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    影響鋼管3PE防腐層厚度均勻性的原因及控制方法

    2019-06-23 04:28:34

    在油氣輸送方式中,管道輸送,特別是長輸管道輸送占據了重要位置。然而受到土壤電阻率、含水量、雜散電流等因素的影響,長輸管線常會出現腐蝕現象,可能造成管線泄漏等后果。

    13PE防腐鋼管結構及功能

    防腐層對金屬的保護作用包括隔離作用、緩蝕作用和電化學作用等。要求涂層表面完整無針 孔,均勻致密地涂覆在經除銹的管道外表面上,達到管道外防腐的目的。

    3PE防腐層的底層通常為環氧粉末涂層,中間層為膠粘劑層,外層為聚乙烯層。3PE防腐層兼有熔結環氧(FBE)優異的防腐性能,良好的粘結性與抗陰極剝離性能以及聚乙烯優良的機械性能、絕緣性能等。同時防腐層厚膜化是提高防腐層防腐蝕效果的重要途徑。增加防腐層厚度可以減少甚至消除針 孔缺陷,提高防腐效果。

    防腐層厚度對防腐效果具有重要作用,并且,對于埋地原油長輸管道而言,如果外防腐層出現厚度不均的情況,土壤中的水或其他腐蝕性液體介質穿透管道外防腐層滲透到覆蓋層與金屬界面的時間不同,這樣在管道外表面局部就會失去隔離作用,進而對此處管體金屬外表面產生侵蝕,在時間和其他因素的作用下,發生管壁腐蝕穿孔,從而造成管線泄漏等事故。與此同時,從管道的陰極保護角度來說,防腐層質量好,則管道的陰極保護所消耗的電能少,每個陰極保護站的保護距離長,可以減少陰極保護站的數量,節省管線的總投資。

    2防腐層生產過程中影響厚度均勻性的因素

    2.1鋼管本身形狀的原因

    2.1.1鋼管焊縫方面

    由于鋼管的焊接工藝原因,生產過程中形成突出于管體母材的隆起部分,這條隆起的焊道高度對3PE防腐層的厚度產生比較大的影響,焊縫余高處理不當,會嚴重影響防腐層的效果。因為3PE外防腐層所用聚乙烯是熱塑性材料,在3PE防腐管生產過程中,聚乙烯在纏繞段的工作溫度高達200℃左右,本身聚乙烯表面硬度不高,高溫熔融狀態下其硬度低。鋼管焊縫由于突出管體外,在鋼管管體與壓輥的接觸擠壓下,焊縫處的防腐層承受的壓力較大,也比較集中,總體上焊縫處防腐層厚度比管體處小,GB/T23257-2009里地鋼質管道聚乙烯防腐層》規定:焊縫部位防腐層厚度不小于規定值的70%。如果焊縫余高超過標準要求,造成熔融狀態的聚乙烯在焊縫處纏繞時承受的壓力大幅增加,焊縫處的聚乙烯層厚度減少多,造成防腐層厚度低于防腐標準成為廢管,也可能造成防腐層開裂,影響防腐生產的正常進行。另一方面,還存在焊縫過渡不夠圓滑,如出現“魚脊’、“馬鞍”等局部缺陷,同樣對處于熔融狀態的聚乙烯纏繞過程中的局部壓力相對增加,防腐層局部厚度變薄,造成防腐層厚度不均勻。

    2.1.2鋼管管體方面

    鋼管管體方面影響防腐層厚度均勻性的原因主要是鋼管的直度偏差和圓度偏差。一般情況下,鋼管都存著一定的直度偏差和圓度偏差,是鋼管成型、焊接過程中出現的不可避免的偏差。防腐鋼管生產時,鋼管在防腐線上以鋼管軸線為軸心,由防腐作業線上的輥輪帶動螺旋向前傳動。由于鋼管直度偏差的存在,導致鋼管在傳動線上存在一定的跳動現象,擠出機??诘戒摴鼙砻娴木嚯x時遠時近,聚乙烯片材隨鋼管跳動時緊時松,壓輥對防腐層的壓力也時大時小,接觸時緊時松,這些都會對防腐層厚度的均勻性產生不利影響。鋼管圓度偏差對防腐層厚度不均的影響,與鋼管直度偏差對防腐層厚度不均的影響相似。

    2.2防腐工藝、作業線精度的影響

    對于國內主要的鋼管3PE防腐生產線,長輸油氣管線的3PE外防腐層生產大都采用側向纏繞工藝,防腐鋼管生產時先后對鋼管外表面進行環氧粉末噴涂、膠粘劑層和聚乙烯層纏繞,并將搭接部分的聚乙烯和焊縫兩側的聚乙烯完全輥壓密實。膠粘劑層和聚乙烯層的搭接由纏繞工藝要求決定,以保證膠粘劑層和聚乙烯層在鋼管外表面形成完整的防腐涂層,發揮隔離、緩蝕等抗腐蝕作用。纏繞時每次搭接部分膠粘劑和聚乙烯的使用量是其余部分的2倍,客觀上形成搭接部分厚度高于其他部分,造成防腐層厚度不均勻。

    另外,總體來說,3PE防腐生產線自動化程度較低,設備精細化程度不高,鋼管運行的平穩性欠缺,影響防腐層厚度的均勻性;另外,螺距、搭接量等參數受到作業線精度的影響,在追、脫管及調線過程中,都會產生一定程度的誤差,影響防腐層厚度的均勻性。

    2.3壓輥因素的影響

    壓輥是確保搭接部分聚乙烯及焊縫兩側的聚乙烯完全輥壓密實的重要裝置。壓輥處于聚乙烯片材與管體較初接觸位置,這時片材溫度在200℃左右,處于熔融狀態,受力條件差,壓輥硬度和氣壓的波動都會對聚乙烯片材產生影響,從而影響防腐層厚度的均勻性。

    2.4水冷卻效果的影響

    鋼管涂覆后進入水冷卻工藝,表面溫度仍高達200℃左右,如果不能快速降低聚乙烯溫度,提高防腐層硬度,在輸送輥輪的擠壓摩擦下,很容易出現厚度不均情況,嚴重時聚乙烯片材與輥輪粘連,損壞防腐層。另外,防腐鋼管進入水冷段后,在冷卻水的作用下,防腐層表面先被冷卻,表面硬度也迅速提高。

    3控制措施

    針對上述情況分析,為保證3PE防腐層厚度的均勻一致,應該相應采取以下控制措施。

    (1)提高鋼管外形尺寸精度,使焊縫圓滑并降低焊縫高度。由前述內容可以看出,鋼管的外形尺寸對防腐層厚度的均勻性有很大影響,因為鋼管圓度和直線度偏差會造成鋼管的跳動,影響鋼管的傳動平穩性,繼而影響到涂覆工位和水淋段防腐層與壓輥和傳動輥輪的接觸強度,在波動壓力作用下,出現防腐層厚度不均的情況。同時,加強焊縫余高控制,保證焊縫的平滑過渡,修磨焊縫以減低余高。具體措施是在焊管成型方面,提高成型輥定位精度,保持各成型輥運轉靈活,各個輥面水平度一致;焊接方面是加大焊縫坡口角度;鋼板遞送方面是在導板前增加1套立輥。這些措施可提高成型及遞送穩定性,使焊縫加圓滑,并降低焊縫高度,減小焊管外形尺寸偏差。另外為進一步減低焊縫余高,加裝了全焊縫修磨設備,起到了良好的效果。

    (2)提高傳動線的精密程度,也就是提高傳動線運行平穩性,減少鋼管波動造成防腐層厚度不均的情況;另外,提高自動化水平,保證螺距、搭接等技術參數的一致性。根據有關螺距調整及搭接等方面的技術資料,結合管徑和傳動線的技術狀況等確定相應的螺距,并在傳動線上安裝刻度尺和角度尺,確保每種管徑的螺距和搭接量符合要求。

    (3)在保證輥壓密實的基礎上盡量選擇硬度較低的壓輥,保持壓輥氣壓持續穩定。為保持壓輥氣壓的穩定性,為壓輥增加了1個小儲氣罐,進一步減少其他用氣設備對壓輥氣壓的干擾。

    (4)加強水冷卻效果。為使進入水淋段的防腐層快速硬化,降低輥輪擠壓摩擦造成的防腐層厚度不均程度,特別是對于大口徑厚壁鋼管,熱量散失比較慢,除保證對防腐管外表面冷卻用水外,加裝了防腐管內部冷卻裝置,能輔助外表面冷卻水快速降低防腐層溫度,有效提高防腐層硬化速度,減少防腐層厚度不均情況。

    通過采取以上提高防腐層厚度均勻性的方法,3PE防腐層厚度不均現象得到了改善,整體防腐質量進一步提高。但目前這些措施只是在鋼管和防腐廠采取的,如果進一步減小防腐層厚度不均勻性,還需要鋼管設備和防腐生產線制造廠家提供高精度的生產設備,從而提高設備運行穩定性。


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