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管道内涂层涂敷技术

2018-10-30   来源:   点击数:20次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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 中国无缝管网今日发布:主题词管道内涂层涂敷施工技术目前,70年代我们采用手工向上焊焊接管道的根焊道,焊接难度非常之大,除非选用优秀的焊工施焊,否则很难获得优质的焊缝。80年代我们采用手工焊条向下焊技术焊接根焊道,其焊接难度要比向上焊小得多。90年代我们采用药芯焊丝向下焊技术焊接根焊焊道,此方法操作容易,焊道成形美观,但由于用此焊接工艺方法焊接的根焊道,冲击度较差,特别是低温冲击韧度很难满足工程的要求,且在焊接过程中产生的有害气体烟尘比较多,因此焊接工艺只进行了工艺试验,没能应用于实际工程中(药芯焊丝填充和盖面焊已在实际工程中得到较广泛的应用)。1997年我们开始进行STT焊接工艺试验,1998年就应用于工程用S1T法焊接管道根焊道,具有操作简单,焊缝成形美观,焊接性能好等优点。现将该工艺方法介绍如下。
 
  STT是美国林肯公司近几年开发的新型焊接电源,是一种以表面张力熔滴为主要过渡力的熔化极气体保护电弧焊,我公司首先将其应用于大口径管道根焊道的焊接。
 
  STT电源具有波形控制功能,根据熔滴的不同过渡过程来控制电流、电压的波形,即焊接电源能自动调节焊接电流和电弧电压达到电弧所需的瞬时热量,确保焊接电弧的稳定燃烧和有效地控制焊缝成形。STT焊接电源电流、电压波形见下图。
 
  容易。③烟尘和噪声小。④飞溅极小。⑤焊缝成形美观。⑥焊接成本较低。⑦操作容易。⑧焊接效率较高。⑨抗风能力较差。⑩焊接设备价格较高。天然气管道内涂层减阻技术在欧美管道工业发达国家已被广泛采用,例如,加拿大和德国所修建的大口径输气管道,均在管道内壁喷涂环氧基涂层,以降低气体输送时的摩阻。要使内涂层减阻技术在管道的实际运行中体现其优良特性,就必须重视管道的内涂敷,因为管道的内涂敷是整个内涂层施工中的一项关键技术,内涂敷的质量将直接影响内涂层的技术性能和使用寿命。只有采用先进可靠的工艺,才能获得高质量的管道内涂层,有效地延长管道的使用寿命,大幅度提高管道投产后的运行效益。
 
  管道的内涂敷技术研究在我国起步较晚,特别是在长距离、大口径天然气管道工程中还没有应用实例,亟待加强这方面的研究。随着涩宁兰、忠武、西气东输等长输天然气管道的建设,内涂层减阻技术必将得到大力推广,因此,必须认真研究并掌握内涂层的涂敷技术,严格控制涂敷工序的质量,促进内涂层技术在我国的应用。
 
  一、国内外内涂敷技术的发展水平管道内涂敷工艺和设备是随着各种内防腐涂料的研制和应用而不断发展的。美国田纳西天然气管道公司(TennesseeGasPipelineCompany)于1955年首次将内涂敷管道投人实际应用。经过几十年的发展,各种具有实用价值的新工艺和新技术不断出现。国外许多著名的制管厂和管道施工工程公司都积累了相当丰富的实际经验,如德国的曼内斯曼、日本的NKK、荷兰的Selmers、加拿大的NOVA、美国的CRC和新加坡的BrederoPrice公司等都拥有成套的、适合不同管径和管长的表面预处理及喷涂作业线,并且有多年的施工经验和良好业绩。总体上,国外公司的内涂敷作业线技术水平要高于国内,其设备的自动化程度高,故障率低,无故障运行时间长,适用管径范围宽,整体涂敷质量可靠。为日本钢管(NKK)的内涂层涂敷流程图。
 
  中国无缝管网今日发布:尽管我国在管道内涂层涂敷方面起步较晚,但近年来,各油田都先后成立了管道内涂层攻关技术小组,对内涂层所用涂料、内表面预处理及喷涂机具等进行了深人研究,取得了许多可喜的成果,如大庆油建施工技术研究所研制成功的中、小口径管道内涂层一次成膜技术,可提高工效34倍;中国石油天然气总公司施工技术研究院研制成功的钢管内表面粉末静电喷涂技术,保证了管道内喷涂的质量和安全生产;中原油田、胜利油田研制成功的钢质管道内涂层补口机和涂层检测补涂机,可实现补口、检测、补涂一体化,填补了国内管道内涂层补口技术的空白。最近,胜利油建管道预制厂从美国CRC引进了一套液体环氧内涂层涂敷作业线,可完成60 920mm管径的内涂敷作业。这些研究成果大大缩短了与发达国家之间的差距,促进了油气管道内涂层技术在我国的推广和应用。
 
  二、管道的内涂敷施工工艺管道的内涂敷工艺一般可以分为两种,即工厂涂敷法和现场涂敷法。前者用于新建管道的施工,后者用于现役老管道的修复。对老管道进行修复时,先使用刮刀清管器和钢丝刷清管器进行清管作业,接着用橡胶隔离球携带化学剂进行多次清洗,使管道内表面质量达到涂敷要求,然后用双清管器挤压涂料进行涂敷。涂敷时液体涂料夹装在两个清管器中间,前面的一个称为引导清管器,后面一个称为涂敷清管器,起挤压作用m.针对涩宁兰和西气东输等项目的特点,重点介绍新建管道的工厂预制涂敷工艺。
 
  1、工厂预制涂敷法的工艺流程厂内管道内壁涂敷的典型工艺流程见。
 
  厂内管道内涂敷工艺流程、内涂敷的主要工艺步骤(1)钢管内表面的预处理工艺钢管内表面预处理是管内壁涂敷技术中最重要的一个环节,表面预处理质量是保证涂层质量极为重要的一个条件,钢管内表面除锈将直接影响涂层与管体表面的粘结力。常用的钢管内壁预处理有化学清洗和机械除锈两种方法。
 
  化学清洗是早期使用的方法,需要用大型洗槽将管子依次浸泡在热酸液(常用硫酸)、热水、磷酸液中,然后用热水漂洗。这种方法效率比较低、费用高,处理后的管壁如果残留微量的酸液会使涂料中的固化剂失效,并且难以保'证钢管内表面形成一定的锚纹深度(一般涂敷内涂层的钢管内表面处理后的锚纹深度宜在3060fxmM),因此,化学清洗法不适合大规模的钢管内除锈施工作业。
 
  机械法除锈是一种广泛采用的钢管内表面预处理方法,它包括机械钢丝刷除锈和喷、抛丸(砂)除锈。国内油气输送用钢质管道过去多采用钢丝刷除锈,但效果远不如喷砂(丸)除锈,难以达到GB8923规定的Sa2/2级的除锈等级,在不同程度上影响了涂层与管体的粘结质量。此外,机械钢丝刷除锈消耗的电力也高于喷砂(丸)法,不适应新涂层的技术发展,不能满足施工进度的要求。
 
  喷、抛丸(砂)除锈是目前国内外普遍采用的钢管表面预处理技术。钢管内表面除锈方法主要有两种,一种是利用压缩的高压空气将一定形状的磨料加速打到管壁上;另一种是利用离心叶轮的高速旋转将磨料打到钢管表面。两种方法的装置见和。钢管根据需要可以旋转也可以固定不动,而喷头沿管轴方向运动(水平或垂直均可)。
 
  根据国外的施工经验,对于小口径的钢管通常采用喷砂除锈,对大口径钢管一般采用内抛丸除锈。
 
  内抛丸除锈法磨料利用率高、除锈速度快、成本低。
 
  离心叶轮抛丸装置1——离心叶轮抛头;2―钢管;3―旋转钢管的辊轮(2)钢管内表面预处理效果检验早在50年代,美国第一个制定了钢表面处理规范(SSPC),提出了五种喷砂处理标准,此后,英国、日本、瑞典等国相继制定了本国钢表面处理规范。对进行内涂层施工的钢管,其内表面预处理效果各国采用的检验标准虽不尽相同,但除锈质量等级都是要求达到Sa2y2级。
 
  中国无缝管网今日发布:我国也规定了涂装前钢材表面预处理的一些相应标准和规范。为了保证涂层的质量和技术性能。对于油气管道内表面预处理的方法应符合SY/T040797的规定,除锈等级应达到GB8923―88中规定的Sa2/2级,检验按GB8923中的照片或标准试片对照。钢管内壁经喷砂(丸)后,锚纹深度宜在3060um左右,并由设计选定。
 
  管内壁在喷砂除锈清理干燥后应立即喷涂。
 
  目前,国外已基本淘汰了空气喷涂装置,取而代之的是高压无空气喷涂、静电粉末喷涂、高温离子喷涂等新工艺,其中高压无空气喷涂占80%以上。
 
  美国标准API5L2非腐蚀性气体输送管道内涂层推荐做法和英国天然气工程企业标准GBE/CM1都规定应(最好)采用无气喷涂设备进行内涂敷作业。对于大口径输气管道内壁液体环氧涂料的喷涂,主要采用高压无空气型压送涂料的方式。这种喷涂方法的原理是,将压缩空气注入喷气机后利用活塞原理将涂料室的压力提高到一定水平(78MPa),涂料在高压作用下分子裂解后重新聚合产生互穿网络交链反应。涂料注人高压喷枪经过滤后,由螺旋式送料器推向喷头,形成球面向管壁喷涂,其工作原理见。
 
  高压无空气喷涂原理图——压气机f2―活塞;3―涂料室;4一喷枪;5―螺旋式送料器高压无气喷涂与空气喷涂相比,喷涂后的漆膜质量好、涂层均匀、不带针眼气孔,能够减少涂料、溶剂的雾滴对大气的污染。高压无空气喷涂装置有牵引式和悬臂式两种。牵引式是将喷头安装在一个带辊子的牵引小车上,小车沿管内壁作轴向运动,喷头按一定速度旋转进行喷涂,管子固定不动,其装置见。悬臂式是将数个喷头装在悬臂喷枪梁上,梁带动喷枪沿管子轴向运动,管子旋转,其装置见。
 
  牵引式内喷涂装置对于环氧粉末涂料,国外普遍采用的方法是静电喷涂法,这种方法的涂料利用率为80%95%.其基本原理是高压静电感应吸附,即将喷枪头与高压电负极连接,管子接地为正极,使喷枪头与管子之间形成强大的静电场。当涂料从喷枪口喷出时,由于枪头尖锐边缘产生电晕放电使粉末粒子带有负电荷,并在电场静电力的作用下吸附到管子内表面上,随着管子的旋转和加热,涂料均匀熔化,然后再使涂层冷却固化。
 
  悬臂式喷涂装置1涂料储罐;2喷枪滑座;3喷枪;4喷头;5进管;6―回转夹具目前,许多国家和公司都制定了管道内涂层的标准,如美国石油学会(API)制定的APIRP5L2输气管道内涂层的推荐准则、英国气体理事会(GasCauncil)标准GIS/CMI―1968法国标准R03和20S50、荷兰标准CS1N,以及加拿大阿尔伯达干管公司标准C一1等。国内的标准主要有石油行业标准SY/T0442―97钢质管道熔结环氧粉末涂层技术标准和SY/T4057―93液体环氧涂料内防腐涂层钢管技术条件。
 
  对于采用液体双组分环氧涂料进行涂敷的管道,其内涂层的质量检验可以参照SY/T4057―93液体环氧涂料内防腐涂层钢管技术条件的有关规定。该标准在其编制说明中指出,普通级防腐涂层的规定适用于减阻型及输送介质腐蚀性较弱的管道内涂层采用进口涂料内涂的管道可依照厂商提供的技术资料进行验收,一般主要采用BS(英国标准)和ASTM标准(美国材料标准)。业主可以参照国外内涂层施工标准(如API5L2、GBE/CM1及GBE/CM2)的规定,与涂层制造商共同商定环氧树脂覆盖层的质量测试方法及评审准则。表1给出了减阻型天然气管道内涂层的质量指标。
 
  需要说明的是,一般钢质管道内涂层按使用目的分为减阻型和防腐型两种。由于经过脱水、脱硫等净化处理的天然气在输送过程中对管道的腐蚀非常小,所以其内涂层的作用主要是改善钢质管道内表面状态、减少输送动力的消耗、降低输送成本,属于减阻型内涂层。据国外有关资料介绍,钢质管道原始粗糙度通常在40以下(美国为20um,前苏联为30/xm)。为达到减阻目的,内涂层的厚度应大于钢管的原始粗糙度。美国API―RP5L2非腐蚀性管道内涂层推荐方法中规定,钢质管道内涂层的干膜厚度为50.8±5.08/nm,SY/T0442―97中规定的减阻型内涂层厚度为50um,这种厚度既能达到减阻目的,也留有比较经济的涂层厚度余量。
 
  表1内涂层质置指标项目质量标准检测方法外观表面平整、光滑、无气泡目测(或内窥镜检)针孔数<3个/m2(参照普通级防腐层的要求)涂层厚度>50pm(或按设计要求)附着力合格附录一硬度12H铅笔)无划痕钢管应按标准中所规定的条款进行修补和复涂。复涂后的钢管经质量检不合格,只能另行使用,不得涂敷第三次。
 
  三、管道内、外涂层的联合施工工艺由于长输天然气管道在实际施工中还涉及到一个外防腐问题,因此,在工厂预制过程中,应充分考虑内、外涂层的涂敷工艺衔接问题,以便使管体内、外涂层的施工进度尽量能同步进行,这样既可以节省投资,又可以加快施工进度。是管道内、外涂层“先内后外”联合施工工艺流程图。“先外后内”工艺与“先内后外”工艺原理是相同的,只是顺序相反。
 
  对于外防腐采用熔结环氧粉末(FBE)或三层PE、内涂层采用液体环氧涂料(减阻型)的结构而言,采用“先内后外”工艺或“先外后内”工艺在技术上都是可行的。调研几家国外大的涂敷设备制造厂商发现,采用“先内后外”工艺的要多一些,例如英国BG就有至少几千公里的天然气管道是采用“先内后外”工艺进行涂敷的,至今运行良好。所谓“先内后外”工艺,即先做完内涂层后,管子两端加上保护罩,然后再进行外防腐层的施工。需要特别说明的是,国外公司对钢管管体进行中频加热时,如何控制中频加热时的电源频率是关键技术,因为加热的只是管体外表面一定深度,还没有深及内表面时外涂敷就结束了,所以不会对内涂层造成损坏,完全能够保证内、外涂层的整体质量。
 
  管道内、外涂层工厂预制联合施工工艺流程图目前,国内拥有中、大口径管道内涂层涂敷作业线的单位主要有胜利油田油建一公司和大庆油田油建一公司。胜利油田油建一公司从美国CRC公司引进的内涂敷作业线施工进度比较快,按每班8h计算,和11、长为12m的管子,平均每班可以涂敷081 5km.新加坡BrederoPrice公司的作业线施工进度为,对0711管子,内涂层每班可以涂敷2.4km,外涂层每班可以涂敷3. 65km,均为成品管。
 
  由于内涂层固化时间长一些,其它与外涂敷进度相差不多,因此在流水作业时,通常先涂敷一定数量的内涂层管子,然后进行内、外涂层的联合施工。
 
  四、存在问题及建议中国石油管道公司管道科技研究中心天然气管道内涂层减阻技术研究课题组对国内外比较知名的内涂层施工公司(单位)进行了广泛的调研,并实地考察了胜利油田油建一公司新近从美国CRC公司引进的内涂敷作业线,通过调研发现存在以下问题。
 
  国内目前除大庆、胜利等少数几个油田的油建公司能够承担中、小口径管道的内涂敷施工外,还没有一家单位进行过长距离、大口径天然气管道的内涂层施工作业,特别是结合外防腐进行的联合施工作业。中国无缝管网今日发布 
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