管道内涂覆工艺的生产设备.doc

管道内涂覆工艺的生产设备1前言内涂覆工艺的主要生产设备有：上管平台、预热设备、抛丸设备、涂覆设备和固化炉。由于内涂质量的要求严格，所以内涂覆工艺对设备的要求也很高，尤其是参数控制的准确性。在西气东输工程之前，国内曾三次引进国外设备，用于国内油田防蚀内涂用，这三条作业线分别在青县华北管厂(用于钻杆内潦)、大庆油田建材公司和胜利油田基建处。所用涂料有液体涂料、粉末涂料和双组分环氧树脂，为油田建设作出了贡献。内涂的生产车间应适合所生产的管子长度、管子直径的内涂作业，生产串应在300400m2/h，通常要采用喷(抛)射法表面处理，表面应达到Sa25，根据所选涂料一次无气喷涂可达5080m，为保证生产的连续性，生产厂房应具有枕恶劣天气和快速固化的条件。对于类似西气东输工程这种管径的管子，内涂生产线主要有：内抛丸除锈、磨料回收、内喷涂和快速固化等。内涂工艺的摹本流程是：(1)钢管由上管机构进入生产线；(2)钢管通过预热装置预热，加热管体、除去水汽；(3)进入除锈工位进行内抛丸处理，丸料进入底部的循环系统，粉尘回收净化处理，排出符合环保的气体；(4)倒丸或吹扫工位，清理管内残余钢丸和浮尘，经分离净化后，钢丸返回料斗循环使用；(5)钢管进入涂覆工位，使用高压无气喷涂系统，将液态的涂料按要求的厚度均匀涂到钢管的内表面；(6)进入固化工位，可采用快速固化工艺，用干燥炉对涂覆过的钢管进行烘干。书中的彩图2是荷兰Selmrs公司的先外后内工艺的生产线布置示意图。彩图3和彩图4是镇江防腐厂做完内覆盖层的管子。彩图5、彩图6、彩图7是新加坡BP公司的管内火焰加热和内喷涂的照片。彩图8是钢管内涂和接头保护的照片，彩图9是钢管内喷砂设备照片，彩图10是钢管内抛丸设备的照片。彩图11、彩图12、彩图13、彩图14是管道局镇扛防腐厂的表面处理内抛丸除锈机抛头、抛丸除锈机、内喷涂机喷头与微尘吹扫头、钢管内喷涂设备的照片。2上管平台上管平台通常由两根带有支腿的工字钢组成，上面有一些保护性材料，防止损伤钢管表面或外防腐层。上管平台一般长20m左右，有的平台达30m以上。涂覆作业时，通过吊装或搬运机具将管子搬至上管平台上。3预热设备预热方式主要有三种，中频感应加热、热风加热和火焰加热。中频感应加热和火焰加热方式加热速度快，调节方便，相对热风加热能耗低。具体的预热方式可根据生产速度和现场条件来选用。彩图8是采用火焰加热预热管子的照片。4内表面抛丸清理设备对于大直径管子，用抛丸方法不仅可以除去钢管表面的锈迹、氧化皮，而且可使钢管表面强化，消除残余应力，提高耐疲劳性能和耐应力腐蚀性能，并具有磨料利用率高、速度快、成本低等优点。表面内抛丸清理设备主要部件如下2：(1)前后抛丸清理室即钢管两端的护罩，一个为固定护罩，一个为移动护罩；(2)带有内伸壁的行走小车可分为前部小车(包括车体、清理室、行走电机、输送臂支撑等)和进给小车(包括车体、液压站、行走电机、控制台、输送臂支撑等)；(3)输送臂主要包括旋转支撑、伸臂、输送皮带及电机等；(4)机械式内抛丸器主要包括叶轮、叶片、分丸轮、定向套、主动轴、液压马达、皮带及带轮等；(5)钢丸循环系境主要包括提升机、分离器，、贮料斗、下料阀、底部输送皮带等；(6)除尘回收系统主要包括布袋除尘器、风机、管路等；(7)液压系统和电气控制系统；(8)转管台用于钢管进入和退出清理工位以及驱动钢管旋转，主要包括车体、旋管电机、行走电机、液压上、下管机械手和转管机构等。图4-1是内抛丸原理示意图。下面介绍表面处理工艺中几个主要设备的作用。(1)护罩护罩是由钢板制成，塑钢加强，内衬锰钢减少磨损，易于更换。它的作用是对操作人员进行人身安全的保护、隔离粉尘并将粉尘送到除尘器、回收用过的磨料。(2)抛丸室和抛头抛丸室由型钢制作，一端和传送带连接并与行进小车相连，另一端和抛头相连。抛头是一个带有可旋转叶片的整体部件，通过螺栓固定并可接收传送带送来的磨料。工作时叶片旋转，将磨料抛向管子的内表面。抛丸室配有滑轮，确保转管时在管内行走。图4-1管子内抛丸原理示意图1离心叶轮抛头：2钢管；3旋转钢管的辊轮(3)磨料回收系统主要作用是回收抛射过的磨料。通常由下面几部分构成，在导轨架下接收磨料；袋式提升机；磨料过滤分离器；磨料漏斗和带平台的供料装置；供料调节阀；布袋除尘器和引风系统。图4-2是内抛头的照片。图43是内抛丸除锈机的端部照片。(4)行进小车小车带着抛丸室和液压泵行走，液压泵输出可调，配有冷却系统，小车速度可调。(5)除尘系统通过大功率的引风系统对除锈用过的磨料和粉尘进行处理，主要组件有，引风罩、连接旋风器的引风挡板、大功率旋风分离器、引风管。通常500m2的除尘器的引风量为60000m3。(6)转管平台转管平台由一个底座构成安装在地面上，主要功能是旋转被处理的管子，它装有电动的转管轮，轮子角度可调，可将管子送进管罩或移回，它是通过控制台操作的。典型的内抛丸清理装置构成示意图见图44。弹丸抛射的运动轨迹见图45。图4-2表面处理内抛头的照片图4-3内抛丸除锈机的端部图4-4抛丸清理鞍置示意图图4-5弹丸抛射轨迹示意图施工工艺：钢管预热后，用拨、接管机构将管子放在旋管移动台上，此时两个旋管台同时移动，将管子送入清理室内，然后前部小车和进给小车同时沿导轨行走。进给小车继续前进，将输送臂、旋转支撑和内抛丸器送入钢管内，当内抛丸器到达钢管端部后，进给小车停止前进。此时启动内抛丸器，输送臂上的输送皮带将提升机供给的丸料送入抛丸器内，开始对臂内壁进行清理。一般前伸时就开始抛丸，后退相当于抛第二遍，两次才清理干净。同时进给小车后退至整根管子清理完毕。抛丸器抛射出的丸料除小部分留在管内，其余由清理室、前部小车下部送入丸料循环系统，经分离后重新回到提升机循环使用。在整个清理过程中，除尘回收系统一直工作，保证烟尘不散发出来。在内涂生产线中表面预处理环节是生产率的关键，主要与管径，清理等级及管子表面状态有关，表4-1列出了美国CR公司针对管长125m所用清理设备的生产率。表4-1管长125m清理达Sa25的生产率管道规格/min每小时清理表面/m2管道规格/min每小时清理表面/m230481209144500406417510668500609629512192500762042514224500对于大口径管于，一般生产线的生产率均在(500550)m2/h左右，当满足不了这一要求时，有时在一条内涂生产线上要安装两台抛丸设备。这种车间通常所需电力功率为300kW，压缩空气为75m3min。5内喷涂设备关于涂料的涂装方式有很多种，有刷涂、辊涂、喷涂等，大型工业化生产线多为喷涂，目前。内涂作业多为高压无气喷涂。与空气喷涂相比，高压无气喷涂是利用高压气体驱动涂料泵，将涂料增至高压，通过狭窄的喷嘴喷出，产生负压，剧烈膨胀，使涂料形成极细的扇形雾状，高速喷向工件表面形成膜层。由于高压无气喷涂压力高，且涂料中没有空气，使传统的空气喷涂中的缺点得以克服，从而提高了漆膜的质量，涂覆层均匀，针孔少，能够减少涂料、溶剂的雾滴对大气的污染，降低成本，改善工人的工作条件。内喷涂采用的高压无气喷涂的方法，是将喷枪装在内伸臂的前端，沿管子轴向运动，管子旋转。内喷涂设备主要组成部件如下1、2：(1)罩住钢管两端的护罩，即一个固定护罩，一个移动护罩；(2)涂料预制系统，带搅拌器的混料罐、储料罐；(3)无气喷涂机；(4)调速行走小车，车上装有内吹扫用压缩空气管路、高度可调的喷涂内伸臂；(5)内喷头，配有喷枪、带滚轮的支撑架、输料管、压缩空气管(见图46)；图4-6钢管内喷头的照片(6)废气处理系统；(7)电气控制系统；(8)转管台，即液压上、下管机械手和转管机构，用于钢管进入和退出喷涂工位以及驱动钢管旋转，与除锈工位相同。6固化炉钢管在涂覆后覆盖层必须干燥，至少达到表干，为了加速干燥，可以采用固化炉快速固化。图4-7是一个固化炉示意图，它长15m，宽15m，高3m，炉壁和炉顶加装隔热材料，管子的入口和出口由炉门封闭，采用两台意大利燃烧器，可容纳10根管径1016mm的钢管，炉内为循环的热风，温度保持在5060，内涂后的钢管在炉内停留约40min，达到覆盖层的固化。图4-7固化炉示意图1烟囱；2炉门提升机构；3炉门：4换热器；5燃烧室；6燃烧机7检测仪器71环境条件监测仪器在涂装过程中，由于环境和工件表面的潮湿经常导致覆盖层质量不佳，如覆盖层附着力差戊基体过早腐蚀等问题时而发生。为了确保涂装的质量，对环境条件进行监控十分必要，主要参数有温度、相对湿度和露点。目前使用的多为电子型仪器，图4-8是用于气候条件监测的常用电子仪器的照片。这类仪器测试简便、可靠，通常使用一块带有可互换传感器的测试仪即可同时测量相对湿度、空气和表面温度。其测量数值，如露点、表面温度和露点之间的差值均可自动计算和数字显示。(1)Elcometer218露点仪(图4-8的右上角)露点仪用于监测不利的气候条件，防止固化迟缓，附着力差及过早腐蚀等问题发生。使用该仪器可以测量相对湿度、空气和表面温度、计算露点与表面温度的差值。其测量方法符合ISO85024的要求。仪器的特点：图4-8气候监测仪器精度高，重现性好，反应快；可防止涂装在湿表面上进行；监控环境湿度在可施工范围内，避免了涂覆层与基体之间水分的滞留；提醒用户注意可造成覆盖层中气泡的极限表面温度。(2)Elcmeter213数字温度计(图4-8的右下角)该仪器有三种探头可供选择，用于测量；表面和空气温度；液体温度；软体材料的温度(针探头)。特点是精度高、分辨率高、反应快。可与218露点仪的探头互换，实现表面温度连续测量。照片中还有手摇式和手摇型湿度计、干湿球达因湿度计、磁性温度计和露点计算器。72表面清理检测仪器涂装前基体表面正确和有效的预处理是至关重要的。其中最关键的因素是表面清洁度和粗糙度。这两个参数对覆盖层与基体表面的附着力有重要影响。表面预处理不充分或不正确常导致覆盖层过早损坏。然而，表面过度预处理又会造成时间和费用上的浪费。因此检测表面清洁度和粗糙度是非常重要的。目前关于表面清洁度和粗糙度的标准化已经国际化，各国基本一致，并制造出有标准的照片和模板，使用起来很方便。此外，这些仪器中还包括用来测量一些特殊数值的功能，如钢表面的盐污染程度。图4-9是用于表面清理检测仪器汇总之大成。图4-9表面清理检测仪器(1)Elcometer124测厚仪(照片中部带有两个手孔的秒表式仪器)该仪器用于测量任何材料的厚度，测量可从材料的两面进行，可与拓模胶带配套使用。特点是：可与Elcometer122Tastex胶带配合测量表面粗糙度的峰顶到谷底高度；测量方法简便、快速、价廉；拓模胶带可对表面粗糙度提供一个永久性记录；有公制和英制两种类型；方法符合ASTMD4417和NACERP0287标准的要求。照片中还给出了几种粗糙度测量仪，本文不再介绍。(2)表面比较器(图4-9中片状或本状样本)这些表面粗糙度比较器通过仪器接触表面和人工观察来评估表面粗糙度。它们被分成几部分，每一部分具有互不相同而又确定的粗糙度，并用标签标明。这些表面粗糙度比较器有细砂型(尖角颗粒)和喷丸型(光滑圆状颗粒)。所有这些比较器均符合ASTMD4417标准的要求。除非特殊说明，一般表面粗糙度的数值取决于表面粗糙度的峰顶到谷底的高度或一系列峰顶到谷底高度的平均值。ASTMD4417标准中要求选用适当的比较器，通过带有放大功能的，或无此功能的观测器观察或接触来比较表面，与实际表面量接近的即可表示该表面的粗糙度。比较应在能表征表面粗糙度的一系列有代表性的位置上进行。(3)Elcometer130SCM400盐污测量表(图4-9中右上角)该仪器用于海洋和海滨工况条件及其它大气性盐和工业性盐易沉积的扬所。用于涂装前和维修的检查。用于受到盐污染影响的各种设备检测。它的使用方法是用已被去离子水浸湿的特殊滤纸，蘸吸表面上盐水，然后放入到SCM400测量表中。已事先测量过滤纸电阻的SCM400测量表，可计算和显现出盐的含量，单位为gcm2。该法的特点是：适用金属和非金属材料的各种形状、位置和方向的表面和涂覆层；测量快速，使用简单，电池供电，便于携带；确定涂装前表面清洗是否充足，有助预防潦覆层过早损坏；显示易腐蚀表面上盐的堆积，有助于采取有效措施延长覆盖层寿命。73涂覆层厚度检测仪器涂覆层的厚度分两个阶段，一是在生产过程中，对刚喷涂完，在涂料未固化时，测其湿膜厚度；另一是在涂覆层固化后测其干膜厚度。(1)湿膜检测湿膜测量尺形状如梳子(图4-10)，测量时将其放在被测表面上，根据漆膜浸沾的高度读出其厚度。还有一种较为先进的测厚仪(图4-10中左下方)，滚轮式湿膜测厚仪，它是由三层同心乾构成，中间一层半径最小，当轮子滚过湿膜时，湿膜厚度等于中间轮子最终浸湿部分，如果覆盖层固体体积百分率已知，用湿膜厚度就可以得到干膜厚度。图4-10湿膜厚度测试仪(2)干膜检测干膜测厚主要有两个原理，即电磁感应原理，用于测量铁磁质金属体上的非磁性涂料的厚度；涡流原理，用于测量非磁性基体的绝缘覆盖层的厚度。多年来。测厚仪发展很快，已有可满足两种检测状况的组合式仪器。仪器选用时要考虑测厚仪的测量范围、精度、温度的稳定性、零点的稳定性、仪器操作的难易程度等。在这里我们向读者推荐一种目前较为先进的组合式测厚仪QuaNix7500型模块化测厚仪见图4-11。该仪器带有液晶显示，通过简单的更换探头即可测量铁基或非铁基体上的覆盖层的厚度。该仪器能简单方便地进行内置式探头与外接式探头的互换。它的特点是：独特的模块化结构：无需电源开关，只需轻轻一放，即可测定结果；探头町自接固定于仪器，也可通过电缆与之相连；可提供存储记忆功能，计算并显示平均值、最大值、晕小值；具备RS232接口，用于与计算机或小型打印机PT7相连接，配套的软件提供了丰富的数据处理功能。不过该仪器价格较贵。图4-11QuaNix7500测厚仪74覆盖层附着力检测仪器涂装过程中的附着力测试可定量表示基体表面与覆盖层、覆盖层与覆盖层之间的黏结强度。附着力检测应是覆盖层生产检测必不可少的，这一项目对于减阻内涂尤其重要。关于附着力检测的方法比较多，并都成为标准方法，针对不同的方法所用仪器也不相同，图4-12是当前较为先进的几种附着力检测仪器。(1)Elcometer106机械型附着力测量仪这种仪器(图4-12)使用简单、携带方便、测量范围广泛。它具有多种用途，如检测金属基体上的漆膜，水泥或砖面上的覆盖层等。在供应商提供的包装箱中装有测试所需要的各种工具。该仪器为手动式，所以不用任何电源。图4-12附着力测量仪器及附加工具1Elcometer106机械型附着力测量仪；2EIcometer107十字口切割器；3针孔检测仪测试方法是采用测试样片，一个圆形的模片，测量时将其通过黏合剂与待测表面的涂覆层相黏结。仪器中内装一个弹簧，通过该弹簧向圆形模片施加一个剥离的提升力。当模片被拉离覆盖层表面时，指示器即显示出附着力的数值，该数值以移开圆形模片所需的力来表示。这种仪器有5种类型，表示5种量程，用户应根据自己的常规测量范围选用。该测量仪器符合ASTMD4541，ISO4624和BSEN24624标准的测试方法的要求。(2)Elcometcer107十字口切割器这是一种用于测量涂覆表面附着力的工具(图4-12)，按标准要求，用这种工具在被侧表面划出深达金属表面的十字口，配合标准的黏胶带，便可快速定量反映出涂覆层与基体的附着力大小，在仪器说明书中均附带有ISO和ASTM标准中有关测试方法的具体说明。图中还有液压型附着力测量仪和十字口切割器模板，这里不再作介绍。75针孔检测仪虽然作为减阻内涂对针孔的要求相对防蚀内涂来说要松一些，但标准仍然要求内壁覆盖层不应有针孔，在美国APl标准中推荐采用灯泡光照法，对于生产过程中的检验已可以了，再严格的检验就要求用仪器了。图413是常用的高压和低压火花检漏仪(针孔检测仪)及其配件。对于减阻内涂一般只可用低压法(图4-12)。该技术采用湿海绵吸有湿润剂并带有一个较低的电压，当海绵移动到有针孔的表面时，电流就会通过针孔流向基体中，形成一个完整的电路，随后电流将会在检测器上产生声音信号，该法的检测电压一般为9V，仪器质量轻、操作简单、经济实用。图4-13高压和低压火花检漏仪第 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