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抛丸机除锈在钢管3LPE防腐施工中的质量控制

文章出处:青岛鼎铸重工机械有限公司 发表时间:2018-06-16 11:16

摘要:为了保证3LPE防腐涂层的性能, 需要做好施工过程中的在线质量控制。本文从钢管接收、抛丸除锈、表面质量检验、粉末喷涂、水冷、管端处理等各工艺环节, 对影响3LPE防腐涂层质量的关键指标进行了分析, 并从控制质量提高性能的角度提出了相应的控制建议。

  原油外输管线的长期稳定运行有赖于高质量的防腐涂层提供腐蚀防护。在我国, 出于抗机械损伤及防腐蚀性能的综合考虑, 3LPE涂层被广泛的应用于埋地及海底石油天然气管道。虽然3LPE涂层的施工工艺已经非常成熟, 但是3LPE防腐中的质量问题屡见不鲜, 例如涂层剥离、腐蚀穿孔、环氧粉末与胶黏剂界面分离等。对于各种涂层质量问题的分析, 其原因多在于生产过程中质量控制措施的缺失。本文结合笔者的生产项目经验, 对于3LPE防腐中关键的质量控制环节进行了探讨分析。

1、质量控制:
  钢管3LPE防腐施工从工艺流程上说, 主要包括钢管接收、钢管表面处理、涂敷施工、成品管检验及处理这四个环节。钢管接收环节重点在于控制涂敷用管的质量, 确保其满足施工要求;钢管表面处理环节重点在于控制钢管表面清洁度, 确保涂层与钢管基材的紧密附着;涂敷施工环节重点在于控制胶化时间、固化时间等工艺参数与生产线布局的匹配性, 以实现3LPE涂层各层间的一体性;成品管检验及处理环节作为涂装车间内质量控制的最后环节, 其重点在于保证涂层在线质量检验指标及表观质量满足涂装要求。

1.1、钢管接收检验:
  钢管接收检验过程中需依据API5L标准对钢管的椭圆度、不直度、外焊缝、盐分污染度进行抽检。
  钢管的椭圆度和不直度超标将会影响管线在涂敷作业线上传输的稳定性, 从而造成涂层厚度不均匀, 而外焊缝过高且过渡不均匀将严重影响焊缝处涂层的厚度。根据ISO21809-1标准要求, 钢管焊缝处涂层厚度应为主体管线涂层厚度的90%, 在外焊缝偏高且无圆滑过渡的情况下, 焊缝处的涂层厚度将大大减薄, 需要通过增加整体涂层厚度的方法补偿焊缝处的涂层厚度损失。钢管的盐分污染度将影响涂层的防腐性能, 通常要求接收钢管的盐分污染度不超过20 mg/m², 如果盐分污染度过高, 为了保证涂层性能, 通常需要在抛丸除锈后增加额外的表面处理工艺, 如高压水洗除盐或酸洗除盐。

1.2、抛丸除锈磨料选择:
  抛丸除锈时所用磨料的选取对最终除锈效果具有决定性的作用。磨料的选取主要考虑粒径、硬度、磨料的电导率。
  表1为常见型号磨料的粒径分布情况, 磨料粒径尺寸影响抛丸除锈后钢管锚纹深度 (表面粗糙程度) 。通常, 3LPE防腐中钢管表面预处理后, 锚纹深度需达到50~100μm, 磨料型号的具体选择需要根据生产线上的试验结果确定, 常见的磨料组合为钢砂G25/钢丸S390。
  通常认为磨料硬度越高除锈效果越好。抛丸除锈中所选用钢制磨料的通用准则是使用能快速破坏氧化层移除表面污染物并将钢管表面处理到要求的锚纹深度的最硬、最小的钢制磨料。然而, 在实际应用中, 如非必要一般不使用硬度更高磨料, 硬磨料相比偏软的磨料虽然清理效率高, 但是抛丸机内部磨损更快, 磨料消耗速率更高, 带来了更高的处理成本。因此磨料硬度的选取也要综合考虑除锈效率、除锈效果以及单位处理成本, 根据生产线的应用效果进行最终的判定。在确定选用磨料前, 应对磨料的电导率进行检验, 以免磨料污染管体, 造成钢管盐分污染度超标。ISO21809-1标准一般要求磨料电导率不超过60 ms/cm, 在通常的防腐生产中, 磨料电导率可以控制在70μS/cm以内。

1.3、抛丸除锈机
  从抛丸除锈的效率以及除锈效果考虑, 一般建议设置两台抛丸除锈机。其中第一台抛丸除锈机主要用来清除钢管表面的锈蚀及氧化皮, 磨料以钢丸为主, 第二台抛丸除锈机主要用来达到涂装需要的表面粗糙形貌。

表1 常见型号磨料的粒径分布情况 (累计筛余量%) 

表1 常见型号磨料的粒径分布情况 (累计筛余量%)

  两台抛丸除锈机磨料的搭配主要是考虑钢砂与钢丸的作用不同。钢丸除锈及清除氧化皮的能力强, 但处理过的钢管表面为平滑的凹坑形貌, 不利于后续喷涂粉末在钢管表面锚固。而钢砂由于锋利的棱角, 可以形成锋锐的表面粗糙形貌, 有利于喷涂粉末的附着。同时, 钢砂在打磨过程中容易被破碎掉尖锐的棱角, 因此通常在第二台抛丸除锈机中才使用较大的比例, 以减少钢砂与钢管表面坚硬氧化皮的接触。

1.4、除锈后表面质量检验:

  抛丸除锈后对钢管表面的处理质量进行检验, 需要控制的关键技术指标包括除锈等级不低于Sa2.5级, 灰尘污染度不高于2级, 盐分污染度不高于20 mg/m², 管体缺陷在打磨修补允许范围内。

  除锈等级如果不满足要求, 新鲜的金属基材没有曝露, 后续喷涂的环氧粉末涂层将无法与金属基材形成极性粘结, 影响涂层附着力。

  灰尘污染度如果超标, 在钢管表面附着的粉尘颗粒将被包覆在后续喷涂的环氧粉末涂层之下, 影响涂层与金属基材的粘结。

  盐分污染度如果超标, 在管线服役过程中, 如果有水汽侵入, 将导致明显的膜下腐蚀, 造成防腐失效。

  管体缺陷要求不超过10 cm²/m或钢管总面积的0.5% (以更小的要求为准) , 因为打磨后的管体没有足够的锚纹深度, 将影响环氧涂层在钢管表面的锚固, 导致涂层附着力降低。

1.5、胶化时间:
  胶化时间是喷涂环氧粉末从高温固化反应开始到表观凝固的过程。该指标对于生产线的指导意义在于, 胶黏剂搭接与环氧粉末喷涂之间的距离应不超过胶化时间内钢管所行进的最小距离, 以保证胶黏剂在环氧粉末表面仍有黏性时附着在环氧涂层表面, 以达到不同涂层间最佳的粘结效果。

1.6、固化时间:
  固化时间是喷涂环氧粉末从高温固化反应开始到固化完成的过程。该指标对于生产线的指导意义在于, 从粉末喷涂完成到水冷区之间的距离应不小于固化时间内钢管所行进的最大距离, 以保证环氧粉末涂层在钢管冷却前可以完成固化过程。

1.7、水冷:
  外层聚乙烯包覆完成后, 钢管进入水冷区。对于3LPE涂层的冷却, 一方面要控制喷淋水击打在涂层表面的力度, 以避免因水冲击造成的涂层表观缺陷, 另一方面要保证冷却速率, 以免涂层在高温下接触滚轮或其他硬质机构造成挤压变形。

1.8、管端预留:
  完成涂层厚度、漏点等在线检测之后, 需要对管端涂层进行处理, 以达到设计要求的管端预留长度, 为了防止管端3LPE防腐涂层出现翘皮的现象, FBE涂层会比外覆聚乙烯层长出5~20 mm。
  常见管端预留处理方式是采用机械打磨清除管端区域的涂层, 该工艺所预留的FBE涂层会有减薄, 难以达到预期的保护效果。如管端预留的处理方式为机械切削工艺, 可以避免处理过程中减薄FBE涂层, 可以实现更好的管端保护效果。

2、小结:
  为了保障管道运行的安全, 必须从管材接收、表面处理、喷涂施工、管端处理等各工艺环节加强施工中的质量控制, 限制和消减施工中任何不利于产品质量控制的作业措施, 避免出现涂层的质量问题。随着防腐涂层追求更高的性能, 必定会使新材料、新工艺、新设备在施工中得到更好的应用, 质量控制工作将会遇到一些新的难题, 相应的质量控制重点需要基于生产线的基础数据进行分析, 以保证产品质量的稳定性。

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