相政樂，王銘浩，賈 振，張 宏，趙 利，陸 娟

（中海油能源發(fā)展股份有限公司管道工程分公司，天津 300452）

1 背景及意義

鋼質(zhì)管道的防腐涂敷工藝中，鋼管表面清理質(zhì)量是影響涂層性能最關(guān)鍵的因素。早期鋼管防腐涂敷過程中的表面處理工藝只有水洗、預(yù)熱、拋丸除銹、中頻加熱等，直到20世紀(jì)70年代，隨著短期熱水浸泡試驗及高溫陰極剝離試驗被引進管道防腐涂敷質(zhì)量檢驗工藝，這種表面處理工藝的不足開始暴露出來，鋼管表面的不可見污染物的清洗開始受到重視[1]。

鋼管表面的污染物來源廣泛，水洗、拋丸除銹能除去大部分污染物，卻不足以保證能使涂層性能達(dá)到最佳，由此，鋼管的表面化學(xué)預(yù)處理工藝被引入管道防腐涂層施工工藝中。在拋丸除銹之后使用磷酸清洗工藝，經(jīng)實踐證明是一種有效清除鋼管表面鹽分殘留的方法[2]，而鉻酸鹽鈍化處理工藝則能改變鋼管表面化學(xué)組成，提高涂層與基材之間的附著力。出于環(huán)保及健康考慮，近年來無鉻鈍化技術(shù) （如硅烷化學(xué)處理）也開始被引入管道防腐涂敷工藝中[3]。

2 酸洗工藝

2.1 工藝原理

在防腐涂敷工藝中，鋼管經(jīng)過拋丸除銹工藝處理，能除去其表面的鐵銹及氧化皮，但氯化物鹽分卻很難清除，實踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過拋丸處理后鋼管表面的氯化物污染程度比噴砂清理前有所增加[4]?，F(xiàn)在幾乎普遍接受的觀點是，當(dāng)鋼管表面可測出的氯化物鹽分含量超過20 mg/m2時，很容易出現(xiàn)涂層附著力問題，而隨著管道作業(yè)環(huán)境的日益嚴(yán)苛，有的技術(shù)規(guī)范甚至要求鋼管表面可檢出氯化物小于10 mg/m2。

為了有效降低鋼管表面鹽分，保證涂層防腐性能，在拋丸除銹工藝之后，需要增加后續(xù)的表面處理工藝。目前，化學(xué)清洗即酸洗是獲得業(yè)界認(rèn)可的唯一有效的清除表面氯化物鹽分殘留的方法[4]。清洗用的酸液通常是基于磷酸的強酸性，其溶液中包含有機溶劑與添加劑，可以去除鋼管表面的多種殘留污染物，如可溶性鹽類 （如氯化物、硫酸鹽）、鐵鹽、弱氧化劑、油脂及表面灰塵、殘?zhí)?，從而提高鋼管表面清潔程度，涂層性能也將得到明顯改善。

2.2 工藝流程

管道防腐涂敷中的酸洗工藝通常由酸洗、高壓水洗、干燥三道工序組成[5]。

拋丸除銹后的鋼管通過涂敷傳動線進入酸洗噴淋室，使用特定牌號的酸洗液對其進行清洗。為了達(dá)到最佳清洗效果，需要控制鋼管表面溫度，如果溫度過低，可以加熱酸洗液以保證其反應(yīng)活性。工業(yè)用酸洗液一般為濃縮液，使用時加去離子水進行稀釋，采用噴槍充分霧化，均勻一致地噴淋到鋼管表面，使用pH試紙檢驗鋼管表面pH值在1左右，通常酸液在鋼管表面的反應(yīng)停留時間不少于20 s，根據(jù)清洗效果、管材表面溫度以及設(shè)備參數(shù)可進行適當(dāng)調(diào)整。

鋼管在酸洗處理后，經(jīng)傳動線進入高壓水洗室，高壓水洗室與酸洗室之間的距離應(yīng)結(jié)合傳動線速度進行設(shè)計，滿足酸洗時間的要求。水洗使用去離子水，一般采用高壓噴淋清洗掉鋼管表面的酸液、鹽分及污染物殘留。完成水洗工序后，確保鋼管表面pH值在6以上。水洗后對鋼管進行熱風(fēng)烘干，否則容易返銹。圖1為整套酸洗工藝的流程。

目前酸洗工藝在國內(nèi)應(yīng)用較少，缺乏相關(guān)的工藝標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。國外從20世紀(jì)80年代早期開始應(yīng)用該工藝改進涂層性能[1]，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，相關(guān)的工藝已經(jīng)比較成熟，表1匯總了國外相關(guān)機構(gòu)及公司對酸洗工藝的參數(shù)要求。

圖1 酸洗工藝流程

表1 國外公司機構(gòu)相關(guān)文獻中對酸洗工藝的參數(shù)控制

3 鉻酸鹽鈍化工藝

3.1 工藝原理

不同于磷酸洗表面處理工藝，鉻酸鹽處理工藝對防腐涂層性能的改進效果存在爭議，國外某工廠預(yù)制防腐涂層進行的鉻酸鹽刷涂試驗也有失敗的案例[10]。雖然有關(guān)報告指出，用鉻酸鹽處理改善了熔結(jié)環(huán)氧粉末 （FBE）防腐層的抗陰極剝離性能，但也有報告指出，在某些條件下，鉻酸鹽處理反而對防腐層產(chǎn)生不利的影響[11]。

鋼管經(jīng)過拋丸除銹及酸洗處理后，表面處于一種不穩(wěn)定的活化狀態(tài)，極易發(fā)生氧化及返銹現(xiàn)象。對鋼管進行鉻酸鹽刷涂，能穩(wěn)定鋼管表面結(jié)構(gòu)，將其由不一致的表面轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定均一的Cr/Si/Fe絡(luò)合氧化物層，從而保證防腐涂層的一致性，增強防腐涂層與基材之間的附著力。

3.2 工藝流程

鉻酸鹽表面處理工藝過程與酸洗過程相似，只不過不需要進行高壓水洗[12]。因為鉻酸鹽處理不能清理掉鋼管表面殘留的污染物，所以它一般與酸洗工藝聯(lián)合使用。該工藝主要由中頻加熱、鉻酸鹽刷涂兩道工序組成。

酸洗工藝結(jié)束后，鋼管經(jīng)傳動線進入鉻酸鹽刷涂前的中頻預(yù)熱裝置，預(yù)熱后鋼管表面溫度保持在50～80℃，這樣一方面保證了鉻酸鹽與鋼管基材之間的反應(yīng)活性，另一方面也能使刷涂后的鉻酸鹽盡快干燥。有研究表明，鉻酸鹽干燥過程中鋼管基材的溫度不宜超過100℃，因此鉻酸鹽應(yīng)在進入粉末噴涂預(yù)熱裝置之前完全干燥[12]。

鉻酸鹽涂敷可采用浸涂、刷涂、輥涂等方式，針對管道防腐生產(chǎn)線的工藝需求，常采用刷涂或輥涂的方式進行施工。要求鉻酸鹽刷涂均勻，并確保其刷涂量為0.05～0.3 g/m2。圖2為鉻酸鹽鈍化工藝流程。

圖2 鉻酸鹽鈍化工藝流程

4 硅烷化學(xué)處理工藝

4.1 工藝原理

近年來，隨著人們對六價鉻危害認(rèn)識的加深，世界上多個國家已經(jīng)開始控制甚至禁止鉻酸鹽的使用。為了保障施工人員健康，降低環(huán)境危害，無鉻表面化學(xué)處理工藝開始受到重視，其中硅烷化學(xué)處理是較有實用價值的一種。

針對環(huán)氧粉末涂料的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點，硅烷化學(xué)處理劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)保證其與涂料中的環(huán)氧基相容，同時能有效改善涂層的耐腐蝕性能。使用水將硅烷R-Si-（OR）稀釋后，硅烷發(fā)生水解反應(yīng)，烷氧基Si-（OR）官能團轉(zhuǎn)變成硅烷Si-（OH）官能團和烷基醇R-（OH），Si-（OH）官能團通過化學(xué)接枝作用與金屬牢固結(jié)合。有公司開發(fā)出R-Si-（OH）n結(jié)構(gòu)的硅烷化學(xué)處理劑[13]，這種結(jié)構(gòu)不會發(fā)生烷氧基水解，避免了產(chǎn)生醇類物質(zhì)，降低了對健康及環(huán)境的危害，同時這種結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)相比烷氧基能更快地與金屬作用，滿足管道防腐施工的高速作業(yè)需求，而且該結(jié)構(gòu)的硅烷不會發(fā)生縮合變質(zhì)現(xiàn)象。

4.2 工藝流程

硅烷化學(xué)處理的施工工藝與鉻酸鹽處理工藝相比，其無需預(yù)熱，刷涂在鋼管表面的硅烷溶液沒有干燥也可直接進入中頻預(yù)熱裝置，預(yù)熱溫度對其使用效果沒有影響。硅烷處理后涂層的附著力有明顯提升，國外相關(guān)試驗證實了這一點[13]，見圖3。

圖3 硅烷處理前后防腐涂層性能的變化

該試驗采用SILPIPE?SCT硅烷處理劑進行3LPE管道防腐前處理，使用該處理劑前后涂層附著力的變化，隨著熱水浸泡試驗條件的愈加嚴(yán)苛，硅烷處理劑的作用愈明顯。

5 結(jié)束語

在鋼管防腐涂敷施工過程中，鋼管表面清理工藝的好壞直接決定了涂層的最終性能表現(xiàn)，為了滿足日益嚴(yán)苛的管道作業(yè)環(huán)境要求，在傳統(tǒng)的拋丸除銹工藝之后，增加化學(xué)表面預(yù)處理工藝是防腐施工的發(fā)展趨勢。

目前酸洗工藝在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用，國內(nèi)也有少數(shù)廠家開始應(yīng)用該工藝改進涂層性能，鉻酸鹽鈍化工藝因為環(huán)保原因其使用范圍受到限制，硅烷化學(xué)處理工藝作為新興的綠色化學(xué)表面處理技術(shù)，其發(fā)展前景備受關(guān)注。

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