陳小偉，張曉慧，陳紅昌，郭 莉

（巨龍鋼管有限公司，河北 青縣 062658）

自西氣東輸工程以來(lái)，國(guó)內(nèi)首次在大直徑長(zhǎng)輸天然氣管道工程項(xiàng)目上應(yīng)用減阻型內(nèi)涂層技術(shù)，由此展開(kāi)的“先內(nèi)后外”和“先外后內(nèi)”防腐工藝方式的爭(zhēng)論也一直存在［1-5］。內(nèi)減阻和外防腐生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

從技術(shù)因素來(lái)說(shuō)，“先內(nèi)后外”和“先外后內(nèi)”防腐均可行，無(wú)論采用何種工藝方式，對(duì)最終產(chǎn)品的防腐質(zhì)量來(lái)說(shuō)，并不存在本質(zhì)上的差別，都能夠達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求；因此，在選擇采用何種工藝方式上，經(jīng)濟(jì)因素成為考慮的重點(diǎn)，主要包括：防腐廠的地理位置，車間生產(chǎn)工藝流程布局，內(nèi)減阻與外防腐生產(chǎn)線間的倒運(yùn)成本，半成品防護(hù)成本等［6］。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，上述兩種防腐工藝方式各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，對(duì)流程中的設(shè)備要求和參數(shù)設(shè)置也有著很大區(qū)別［7］?，F(xiàn)對(duì)比分析兩種防腐工藝方式對(duì)固化程度、固化溫度和固化設(shè)備的要求。

1 內(nèi)涂層簡(jiǎn)述

鋼管減阻型內(nèi)涂層使用的是雙組份溶劑型環(huán)氧涂料，它由基料和固化劑組成。涂敷前將兩種組份按比例混合均勻并放置15～30 min，然后利用高壓無(wú)氣噴涂原理將配制好的涂料均勻地噴涂到表面處理過(guò)的管體內(nèi)表面。噴涂后的鋼管待溶劑揮發(fā)后，經(jīng)固化爐加熱固化可形成光滑表面，具有優(yōu)良的耐磨性、極佳的附著力和良好的化學(xué)性能。內(nèi)涂層減小了鋼管內(nèi)表面的粗糙度，也就減小了鋼管的輸氣阻力。對(duì)減阻型內(nèi)涂層來(lái)講，濕膜厚度應(yīng)確保固化后的干膜厚度滿足客戶要求。濕膜厚度和干膜厚度的關(guān)系取決于涂料中固體含量的多少，需通過(guò)試驗(yàn)確定，一般由涂料廠家推薦。

2 對(duì)固化程度、固化溫度和固化設(shè)備的要求

2.1 固化程度

一般而言，涂層固化可分為表層干燥、實(shí)際干燥和完全干燥3種。表層干燥是指手指接觸干燥，不沾灰；實(shí)際干燥指涂層能承受一定的機(jī)械壓力；完全干燥是指可以進(jìn)行外防腐生產(chǎn)。

為了進(jìn)一步分析，根據(jù)實(shí)際情況將涂層的固化程度定義為較好確認(rèn)的6種固化程度，涂層固化程度分類見(jiàn)表1。

表1 涂層固化程度分類

若采用“先外后內(nèi)”的防腐工藝方式，內(nèi)涂層完成后，無(wú)須經(jīng)過(guò)其他工序即可做好防護(hù)等待發(fā)運(yùn)，因此對(duì)內(nèi)涂層固化程度要求不高，只需達(dá)到Ⅰ或Ⅱ度固化即可。在溫度較高的地區(qū)，甚至可以不需要固化爐，采用自然固化方式即可。

內(nèi)涂層表面未干燥或表面干燥后未實(shí)際干燥時(shí)，在風(fēng)以及其他外力作用下，內(nèi)涂層表面黏附灰塵、飛蟲、枯葉等外界雜質(zhì)，可能造成表面二次污染；因此，需要采用篷布封堵管端，防止二次污染，造成廢管。

若采用“先內(nèi)后外”防腐工藝方式，則對(duì)涂層固化程度要求較高，需要一定的涂層固化時(shí)間。要求內(nèi)涂層固化達(dá)到Ⅵ度固化后，才可以進(jìn)行外防腐的生產(chǎn)，否則會(huì)影響內(nèi)涂層質(zhì)量，甚至造成內(nèi)涂層的報(bào)廢。在內(nèi)減阻和外防腐連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，需要采用固化爐，對(duì)鋼管進(jìn)行加速固化，以縮短固化周期［8］。

2.2 固化溫度

固化溫度對(duì)內(nèi)涂層的固化速率起著決定性的影響。固化溫度過(guò)低時(shí)，溶劑揮發(fā)及化學(xué)反應(yīng)遲緩，內(nèi)涂層難以固化；提高溫度，能加速溶劑揮發(fā)和水分蒸發(fā)，涂層固化速率加快。但固化溫度不能無(wú)限度地提高，因?yàn)闇囟扰c固化速率不是成正比的關(guān)系。固化溫度過(guò)高時(shí)，固化速率沒(méi)有明顯提高，反而會(huì)使涂層色澤變暗。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，固化溫度超過(guò)80℃，溶劑激烈揮發(fā)，表層迅速干燥，內(nèi)部溶劑蒸氣到達(dá)表層時(shí)容易產(chǎn)生氣泡［9］。

若采用“先外后內(nèi)”的防腐工藝方式，固化時(shí)外防腐層的耐高溫能力是確定固化溫度的關(guān)鍵因素。以3PE外防腐涂層為例，理論上常溫型3PE防腐層最高承受溫度為50℃，固化溫度不能超過(guò)50℃；高溫型3PE防腐層最高承受溫度為70℃，固化溫度不能超過(guò)70℃。若超過(guò)以上溫度，會(huì)對(duì)外防腐涂層造成嚴(yán)重破壞。但實(shí)際生產(chǎn)中，固化溫度遠(yuǎn)不能達(dá)到以上最高承受溫度，一般在超過(guò)30℃的條件下，外防腐涂層的聚乙烯就會(huì)發(fā)生軟化，即使采用軟墊或其他保護(hù)裝置，鋼管的支撐處也會(huì)對(duì)聚乙烯造成明顯的壓痕，嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量。因此若采用“先外后內(nèi)”的防腐工藝方式，固化溫度一般不超過(guò)30℃。

若采用“先內(nèi)后外”的防腐工藝方式，對(duì)固化溫度制約因素相對(duì)較少，支撐方式、外涂層外觀質(zhì)量都失去了約束性。內(nèi)涂層質(zhì)量是作為確定固化溫度的關(guān)鍵因素，為避免內(nèi)涂層表面起泡，固化時(shí)鋼管表面溫度一般不超過(guò)80℃。

涂料固化溫度與固化時(shí)間對(duì)應(yīng)情況見(jiàn)表2。

表2 涂料固化溫度與固化時(shí)間對(duì)應(yīng)情況

由此可見(jiàn)，較高的固化溫度可極大地提高固化速率。與采用“先外后內(nèi)”的防腐工藝方式（固化溫度達(dá)到30℃）相比，采用“先內(nèi)后外”的防腐工藝方式（固化溫度達(dá)到80℃）時(shí)，其固化速率明顯提高。

2.3 固化設(shè)備

在內(nèi)涂層噴涂后，進(jìn)入固化爐之前，應(yīng)設(shè)置涂層通風(fēng)裝置。其作用是讓涂層中的溶劑盡快揮發(fā)，降低溶劑濃度。這樣既可以避免因固化爐溫度過(guò)高時(shí)，涂層中揮發(fā)組分迅速揮發(fā)而產(chǎn)生針孔，還可以避免因固化爐中溶劑濃度過(guò)高而產(chǎn)生不安全因素。一般裝置設(shè)計(jì)為：在鋼管一端（距管端600～700 mm）與鋼管等高處放置一排軸流風(fēng)機(jī)對(duì)鋼管進(jìn)行吹風(fēng)；在鋼管的另一端處放置一個(gè)大的收集箱，收集箱連著一個(gè)離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽風(fēng)。采用該裝置時(shí)應(yīng)保證鋼管內(nèi)的風(fēng)速約1 m/s，風(fēng)速過(guò)大易將潮濕的涂層吹皺，風(fēng)速過(guò)小則達(dá)不到預(yù)期的通風(fēng)效果。

固化爐的作用是讓涂層快速固化，它由保溫爐體、加熱系統(tǒng)、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)等組成，是一個(gè)可以保持恒溫的大箱體。工作時(shí)通過(guò)風(fēng)機(jī)將燃燒器產(chǎn)生的熱量吹入固化爐；熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)是通過(guò)一組風(fēng)機(jī)和均勻分布于爐內(nèi)的風(fēng)道，將爐內(nèi)的熱空氣抽出后再吹入鋼管內(nèi)，以加強(qiáng)爐內(nèi)空氣和鋼管內(nèi)表面的熱交換。

若采用“先外后內(nèi)”的防腐工藝方式，傳動(dòng)裝置需用軟墊或其他保護(hù)裝置，以保護(hù)外防腐涂層不受損壞；采用“先內(nèi)后外”的防腐工藝方式則無(wú)需考慮。

在固化溫度、空氣濕度、通風(fēng)條件確定的固化爐內(nèi)，“先外后內(nèi)”的防腐工藝方式對(duì)固化程度要求不高，可適當(dāng)縮短固化爐長(zhǎng)度，避免資源浪費(fèi)；而對(duì)于“先內(nèi)后外”的防腐工藝方式，可適當(dāng)增加固化爐長(zhǎng)度，以延長(zhǎng)高溫固化時(shí)間，提高固化效果。

內(nèi)涂層所用的雙組份溶劑型環(huán)氧涂料在固化時(shí)容易與濕氣反應(yīng)，從而破壞其分子鏈，影響到涂層表面的光澤，嚴(yán)重的濕氣還會(huì)影響到涂層的附著力。解決因空氣濕度大影響固化效果的對(duì)策是：在保證鋼管噴涂后涂層通風(fēng)時(shí)間和鋼管在固化爐固化時(shí)間的情況下，鋼管從固化爐出來(lái)時(shí)固化百分率并未達(dá)到100%，此時(shí)鋼管還有一定溫度，因此出爐后最好設(shè)置涂層通風(fēng)裝置，一方面驅(qū)散管內(nèi)空氣中的濕氣，另一方面降低鋼管的溫度。待鋼管溫度降低后，用篷布將鋼管兩端封堵，防止內(nèi)涂層污染［10］。

3 結(jié) 語(yǔ)

“先外后內(nèi)”的防腐工藝方式對(duì)固化程度的要求不高，可適當(dāng)縮短固化爐長(zhǎng)度，避免造成設(shè)備資源、燃料資源浪費(fèi)，傳動(dòng)裝置需用軟墊或其他保護(hù)裝置。固化溫度需考慮外防腐層的耐高溫能力，3PE防腐層固化溫度不能超過(guò)30℃。

“先內(nèi)后外”的防腐工藝方式對(duì)固化程度的要求較高，可適當(dāng)增加固化爐長(zhǎng)度，以延長(zhǎng)高溫固化時(shí)間，提高固化效果，傳動(dòng)裝置不需用軟墊保護(hù)。固化時(shí)鋼管表面溫度一般不超過(guò)80℃。