郝茂德，徐志茹，楊偉芳

（浙江金洲管道科技股份有限公司，浙江 湖州313000）

消防給水用雙面涂覆鋼管生產(chǎn)及應(yīng)用*

郝茂德，徐志茹，楊偉芳

（浙江金洲管道科技股份有限公司，浙江 湖州313000）

為了解決傳統(tǒng)消防給水用管及其連接件自身防腐蝕、防結(jié)垢和抗菌等性能較差，嚴(yán)重影響使用效果的問(wèn)題，引入了一種新型消防給水用管，即雙面涂覆鋼管。介紹了雙面涂覆鋼管防腐層材料的選型及其防腐機(jī)理，雙面涂覆鋼管的生產(chǎn)工藝、檢驗(yàn)方法及安裝應(yīng)用等。分析認(rèn)為，雙面涂覆鋼管不僅具有鋼管的優(yōu)點(diǎn)，又具有防腐性能優(yōu)良、水力性能好、耐高溫性能強(qiáng)、安裝方法多樣等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍必將越來(lái)越廣。

雙面涂覆鋼管；熔結(jié)型重防腐環(huán)氧樹(shù)脂；涂覆工藝；性能檢驗(yàn)；應(yīng)用

1 概 述

消防管是建筑消防系統(tǒng)中不可或缺的管道材料，我國(guó)傳統(tǒng)的消防給水管道一般采用鍍鋅鋼管、無(wú)縫鋼管和鑄鐵管。近年來(lái)，雙面涂覆鋼管作為一種新型消防管材漸露頭角。

雙面涂覆鋼管是以焊接鋼管或無(wú)縫鋼管為基管，內(nèi)外表面涂裝高附著力、抗沖擊性強(qiáng)、重防腐、環(huán)境友好型的熱固性粉末涂料的鋼塑復(fù)合管，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。由于在涂覆材料中添加了阻燃材料，使其具有較好的耐高溫性能，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能充分保證管道的有效供水。該類(lèi)管材既具有鋼管的機(jī)械強(qiáng)度，又具有塑料管的表面光滑、流體阻力小、不易結(jié)垢等特點(diǎn)，保證了管道流量和使用效果。消防用水具有長(zhǎng)期靜止性和突發(fā)急用性等特點(diǎn)，而傳統(tǒng)消防用管及其連接件由于其自身的防腐蝕、防結(jié)垢和抗菌等性能較差，時(shí)間稍長(zhǎng)便會(huì)生銹、結(jié)垢[1]，造成管道及灑水噴頭阻塞，影響使用效果。而雙面涂覆鋼管的抗腐蝕性能克服了這一弊端，提高了消防管道的可靠性。同時(shí)，該鋼管的涂層能夠避免泡沫滅火劑對(duì)消防管道的腐蝕，提高了消防管的使用壽命。

圖1 雙面涂覆復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)示意圖

該類(lèi)產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5135.20—2010《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)第20部分： 涂覆鋼管》已經(jīng)發(fā)布并實(shí)施[2]，GB/T 28897—2012《鋼塑復(fù)合管》也將該類(lèi)產(chǎn)品納入其中。但是，由于目前市場(chǎng)上的該類(lèi)產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，影響了行業(yè)的發(fā)展，規(guī)范該類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用，才能促進(jìn)該行業(yè)進(jìn)一步健康發(fā)展。

2 粉末涂料的要求及選擇

2.1 消防管道粉末要求

消防給水管使用環(huán)境較為苛刻、惡劣，因此對(duì)粉末涂料的要求也較高。具體要求：①附著力強(qiáng)，不易從鋼管基體上脫落；②要具有優(yōu)異的抗腐蝕能力、耐冷熱水浸泡、抗高溫塑膜變質(zhì)老化的能力，具有好的穩(wěn)定性；③力學(xué)性能要好，形成的涂塑鋼管的覆膜，必須有一定的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性；④要有較好的工藝性能及可加工性能。

2.2 熱固性重防腐環(huán)氧粉末涂料防腐機(jī)理

雙面涂覆消防給水管使用的涂料為熔結(jié)型重防腐環(huán)氧樹(shù)脂粉末。該類(lèi)涂料以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，添加固化劑、助劑、填料和顏料而制成，除滿(mǎn)足管道涂覆環(huán)氧樹(shù)脂粉末的基本性能指標(biāo)外，還增加了能滿(mǎn)足火災(zāi)環(huán)境下耐高溫性能的要求[3-4]。

首先，基料采用酚醛改性環(huán)氧，即在雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的基礎(chǔ)上引入部分苯酚甲醛或甲酚甲醛環(huán)氧樹(shù)脂，其結(jié)構(gòu)中的高極性和活性的環(huán)氧基，能與金屬表面形成化學(xué)鍵而產(chǎn)生很強(qiáng)的附著力。苯酚甲醛和甲酚甲醛環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)性很強(qiáng)，與雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂摻混，從而使涂料既具有屈撓性又兼顧防腐性。其次，固化劑采用酚類(lèi)固化劑，其中鄰－甲酚甲醛樹(shù)脂是一種多官能度的固化劑，與酚醛改性環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合將得到非常好的抗高溫和抗化學(xué)腐蝕性能。涂層固化后不會(huì)生成酯鍵，所以不會(huì)產(chǎn)生逆反應(yīng)而降低防腐效果。再次，在涂料中加入流平劑以調(diào)整加熱熔融時(shí)的流變學(xué)性能；添加脫氣劑以避免涂層產(chǎn)生細(xì)小針孔或者氣泡；加入抗氧化劑以改善涂層的耐高低溫性能；在涂料中適當(dāng)加入用偶聯(lián)劑處理過(guò)的超細(xì)石英粉、云母、納米氧化硅空心玻璃微珠等惰性功能填料，以提高涂層的致密性及附著力，增強(qiáng)涂料涂層的強(qiáng)度、韌性并改善其耐鹽霧及耐陰極剝離的能力。涂料采用的顏料為具有防腐性能的無(wú)機(jī)顏料，顏色要求為消防紅色。最后，以上所提及的組分對(duì)所形成的粉末涂層性能的貢獻(xiàn)是互相制約和影響的，一個(gè)適宜的配方，實(shí)際上是各種組分協(xié)調(diào)的結(jié)果。

2.3 劣質(zhì)環(huán)氧粉末帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題

筆者在一系列試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，劣質(zhì)的環(huán)氧粉末涂料會(huì)造成雙面涂覆鋼管一系列質(zhì)量問(wèn)題（見(jiàn)圖2）。如附著力不合格、壓槽時(shí)涂層開(kāi)裂、脫落、壓扁試驗(yàn)涂層開(kāi)裂、高溫下涂層起泡脫落、沖擊試驗(yàn)不達(dá)標(biāo)等。因此在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)選用質(zhì)量較好的環(huán)氧粉末涂料，而且待選涂料在使用前要經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)論證，合格后才能進(jìn)行較大規(guī)模的生產(chǎn)。同時(shí)做好質(zhì)量檢測(cè)也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

圖2 雙面涂覆復(fù)合鋼管試驗(yàn)檢測(cè)涂層不合格實(shí)物照片

3 雙面涂覆鋼管的生產(chǎn)工藝

雙面涂覆鋼管生產(chǎn)工藝流程：鋼管涂敷前處理→預(yù)熱→雙面涂覆→固化→強(qiáng)冷→檢驗(yàn)→修補(bǔ)→包裝。

3.1 鋼管涂敷前處理

對(duì)于焊接鋼管來(lái)說(shuō)，涂敷前處理包括去內(nèi)毛刺和內(nèi)外表面的拋噴丸處理。

去內(nèi)毛刺目的是保證涂層厚度的均勻性，并預(yù)防在焊縫附近產(chǎn)生針眼等缺陷。去內(nèi)毛刺的方式有在線(xiàn)和離線(xiàn)，一般是采用圓弧形硬質(zhì)合金刀片刮除內(nèi)毛刺。內(nèi)毛刺刮除后，焊縫高度應(yīng)小于0.2 mm，鋼管內(nèi)部焊縫處無(wú)明顯焊渣、焊瘤等遺留物。若采用無(wú)縫鋼管為基管，則不需要該步驟。

鋼管表面拋噴丸的目的是徹底去除鋼管表面的污垢、氧化皮、銹跡等雜物，使清潔等級(jí)達(dá)到Sa2.5級(jí)，并在鋼管表面形成一定的粗糙度，以提高塑層與基體之間結(jié)合力。鋼管拋噴丸一般分外壁拋丸和內(nèi)壁噴丸兩種。外拋丸是通過(guò)大功率電機(jī)帶動(dòng)拋丸器的葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)，使磨料在離心力作用下對(duì)鋼管外表面打擊達(dá)到拋丸目的；內(nèi)拋丸采用壓縮空氣為動(dòng)力，形成高速?lài)娚涫鴮娏细咚賴(lài)娚涞叫枰幚淼匿摴鼙砻?，使鋼管表面狀態(tài)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)拋丸目的。處理后的鋼管表面呈凹凸?fàn)?，顏色呈金屬白色，錨紋深度應(yīng)在50～90 μm。預(yù)處理后的鋼管應(yīng)在12 h內(nèi)完成涂塑，否則應(yīng)重新進(jìn)行噴砂處理。

3.2 預(yù)熱

經(jīng)過(guò)表面處理的鋼管應(yīng)采用無(wú)污染的熱源均勻加熱。常用的無(wú)污染熱源有中頻加熱、天然氣加熱和遠(yuǎn)紅外絲加熱。中頻加熱是鋼管通過(guò)載有交變大電流的線(xiàn)圈所形成的交變磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流實(shí)現(xiàn)加熱；天然氣加熱一般在燃?xì)鉄犸L(fēng)循環(huán)步進(jìn)式加熱爐內(nèi)進(jìn)行。加熱溫度可根據(jù)生產(chǎn)速度、產(chǎn)品規(guī)格以及涂層膠化、固化時(shí)間調(diào)整，一般控制在150～230℃，以180℃為宜。工件預(yù)熱溫度值及工件整體溫度應(yīng)控制均勻，其波動(dòng)范圍在±5℃之間。

3.3 涂覆

涂覆工序是一道關(guān)鍵工序，粉末涂裝的均勻性直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量。雙面涂覆時(shí)一般內(nèi)涂和外涂同時(shí)進(jìn)行，即加熱鋼管輸送到涂塑機(jī)后，用噴涂或散布法涂覆鋼管外表面，同時(shí)用內(nèi)噴涂或內(nèi)吸涂對(duì)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行涂覆。

噴粉系統(tǒng)一般由供粉箱、內(nèi)外噴槍、噴粉室、余粉回收器等組件組成，其涂裝原理為，環(huán)氧粉末先在供粉箱內(nèi)充分流化，然后通過(guò)靜電噴槍使粉末顆粒帶負(fù)電，均勻地粘附在經(jīng)預(yù)熱的鋼管表面，粘附在預(yù)熱鋼管表面的環(huán)氧粉末借助鋼管的熱量熔融并流動(dòng)，進(jìn)一步流平覆蓋整個(gè)鋼管表面，特別是覆蓋在鋼管表面的凹陷處，以及焊道兩側(cè)。涂覆作業(yè)時(shí)，鋼管自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以使粉末分布均勻，最終形成均勻平整的涂層。涂層厚度可通過(guò)控制噴粉的時(shí)間和速度來(lái)調(diào)整。另外，也有采用流化床浸漬法來(lái)進(jìn)行鋼管內(nèi)外壁涂覆的，但這種方法會(huì)有涂層流掛以及涂層厚度不均的問(wèn)題發(fā)生，現(xiàn)在一般較少采用。

3.4 固化

環(huán)氧粉末涂裝后的消防管道被置于固化爐中固化，固化時(shí)的溫度和時(shí)間對(duì)涂層質(zhì)量的影響至關(guān)重要，如果固化溫度達(dá)不到規(guī)定溫度或者固化時(shí)間達(dá)不到規(guī)定時(shí)間，涂膜的交聯(lián)固化不完全，將影響涂膜的理化性能。反過(guò)來(lái)固化溫度過(guò)高或者固化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使涂膜老化。在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)鋼管的規(guī)格、厚度等設(shè)定不同的固化溫度和固化時(shí)間。一般情況下，固化溫度設(shè)定在180～200 ℃，固化時(shí)間為 15～25 min。

3.5 冷卻

冷卻方式有強(qiáng)制冷卻和自然冷卻。強(qiáng)制冷卻采用的介質(zhì)有冷風(fēng)或涼水。對(duì)于熱容較大的被涂物，采用自然冷卻，冷卻速度較慢，在生產(chǎn)線(xiàn)上停留時(shí)間就相應(yīng)延長(zhǎng)。因此對(duì)熱容量較大的被涂物，應(yīng)采用強(qiáng)制冷卻工藝，以縮短涂覆生產(chǎn)線(xiàn)，提高生產(chǎn)效率。值得注意的是，若采用自然冷卻也絕不可不出爐隨爐冷卻，涂層若長(zhǎng)時(shí)間承受高溫，涂層就會(huì)老化，導(dǎo)致其物化性能大幅降低。

4 雙面涂覆鋼管性能測(cè)試

消防給水用雙面涂覆鋼管使用環(huán)境惡劣，因而對(duì)其質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。雙面涂覆鋼管涂層的檢測(cè)方法及其技術(shù)要求見(jiàn)表1。

表1 雙面涂覆鋼管涂層的檢測(cè)方法及其技術(shù)要求

5 雙面涂覆鋼管的應(yīng)用

5.1 產(chǎn)品的應(yīng)用

雙面涂覆鋼管主要用于城鎮(zhèn)消防給水管道，使用環(huán)境溫度為－30～80℃（峰值760℃），常規(guī)使用壓力為0.1～2.5 MPa。該產(chǎn)品涂覆材料中添加了阻燃材料，使得該產(chǎn)品的耐溫性能與其他同類(lèi)產(chǎn)品相比得到提高，即使在周?chē)h(huán)境溫度急劇上升時(shí)也不會(huì)影響使用。常用雙面涂覆鋼管的規(guī)格主要有DN15～300 mm。DN15～65 mm產(chǎn)品的內(nèi)外涂層厚度應(yīng)＞0.3 mm，DN80～300 mm產(chǎn)品的內(nèi)外涂層厚度應(yīng)＞0.35 mm，產(chǎn)品定尺長(zhǎng)度為6 m。

5.2 連接方式

鋼塑復(fù)合鋼管的連接方式與傳統(tǒng)鍍鋅管基本相同[5-6]，DN15～100 mm，工作壓力≤1.6 MPa的管道，均可采用絲口連接。管徑＞100 mm時(shí)宜采用法蘭或溝槽式卡箍連接，其中DN50～100 mm可根據(jù)設(shè)計(jì)既可選擇絲口連接也可選用溝槽連接。帶有螺紋、法蘭、溝槽連接的涂覆鋼管，其連接形式應(yīng)符合GB/T 7306.2—2000《55°密封管螺紋 第2部分：圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋》、GB/T 9119—2010《板式平焊鋼制管法蘭》、GB 5135.11—2006《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 第11部分 溝槽式管接件》的規(guī)定。雙面涂覆鋼管的連接難點(diǎn)在于塑層的連接。近年來(lái)，管端保護(hù)環(huán)廣泛應(yīng)用于內(nèi)涂塑和內(nèi)襯塑鋼管的安裝[7-8]，將來(lái)也可以在雙面涂覆鋼管的安裝應(yīng)用上作一些探討。

6 結(jié)束語(yǔ)

消防給水用雙面涂覆鋼管是目前國(guó)內(nèi)鋼管市場(chǎng)迅速發(fā)展的一類(lèi)專(zhuān)用管道，與傳統(tǒng)消防管鋼管相比，雙面涂覆鋼管具有以下優(yōu)越性：強(qiáng)度高、韌性好、易成型、不易開(kāi)裂，管道維修量少；耐腐蝕，不僅耐一般水介質(zhì)的長(zhǎng)期腐蝕，而且耐酸、堿、鹽溶液和有機(jī)介質(zhì)及土壤的腐蝕，從根本上消除了管道腐蝕的危害；輸送阻力小，降低了輸送能耗。隨著我國(guó)涂裝設(shè)備的設(shè)計(jì)制造、涂塑工藝的研究以及涂塑原料國(guó)產(chǎn)化水平的不斷提高，其產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)進(jìn)一步提高并得到有效保障。雙面涂覆鋼管生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，其作為一種節(jié)能環(huán)保的理想管材，理應(yīng)得到市場(chǎng)足夠的重視與推廣。

[1]張喆，李傳東.消防給水管材的選用及其優(yōu)缺點(diǎn)探討[J].江西建材，2015（2）：54-55.

[2]GB/T 5135.20—2010，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 第20部分：涂覆鋼管[S].

[3]畢學(xué)振.熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料[J].中國(guó)涂料，2006，21（12）:43-49.

[4]張風(fēng)生，殷憲霞，于吉濤.改性環(huán)氧重防腐粉末涂料[J].全面腐蝕控制，2010,24（5）：77-81.

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[7]徐德茹，魏安家 熊俊波，等.鋼塑復(fù)合管管端失效分析及解決辦法探討[J].焊管，2012，35（6）：26-29.

[8]徐志茹，沈百方，楊偉芳，等.一種鋼塑復(fù)合管[P].中國(guó)專(zhuān)利：201020129680.4，2010-12-08.

Production and Application of Double Coated Steel Pipe for Fire Water Supply

HAO Maode，XU Zhiru，YANG Weifang
（Zhejiang Kingland Pipeline and Technologies Co.,Ltd.,Huzhou 313000,Zhejiang,China）

In order to solve the some problems of traditional fire water supply pipe and fitting,which seriously affect the use effect,such as corrosion resistance,anti-scaling and poor antibacterial performance.A new type of fire water supply pipe was introduced,namely double coated steel pipe.In this article,it introduced steel pipe coating material selection and corrosion mechanism of double coated steel pipe,as well as production process,testing method,application and installation.The analysis indicated that the double coated steel pipe not only possesses the advantages of steel pipe,but also possesses some other advantages,including excellent anticorrosive performance,hydraulic performance is good,high temperature resistant performance is strong,installation method variety and so on;its application scope will be more and more widely.

double coated steel pipe；sinter type heavy-duty epoxy resin;coating process;performance test;application

TE985

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.11.008

2015.～2016年度浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“特殊機(jī)加工機(jī)器人設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)”（項(xiàng)目號(hào)2015C01017）。

郝茂德（1981—），男，碩士，工程師，主要從事鋼塑復(fù)合管裝備和生產(chǎn)工藝研發(fā)。

2016-06-29

謝淑霞