性的熔結(jié)環(huán)氧粉末，顯著提升了防腐層的機械性能，大大增強了防腐層的高溫抗?jié)B透性、耐高溫性和抗沖擊能力[1]，同時保留了單層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層與陰極保護的相容性能，避免了陰極保護屏蔽的產(chǎn)生。雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐體系整體防腐層的厚度在525 ～1 000 μm，使用溫度達115 ℃，可滿足各種管徑的鋼管、彎頭、異型件及補口等的防腐要求[2]。

基于以上背景，濟南邁科管道科技有限公司研究一種雙層熔結(jié)涂塑的防腐層燃氣管道產(chǎn)品來豐富產(chǎn)品系列，解決普遍存在的安全隱患問題、腐蝕成本問題和日趨激烈的行業(yè)競爭壓力問題。設(shè)計解決了南北地區(qū)溫差大和紫外線照射強度不一對管道防腐層影響的問題，降低了國內(nèi)燃氣公司的管道采購成本投入和后期維護成本，引領(lǐng)了燃氣管道行業(yè)的發(fā)展方向。

1 研究內(nèi)容、方法及結(jié)論分析

1.1 總體方案及技術(shù)路線

1.1.1 方案概述

研究從制定產(chǎn)品開發(fā)方案開始，進行產(chǎn)品標準確定、工藝參數(shù)設(shè)計和質(zhì)量控制計劃編制，同時采購配套設(shè)備和試驗用粉末，準備齊全后開始樣品試制、樣品檢測、工藝參數(shù)驗證及優(yōu)化，并通過小批量試產(chǎn)進行再次驗證。實施中，項目組進行了多方論證試驗，并取得了第三方機構(gòu)出具的試驗驗證報告。小批量試產(chǎn)階段確保有效的生產(chǎn)節(jié)奏，特別是確保工藝參數(shù)的正確性，為后期批量生產(chǎn)出合格、優(yōu)質(zhì)、高性價比的產(chǎn)品打好基礎(chǔ)。

1.1.2 技術(shù)路線

焊管—預(yù)熱驅(qū)潮—拋丸—上料—中頻加熱—噴第一層噴環(huán)氧粉末—噴第二層聚酯粉末—冷卻固化—電火花—噴標—檢驗—修補或重涂—打包入庫。

1.2 研究內(nèi)容

第一，國內(nèi)粉末廠家的篩查試用，研究環(huán)氧粉末和聚酯粉末的熔結(jié)技術(shù)，包括粉末膠化時間和固化時間與設(shè)計生產(chǎn)線的預(yù)熱溫度、固化溫度、線速、冷卻溫度、噴槍精度、噴粉量的匹配程度等。第二，研究基管的前處理技術(shù)，包括驅(qū)潮的預(yù)熱溫度、表面處理的錨紋深度（含各種鋼丸的型號及配比）、拋丸后的表面清潔度以及鋼管表面溫度的工藝參數(shù)。第三，研究雙層熔結(jié)涂塑技術(shù)的過程保證條件，如何避免表面處理后（涂塑前）基管的表面受潮、生銹或二次污染，現(xiàn)場最長放置時間的控制，以及相應(yīng)的過程檢驗檢測技術(shù)。第四，研究產(chǎn)品的貯存和運輸工藝要求，做好產(chǎn)品的表面防護、后續(xù)補口處理工藝及安全環(huán)保要求。

1.3 研究方法

1.3.1 雙層粉末熔結(jié)技術(shù)的研究

研究團隊通過文獻調(diào)研、實地考察和實驗測試等方法，深入了解防腐層的材料、結(jié)構(gòu)及施工工藝，深入了解環(huán)氧粉末、聚酯粉末是適合作為底涂層，還是作為外部涂層。收集其他研究機構(gòu)研發(fā)文獻中通過模擬實驗和實際運行測試收集和分析的風(fēng)速、光照強度等數(shù)據(jù)，為下一步研究提供參考標準和數(shù)據(jù)支持[3]。

1.3.2 基管表面前處理工藝技術(shù)和雙層涂覆工藝技術(shù)的研究

研究團隊實證研究方法開展工作，選擇適合的場地，安裝生產(chǎn)線，組織試產(chǎn)。通過現(xiàn)場觀測、數(shù)據(jù)采集和實驗測試等，評估基管表面處理的精度要求是否滿足下一步的涂塑要求。通過不斷調(diào)整工藝參數(shù)，檢測生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)來確定工藝標準。

1.3.3 產(chǎn)品一致性和符合性的研究

研究團隊利用統(tǒng)計分析法、定量研究法、定性研究法，按照標準要求抽取一定比例的樣品進行檢驗，并記錄過程數(shù)據(jù)。為多方論證產(chǎn)品的性能，采用試驗結(jié)果比對法，統(tǒng)計檢測結(jié)果與第三方檢測結(jié)果進行對比分析，確定試驗結(jié)果的一致性和符合性。

1.3.4 經(jīng)濟效益和環(huán)境效益評估

研究團隊采用成本效益分析和生命周期評估方法，對雙層熔結(jié)涂塑燃氣管道項目的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益進行評估。通過收集和分析項目的投資成本、運維成本和收益數(shù)據(jù)，以及能源消耗和污染排放數(shù)據(jù)，評估項目的經(jīng)濟可行性和環(huán)境效益，并為項目的推廣應(yīng)用提供決策依據(jù)。

1.4 研究結(jié)論

通過研究環(huán)氧粉末和聚酯粉末的熔結(jié)技術(shù)，分析過程中的保證條件，確定了雙層熔結(jié)涂塑粉末的原材料屬性及牌號，確定了產(chǎn)品涂層的性能要求。通過研究基管的前處理技術(shù)，解決了原單層涂塑工藝存在的塑層附著力不強的問題。

研究細化了雙層熔結(jié)涂塑防腐鋼管的生產(chǎn)工藝參數(shù)，生產(chǎn)出底層為環(huán)氧粉末涂層、外層為聚酯粉末的雙層熔結(jié)粉末的燃氣用涂塑鋼管，且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。公司自檢與第三方檢測結(jié)果均合格，如表1 所示，可為后續(xù)批量生產(chǎn)高質(zhì)量、高合格率、低成本的產(chǎn)品提供有力的技術(shù)支持。

表1 關(guān)鍵技術(shù)指標檢測結(jié)果

該產(chǎn)品實現(xiàn)了底層涂層厚度不低于200 μm、面層涂層厚度不低于200 μm、涂層總厚度不低于400 μm的目標，使管道防腐層在原來單層涂塑的基礎(chǔ)上厚度增加3 ～4 倍，解決了燃氣管道防腐年限不足的問題。外層采用聚酯粉末覆蓋技術(shù)，解決了夏季因強紫外線照射造成的管道涂層失光變色、脆化脫落問題。內(nèi)層采用環(huán)氧粉末包覆技術(shù)，實現(xiàn)了延長管道防腐年限的作用，確保正常環(huán)境下使用年限達到20 年[4]，如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

2 技術(shù)創(chuàng)新點

我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展的關(guān)鍵時期，行業(yè)內(nèi)競爭激烈，需要不斷開發(fā)新產(chǎn)品來解決市場及行業(yè)的痛點、難點。當下社會，創(chuàng)新已經(jīng)成為時代發(fā)展的主旋律。國務(wù)院總理在政府工作報告中提出，要深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，鞏固壯大實體經(jīng)濟根基，推進科技創(chuàng)新，促進產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，突破供給約束堵點，依靠創(chuàng)新提高發(fā)展質(zhì)量，并將提升科技創(chuàng)新能力、加大企業(yè)創(chuàng)新激勵力度、增強制造業(yè)核心競爭力和促進數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展列入年度政府計劃，促進工業(yè)經(jīng)濟平穩(wěn)運行，加強原材料、關(guān)鍵零部件等供給保障，實施龍頭企業(yè)保鏈穩(wěn)鏈工程，維護產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定。要啟動一批產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造工程項目，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級，加快發(fā)展先進制造業(yè)集群，實施國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群工程。要著力培育“專精特新”企業(yè)，推進質(zhì)量強國建設(shè)，推動產(chǎn)業(yè)向中高端邁進。對企業(yè)而言，開發(fā)新產(chǎn)品、探索新工藝具有十分重要的戰(zhàn)略意義，是企業(yè)生存與發(fā)展的重要支柱。

研究的雙層熔結(jié)粉末涂塑燃氣管道具有以下技術(shù)創(chuàng)新點：第一，采用雙層熔結(jié)技術(shù)，使管道防腐層在原來單層涂塑的基礎(chǔ)上厚度增加3 ～4 倍，解決了燃氣管道防腐年限不足的問題；第二，外層采用聚酯粉末覆蓋技術(shù)，解決了夏季因強紫外線照射造成的管道涂層失光變色、脆化脫落問題；第三，內(nèi)層采用環(huán)氧粉末包覆技術(shù)，實現(xiàn)了延長管道防腐年限的作用，確保正常環(huán)境下使用年限達到20 年；第四，采用基管表面前處理工藝和雙層涂覆工藝，解決了原單層涂塑工藝存在的塑層附著力不強的問題，附著力（28 d）達到1 級。

3 推廣前景和社會經(jīng)濟效益

3.1 推廣前景

研發(fā)的雙層熔結(jié)粉末涂層防腐鋼管產(chǎn)品適用于各種腐蝕介質(zhì)環(huán)境下的油、氣及化工管道內(nèi)外壁的防腐，以及市政、環(huán)保、建筑等行業(yè)的金屬制品的外壁涂敷。雙層熔結(jié)粉末涂層防腐鋼管固化速度快、固化時間短、涂裝效率高，適合于流水作業(yè)。此外，它具有優(yōu)異的機械物理性能和耐腐蝕性能，耐酸、堿、鹽、油、水等，能夠在較大溫度范圍內(nèi)起到長效持久的防腐效果[5]。

經(jīng)試驗室檢測和現(xiàn)場應(yīng)用試驗證明，應(yīng)用于長輸管道的雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐體系綜合性能比單層環(huán)氧粉末防腐層優(yōu)良，性價比高，且具有有效使用壽命更長、維護費用較低、多防腐層類型等特點，能夠根據(jù)不同需要針對性選擇類型。不同管道建設(shè)均可采用，尤其是需要在山區(qū)進行施工時，能夠抵抗化學(xué)腐蝕性強的土壤腐蝕，對溫度及適用管徑適應(yīng)范圍廣?，F(xiàn)場施工時，有比較成熟的補口施工、補傷等工藝，質(zhì)量控制容易，耐劃傷性能優(yōu)越，抗沖擊性能媲美三層聚乙烯（Polyethylene，PE）防腐結(jié)構(gòu)。

該研究力爭在燃氣管道領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)與鍍鋅管道制衡，甚至突破新舊動能的轉(zhuǎn)換。同時，公司在進行海外燃氣市場調(diào)研，待國內(nèi)市場成熟后，適時將其拓展至海外市場。此外，項目組也在不斷完善項目方案，識別項目運行中的潛在風(fēng)險，為后期的推廣打下基礎(chǔ)。

3.2 取得的社會經(jīng)濟效益

國家“十四五”期間倡導(dǎo)“碳達峰，碳中和”，政府“強化綠色供應(yīng)鏈、推進綠色工廠、設(shè)計綠色產(chǎn)品”的發(fā)展理念，促使國內(nèi)燃氣領(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求和我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，其中雙層熔結(jié)涂塑燃氣管道產(chǎn)品的需求量持續(xù)穩(wěn)步上升。作為國民經(jīng)濟生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)、工業(yè)原材料之一的管道涂裝工業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品品種規(guī)格不斷增加，產(chǎn)量持續(xù)增長，國際貿(mào)易活躍，國際地位越來越高，市場需求量越來越大。本項目將有廣闊的應(yīng)用空間，對公司開拓新的市場領(lǐng)域、形成新的經(jīng)濟增長點具有重要意義。

本項目的建設(shè)將有效拉動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動山東省制造業(yè)的發(fā)展，進一步增強制造業(yè)的經(jīng)濟支撐力。同時，項目建設(shè)將提高山東省制造業(yè)的規(guī)模效益和市場競爭力，對促進山東省的經(jīng)濟發(fā)展意義重大。不僅能夠提高企業(yè)競爭力，增強產(chǎn)業(yè)輻射能力，而且能夠進一步增強工業(yè)經(jīng)濟的支撐帶動作用。該項目在增加公司銷售收入的同時，為國家創(chuàng)造更多的稅收收入，提高工人的收入水平。

產(chǎn)品上市后，已經(jīng)成功接到107 個訂單，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益1 598.99 萬元，利稅102.97 萬元。預(yù)計項目生命周期為5 年，在項目生命周期內(nèi)預(yù)計最多可新增利潤1 839 萬元，實現(xiàn)稅收515 萬元。

4 結(jié)語

隨著近幾年原材料成本的不斷攀升，國內(nèi)各大鋼管廠家相繼進入燃氣鋼管領(lǐng)域，行業(yè)競爭異常激烈。研究的雙層熔結(jié)粉末涂層防腐鋼管解決了普遍存在的安全隱患問題、腐蝕成本問題，但要想使燃氣用雙層涂塑防腐鋼管在高端流體輸送尤其城市燃氣領(lǐng)域保持持續(xù)的競爭力，還需要掌握提升產(chǎn)品外觀質(zhì)量的關(guān)鍵核心技術(shù)，降低生產(chǎn)成本和人工成本，保持產(chǎn)品的價格優(yōu)勢。因此，研究產(chǎn)品基管的表面處理技術(shù)，提高成品管的外觀光亮度，研究智能工廠數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)模式，提高生產(chǎn)過程中的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，減少人為干預(yù)，為下一步的研究重點。