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管道內涂層涂敷技術

2018-10-30   來源:   點擊數:37次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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 中國無縫管網今日發布:主題詞管道內涂層涂敷施工技術目前,70年代我們采用手工向上焊焊接管道的根焊道,焊接難度非常之大,除非選用優秀的焊工施焊,否則很難獲得優質的焊縫。80年代我們采用手工焊條向下焊技術焊接根焊道,其焊接難度要比向上焊小得多。90年代我們采用藥芯焊絲向下焊技術焊接根焊焊道,此方法操作容易,焊道成形美觀,但由于用此焊接工藝方法焊接的根焊道,沖擊度較差,特別是低溫沖擊韌度很難滿足工程的要求,且在焊接過程中產生的有害氣體煙塵比較多,因此焊接工藝只進行了工藝試驗,沒能應用于實際工程中(藥芯焊絲填充和蓋面焊已在實際工程中得到較廣泛的應用)。1997年我們開始進行STT焊接工藝試驗,1998年就應用于工程用S1T法焊接管道根焊道,具有操作簡單,焊縫成形美觀,焊接性能好等優點。現將該工藝方法介紹如下。
 
  STT是美國林肯公司近幾年開發的新型焊接電源,是一種以表面張力熔滴為主要過渡力的熔化極氣體保護電弧焊,我公司首先將其應用于大口徑管道根焊道的焊接。
 
  STT電源具有波形控制功能,根據熔滴的不同過渡過程來控制電流、電壓的波形,即焊接電源能自動調節焊接電流和電弧電壓達到電弧所需的瞬時熱量,確保焊接電弧的穩定燃燒和有效地控制焊縫成形。STT焊接電源電流、電壓波形見下圖。
 
  容易。③煙塵和噪聲小。④飛濺極小。⑤焊縫成形美觀。⑥焊接成本較低。⑦操作容易。⑧焊接效率較高。⑨抗風能力較差。⑩焊接設備價格較高。天然氣管道內涂層減阻技術在歐美管道工業發達國家已被廣泛采用,例如,加拿大和德國所修建的大口徑輸氣管道,均在管道內壁噴涂環氧基涂層,以降低氣體輸送時的摩阻。要使內涂層減阻技術在管道的實際運行中體現其優良特性,就必須重視管道的內涂敷,因為管道的內涂敷是整個內涂層施工中的一項關鍵技術,內涂敷的質量將直接影響內涂層的技術性能和使用壽命。只有采用先進可靠的工藝,才能獲得高質量的管道內涂層,有效地延長管道的使用壽命,大幅度提高管道投產后的運行效益。
 
  管道的內涂敷技術研究在我國起步較晚,特別是在長距離、大口徑天然氣管道工程中還沒有應用實例,亟待加強這方面的研究。隨著澀寧蘭、忠武、西氣東輸等長輸天然氣管道的建設,內涂層減阻技術必將得到大力推廣,因此,必須認真研究并掌握內涂層的涂敷技術,嚴格控制涂敷工序的質量,促進內涂層技術在我國的應用。
 
  一、國內外內涂敷技術的發展水平管道內涂敷工藝和設備是隨著各種內防腐涂料的研制和應用而不斷發展的。美國田納西天然氣管道公司(TennesseeGasPipelineCompany)于1955年首次將內涂敷管道投人實際應用。經過幾十年的發展,各種具有實用價值的新工藝和新技術不斷出現。國外許多著名的制管廠和管道施工工程公司都積累了相當豐富的實際經驗,如德國的曼內斯曼、日本的NKK、荷蘭的Selmers、加拿大的NOVA、美國的CRC和新加坡的BrederoPrice公司等都擁有成套的、適合不同管徑和管長的表面預處理及噴涂作業線,并且有多年的施工經驗和良好業績。總體上,國外公司的內涂敷作業線技術水平要高于國內,其設備的自動化程度高,故障率低,無故障運行時間長,適用管徑范圍寬,整體涂敷質量可靠。為日本鋼管(NKK)的內涂層涂敷流程圖。
 
  中國無縫管網今日發布:盡管我國在管道內涂層涂敷方面起步較晚,但近年來,各油田都先后成立了管道內涂層攻關技術小組,對內涂層所用涂料、內表面預處理及噴涂機具等進行了深人研究,取得了許多可喜的成果,如大慶油建施工技術研究所研制成功的中、小口徑管道內涂層一次成膜技術,可提高工效34倍;中國石油天然氣總公司施工技術研究院研制成功的鋼管內表面粉末靜電噴涂技術,保證了管道內噴涂的質量和安全生產;中原油田、勝利油田研制成功的鋼質管道內涂層補口機和涂層檢測補涂機,可實現補口、檢測、補涂一體化,填補了國內管道內涂層補口技術的空白。最近,勝利油建管道預制廠從美國CRC引進了一套液體環氧內涂層涂敷作業線,可完成60 920mm管徑的內涂敷作業。這些研究成果大大縮短了與發達國家之間的差距,促進了油氣管道內涂層技術在我國的推廣和應用。
 
  二、管道的內涂敷施工工藝管道的內涂敷工藝一般可以分為兩種,即工廠涂敷法和現場涂敷法。前者用于新建管道的施工,后者用于現役老管道的修復。對老管道進行修復時,先使用刮刀清管器和鋼絲刷清管器進行清管作業,接著用橡膠隔離球攜帶化學劑進行多次清洗,使管道內表面質量達到涂敷要求,然后用雙清管器擠壓涂料進行涂敷。涂敷時液體涂料夾裝在兩個清管器中間,前面的一個稱為引導清管器,后面一個稱為涂敷清管器,起擠壓作用m.針對澀寧蘭和西氣東輸等項目的特點,重點介紹新建管道的工廠預制涂敷工藝。
 
  1、工廠預制涂敷法的工藝流程廠內管道內壁涂敷的典型工藝流程見。
 
  廠內管道內涂敷工藝流程、內涂敷的主要工藝步驟(1)鋼管內表面的預處理工藝鋼管內表面預處理是管內壁涂敷技術中最重要的一個環節,表面預處理質量是保證涂層質量極為重要的一個條件,鋼管內表面除銹將直接影響涂層與管體表面的粘結力。常用的鋼管內壁預處理有化學清洗和機械除銹兩種方法。
 
  化學清洗是早期使用的方法,需要用大型洗槽將管子依次浸泡在熱酸液(常用硫酸)、熱水、磷酸液中,然后用熱水漂洗。這種方法效率比較低、費用高,處理后的管壁如果殘留微量的酸液會使涂料中的固化劑失效,并且難以保'證鋼管內表面形成一定的錨紋深度(一般涂敷內涂層的鋼管內表面處理后的錨紋深度宜在3060fxmM),因此,化學清洗法不適合大規模的鋼管內除銹施工作業。
 
  機械法除銹是一種廣泛采用的鋼管內表面預處理方法,它包括機械鋼絲刷除銹和噴、拋丸(砂)除銹。國內油氣輸送用鋼質管道過去多采用鋼絲刷除銹,但效果遠不如噴砂(丸)除銹,難以達到GB8923規定的Sa2/2級的除銹等級,在不同程度上影響了涂層與管體的粘結質量。此外,機械鋼絲刷除銹消耗的電力也高于噴砂(丸)法,不適應新涂層的技術發展,不能滿足施工進度的要求。
 
  噴、拋丸(砂)除銹是目前國內外普遍采用的鋼管表面預處理技術。鋼管內表面除銹方法主要有兩種,一種是利用壓縮的高壓空氣將一定形狀的磨料加速打到管壁上;另一種是利用離心葉輪的高速旋轉將磨料打到鋼管表面。兩種方法的裝置見和。鋼管根據需要可以旋轉也可以固定不動,而噴頭沿管軸方向運動(水平或垂直均可)。
 
  根據國外的施工經驗,對于小口徑的鋼管通常采用噴砂除銹,對大口徑鋼管一般采用內拋丸除銹。
 
  內拋丸除銹法磨料利用率高、除銹速度快、成本低。
 
  離心葉輪拋丸裝置1——離心葉輪拋頭;2―鋼管;3―旋轉鋼管的輥輪(2)鋼管內表面預處理效果檢驗早在50年代,美國第一個制定了鋼表面處理規范(SSPC),提出了五種噴砂處理標準,此后,英國、日本、瑞典等國相繼制定了本國鋼表面處理規范。對進行內涂層施工的鋼管,其內表面預處理效果各國采用的檢驗標準雖不盡相同,但除銹質量等級都是要求達到Sa2y2級。
 
  中國無縫管網今日發布:我國也規定了涂裝前鋼材表面預處理的一些相應標準和規范。為了保證涂層的質量和技術性能。對于油氣管道內表面預處理的方法應符合SY/T040797的規定,除銹等級應達到GB8923―88中規定的Sa2/2級,檢驗按GB8923中的照片或標準試片對照。鋼管內壁經噴砂(丸)后,錨紋深度宜在3060um左右,并由設計選定。
 
  管內壁在噴砂除銹清理干燥后應立即噴涂。
 
  目前,國外已基本淘汰了空氣噴涂裝置,取而代之的是高壓無空氣噴涂、靜電粉末噴涂、高溫離子噴涂等新工藝,其中高壓無空氣噴涂占80%以上。
 
  美國標準API5L2非腐蝕性氣體輸送管道內涂層推薦做法和英國天然氣工程企業標準GBE/CM1都規定應(最好)采用無氣噴涂設備進行內涂敷作業。對于大口徑輸氣管道內壁液體環氧涂料的噴涂,主要采用高壓無空氣型壓送涂料的方式。這種噴涂方法的原理是,將壓縮空氣注入噴氣機后利用活塞原理將涂料室的壓力提高到一定水平(78MPa),涂料在高壓作用下分子裂解后重新聚合產生互穿網絡交鏈反應。涂料注人高壓噴槍經過濾后,由螺旋式送料器推向噴頭,形成球面向管壁噴涂,其工作原理見。
 
  高壓無空氣噴涂原理圖——壓氣機f2―活塞;3―涂料室;4一噴槍;5―螺旋式送料器高壓無氣噴涂與空氣噴涂相比,噴涂后的漆膜質量好、涂層均勻、不帶針眼氣孔,能夠減少涂料、溶劑的霧滴對大氣的污染。高壓無空氣噴涂裝置有牽引式和懸臂式兩種。牽引式是將噴頭安裝在一個帶輥子的牽引小車上,小車沿管內壁作軸向運動,噴頭按一定速度旋轉進行噴涂,管子固定不動,其裝置見。懸臂式是將數個噴頭裝在懸臂噴槍梁上,梁帶動噴槍沿管子軸向運動,管子旋轉,其裝置見。
 
  牽引式內噴涂裝置對于環氧粉末涂料,國外普遍采用的方法是靜電噴涂法,這種方法的涂料利用率為80%95%.其基本原理是高壓靜電感應吸附,即將噴槍頭與高壓電負極連接,管子接地為正極,使噴槍頭與管子之間形成強大的靜電場。當涂料從噴槍口噴出時,由于槍頭尖銳邊緣產生電暈放電使粉末粒子帶有負電荷,并在電場靜電力的作用下吸附到管子內表面上,隨著管子的旋轉和加熱,涂料均勻熔化,然后再使涂層冷卻固化。
 
  懸臂式噴涂裝置1涂料儲罐;2噴槍滑座;3噴槍;4噴頭;5進管;6―回轉夾具目前,許多國家和公司都制定了管道內涂層的標準,如美國石油學會(API)制定的APIRP5L2輸氣管道內涂層的推薦準則、英國氣體理事會(GasCauncil)標準GIS/CMI―1968法國標準R03和20S50、荷蘭標準CS1N,以及加拿大阿爾伯達干管公司標準C一1等。國內的標準主要有石油行業標準SY/T0442―97鋼質管道熔結環氧粉末涂層技術標準和SY/T4057―93液體環氧涂料內防腐涂層鋼管技術條件。
 
  對于采用液體雙組分環氧涂料進行涂敷的管道,其內涂層的質量檢驗可以參照SY/T4057―93液體環氧涂料內防腐涂層鋼管技術條件的有關規定。該標準在其編制說明中指出,普通級防腐涂層的規定適用于減阻型及輸送介質腐蝕性較弱的管道內涂層采用進口涂料內涂的管道可依照廠商提供的技術資料進行驗收,一般主要采用BS(英國標準)和ASTM標準(美國材料標準)。業主可以參照國外內涂層施工標準(如API5L2、GBE/CM1及GBE/CM2)的規定,與涂層制造商共同商定環氧樹脂覆蓋層的質量測試方法及評審準則。表1給出了減阻型天然氣管道內涂層的質量指標。
 
  需要說明的是,一般鋼質管道內涂層按使用目的分為減阻型和防腐型兩種。由于經過脫水、脫硫等凈化處理的天然氣在輸送過程中對管道的腐蝕非常小,所以其內涂層的作用主要是改善鋼質管道內表面狀態、減少輸送動力的消耗、降低輸送成本,屬于減阻型內涂層。據國外有關資料介紹,鋼質管道原始粗糙度通常在40以下(美國為20um,前蘇聯為30/xm)。為達到減阻目的,內涂層的厚度應大于鋼管的原始粗糙度。美國API―RP5L2非腐蝕性管道內涂層推薦方法中規定,鋼質管道內涂層的干膜厚度為50.8±5.08/nm,SY/T0442―97中規定的減阻型內涂層厚度為50um,這種厚度既能達到減阻目的,也留有比較經濟的涂層厚度余量。
 
  表1內涂層質置指標項目質量標準檢測方法外觀表面平整、光滑、無氣泡目測(或內窺鏡檢)針孔數<3個/m2(參照普通級防腐層的要求)涂層厚度>50pm(或按設計要求)附著力合格附錄一硬度12H鉛筆)無劃痕鋼管應按標準中所規定的條款進行修補和復涂。復涂后的鋼管經質量檢不合格,只能另行使用,不得涂敷第三次。
 
  三、管道內、外涂層的聯合施工工藝由于長輸天然氣管道在實際施工中還涉及到一個外防腐問題,因此,在工廠預制過程中,應充分考慮內、外涂層的涂敷工藝銜接問題,以便使管體內、外涂層的施工進度盡量能同步進行,這樣既可以節省投資,又可以加快施工進度。是管道內、外涂層“先內后外”聯合施工工藝流程圖。“先外后內”工藝與“先內后外”工藝原理是相同的,只是順序相反。
 
  對于外防腐采用熔結環氧粉末(FBE)或三層PE、內涂層采用液體環氧涂料(減阻型)的結構而言,采用“先內后外”工藝或“先外后內”工藝在技術上都是可行的。調研幾家國外大的涂敷設備制造廠商發現,采用“先內后外”工藝的要多一些,例如英國BG就有至少幾千公里的天然氣管道是采用“先內后外”工藝進行涂敷的,至今運行良好。所謂“先內后外”工藝,即先做完內涂層后,管子兩端加上保護罩,然后再進行外防腐層的施工。需要特別說明的是,國外公司對鋼管管體進行中頻加熱時,如何控制中頻加熱時的電源頻率是關鍵技術,因為加熱的只是管體外表面一定深度,還沒有深及內表面時外涂敷就結束了,所以不會對內涂層造成損壞,完全能夠保證內、外涂層的整體質量。
 
  管道內、外涂層工廠預制聯合施工工藝流程圖目前,國內擁有中、大口徑管道內涂層涂敷作業線的單位主要有勝利油田油建一公司和大慶油田油建一公司。勝利油田油建一公司從美國CRC公司引進的內涂敷作業線施工進度比較快,按每班8h計算,和11、長為12m的管子,平均每班可以涂敷081 5km.新加坡BrederoPrice公司的作業線施工進度為,對0711管子,內涂層每班可以涂敷2.4km,外涂層每班可以涂敷3. 65km,均為成品管。
 
  由于內涂層固化時間長一些,其它與外涂敷進度相差不多,因此在流水作業時,通常先涂敷一定數量的內涂層管子,然后進行內、外涂層的聯合施工。
 
  四、存在問題及建議中國石油管道公司管道科技研究中心天然氣管道內涂層減阻技術研究課題組對國內外比較知名的內涂層施工公司(單位)進行了廣泛的調研,并實地考察了勝利油田油建一公司新近從美國CRC公司引進的內涂敷作業線,通過調研發現存在以下問題。
 
  國內目前除大慶、勝利等少數幾個油田的油建公司能夠承擔中、小口徑管道的內涂敷施工外,還沒有一家單位進行過長距離、大口徑天然氣管道的內涂層施工作業,特別是結合外防腐進行的聯合施工作業。中國無縫管網今日發布 
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