胡建修,張彥東,楊海田
(河北華油一機(jī)圖博涂層有限公司,河北滄州 062658)
目前大口徑輸送鋼管均在內(nèi)部涂覆內(nèi)涂層,為了減少腐蝕和輸送阻力。而隨著內(nèi)涂層的普及,油田用戶意識到了內(nèi)涂層對整個輸送系統(tǒng)的重要性,為此逐漸應(yīng)用到小口徑管道(DN200以下)。小口徑管道以碳鋼管為主。石油石化行業(yè)的單井管道、集輸管道、注水管道以及煉廠的工藝管道,輸送介質(zhì)涉及采出液、含油污水、含水原油、回注水等,這些介質(zhì)通常礦化度高,含有Cl-、H2S、CO2等,具有較強(qiáng)的腐蝕性,無論是從安全環(huán)保角度還是延長管道壽命角度,都應(yīng)對管道采取內(nèi)涂層措施。
小口徑鋼管與以往油管、套管相比具有很大的改變,其長度一般達(dá)到11~13 m,管端有預(yù)留、沒有絲扣連接,這都給實際涂覆加工造成了困難,本文針對小口徑鋼管涂覆重點從以下方面進(jìn)行研究。
針對車間生產(chǎn)工藝實際,采取鋼管兩端不同的預(yù)留技術(shù),進(jìn)槍端采取工裝保護(hù)管端;退槍端采取膠帶粘貼保護(hù)。
由于輸送管的端部沒有絲扣,不能像鉆桿或油套管那樣使用帶絲扣的護(hù)絲保護(hù)預(yù)留端不被噴涂。使用膠帶粘貼保護(hù)的方法也不可行,因為噴槍進(jìn)退時會將粘貼的膠帶刮掉,造成膠帶保護(hù)失效,所以必須采用專用的技術(shù)進(jìn)行預(yù)留端保護(hù)。為此,設(shè)計了專用的保護(hù)工裝(圖1),該工裝可有效對預(yù)留端進(jìn)行保護(hù),防止預(yù)留端被噴上涂料。
圖1 預(yù)留端護(hù)絲結(jié)構(gòu)
在退槍端使用膠帶粘貼保護(hù)技術(shù)。因為噴槍上有扶正器,保證噴槍可以在管子中居中,使得噴槍前端不會和管體內(nèi)壁發(fā)生接觸,所以退槍端可以用膠帶進(jìn)行保護(hù)。但由于管體內(nèi)徑太小、膠帶不好粘結(jié),本文設(shè)計了專用的膠帶粘結(jié)工裝,保證膠帶粘結(jié)的齊邊效果。
1.3.1 膠帶選擇
在退槍端噴涂粉末時,如果采取工裝,會在工裝臺肩處形成堆積,影響產(chǎn)品質(zhì)量,為此在生產(chǎn)過程中采用高溫膠帶來保護(hù)預(yù)留端。本文選擇了4 種膠帶進(jìn)行試驗,其中:①鋁箔膠帶粘貼方便,但剩余膠不易處理,實際使用效果如圖2a)所示;②美紋紙膠帶不耐高溫,實際使用效果如圖2b)所示;③茶色膠帶膠少,不容易粘貼,使用實際效果如圖2c)所示;④硅膠膠帶容易粘貼,無剩余膠,實際使用效果如圖2d)所示。因此選用了硅膠膠帶。
圖2 膠帶實際效果
1.3.2 膠帶粘貼
膠帶粘貼質(zhì)量直接影響涂層的最終效果,純手工粘貼對操作人員的要求很高,并且不能保證產(chǎn)品質(zhì)量,為此設(shè)計了專用工裝來提高粘貼質(zhì)量和效果。工裝結(jié)構(gòu)如圖3 所示。
圖3 退槍端膠帶工裝結(jié)構(gòu)
小口徑鋼管長度較常規(guī)生產(chǎn)的油套管長2~3 m。由于粉末噴涂采取的是高溫熔融技術(shù),在后退時噴粉,當(dāng)噴槍后退到管端時溫度降低達(dá)到30 ℃,管體溫度不足,造成粉末不能完全熔化,形成橘皮狀外觀,影響產(chǎn)品質(zhì)量。并且噴槍離開管端,管端的膜厚也不能保證,為此采取了管端保溫和加長管措施來保證膜厚。
1.4.1 進(jìn)槍端保溫措施
經(jīng)過多次試驗確認(rèn),離管端約1 m 處溫度開始不足,為此設(shè)計了1 m 長的保溫套,來確保管端溫度滿足涂覆條件(圖4)。
圖4 保溫套
1.4.2 進(jìn)槍端加長管措施
進(jìn)行粉末涂料噴涂時,當(dāng)噴槍退出管子時,粉末不能再附著在管體內(nèi)壁上,所以進(jìn)槍端的膜厚通常情況下會比較薄。常規(guī)做法是用手工噴壺在管端進(jìn)行補(bǔ)噴,由于是手工操作的質(zhì)量不易控制,為此設(shè)計了專門的加長管旋轉(zhuǎn)工裝(圖5)。
圖5 加長管旋轉(zhuǎn)輥輪支架
該套工裝主要包括一個可移動的旋轉(zhuǎn)輥輪支架和一根與所生產(chǎn)鋼管同壁厚、同內(nèi)徑的加長管,加長管通過鎖緊機(jī)構(gòu)夾持在生產(chǎn)鋼管上,旋轉(zhuǎn)輥輪架支撐著加長管。生產(chǎn)時與生產(chǎn)鋼管一體旋轉(zhuǎn),當(dāng)生產(chǎn)鋼管發(fā)生竄動時,旋轉(zhuǎn)輥輪架會隨著生產(chǎn)鋼管的移動拖著加長管一起旋轉(zhuǎn)和移動,保證了生產(chǎn)過程中的噴涂質(zhì)量。
鋼管內(nèi)涂層常規(guī)檢測項目的要求與檢測實際值見表1。
表1 鋼管內(nèi)涂層常規(guī)檢測
針對輸送管承壓特點,設(shè)計了耐高壓試驗,按照SY/T 6717—2016《油管和套管內(nèi)涂層技術(shù)條件》要求,將pH 值為12.5的氫氧化鈉液體充入長500 mm 管段內(nèi)壁,常溫下保壓24 h。泄壓,刨開管端進(jìn)行如下試驗。
2.2.1 附著力試驗
根據(jù)ASTM D3359—2017《膠帶法測試涂層附著力標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》Method A 所述方法進(jìn)行。在涂層與基材之間進(jìn)行劃×,用壓敏膠帶貼在傷口上然后移開,在0~5 的范圍內(nèi)進(jìn)行粘附性定性評估。經(jīng)試驗測試,附著力為5A 級(圖6)。
圖6 附著力試驗
2.2.2 微觀檢驗
在顯微鏡下放大50 倍觀察涂層表面,結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗前后,涂層均致密,無氣泡、針孔等缺陷(圖7)。
圖7 涂層表面微觀圖像
陰極剝離實驗應(yīng)參照SY/T 0442—2010《鋼制管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》附錄C 的要求進(jìn)行,可接收標(biāo)準(zhǔn)為-1.5 V,48 h,@65 ℃,≤6.5 mm;實驗結(jié)果≤1 mm,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(圖8)。
圖8 陰極剝離實驗
在現(xiàn)場焊接中,配合公司專利產(chǎn)品襯套,彎頭和三通均可實現(xiàn)內(nèi)涂層的連續(xù)性(圖9),很好地解決了管道內(nèi)防腐的涂層連續(xù)性問題,有較好的實用性。
圖9 襯套應(yīng)用效果
本文對小口徑鋼管生產(chǎn)工藝進(jìn)行探討,重點解決了管端預(yù)留、進(jìn)槍端膜厚膜厚控制、溫度控制等問題。對內(nèi)涂層樣品進(jìn)行實驗室驗證,結(jié)果證明該工藝滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在生產(chǎn)加工現(xiàn)場配合補(bǔ)口技術(shù),可以完美解決連接問題,實現(xiàn)整條管線涂層連續(xù)。