两种大管径钢管顶管防腐涂层材料的应用分析

2019-11-06

随着引水规模不断加大, 输水工程顶管施工中所用的钢管管径也都是不再是小管径, 而多是直径大于1m 或2m 的大中型钢管。埋地钢管外防腐的使用寿命直接决定着钢管的使用寿命。用于顶管施工的钢管外防腐更为重要, 不仅要具有良好的抗腐蚀性能,还需要具有良好

    随着引水规模不断加大, 输水工程顶管施工中所用的钢管管径也都是不再是小管径, 而多是直径大于1m 或2m 的大中型钢管。埋地钢管外防腐的使用寿命直接决定着钢管的使用寿命。用于顶管施工的钢管外防腐更为重要, 不仅要具有良好的抗腐蚀性能,还需要具有良好的耐磨性能。能自动化生产性能良好的三层PE钢管外防腐受生产设备限制,不适用于管径大于1m 的钢管。目前,适合大口径钢管外防腐方案有以下两种: 静电喷涂环氧粉末(单层或双层),高压无气热喷涂无溶剂聚氨酯涂料。
1 材料性能比较
    环氧粉末涂料是由固体环氧树脂、固化剂、流平剂、填料等组成,经混合、预熔挤压、粉碎、筛分加工制成的。是一种综合性能良好的防腐涂料。自上世纪六十年代起,在欧美国家大范围使用。到20世纪90 年代,在我国开始大量使用,并相继出版了《钢制管道单层熔结环氧粉末内涂层技术标准SY/T0315-2005》和《熔融结合环氧粉末涂料的防腐蚀涂装GBT18593-2001》技术标准。
    无溶剂聚氨酯涂料为100%固体含量涂料,包含两种组份:一种是多异氰酸酯溶液,另一种是多元醇溶液。当两种组份混合时,反应形成聚氨酯涂层, 其反应过程是快速、放热的化学聚合反应过程。涂层耐冲击性好,韧性高,附着力、耐化学腐蚀性能优良。自上世纪七十年代起,在欧美国家大范围使用。到20 世纪90 年代,在我国开始使用,由于价格相对较高, 用户相对较少。石油部出版了《管道无溶剂聚氨酯涂层内外涂层SY/T4106 -2005》技术规范。
    根据规范规定两种涂层性能指标见表1。
表1 涂层主要性能指标
    表1 涂层主要性能指标
    两种涂层性能指标均高于常规用的无溶剂环氧涂料,适用于顶管外防腐。两种涂层比较,熔融结合环氧粉末涂层的抗冲击、耐磨、耐阴极剥离性能均略优于无溶剂聚氨酯涂层。
2 施工
2.1 施工工艺
    环氧粉末喷涂通常采用静电喷涂, 在工厂流水线作业, 施工环境好, 施工质量能得到可靠保证。施工工艺相对复杂,需要在厂内喷涂,不适合工地作业。另外,因是厂内流水线作业,所以受设备能力限制,能生产大口径的厂家相对较少。环氧粉末喷涂工艺流程如图1。
图1 环氧粉末喷涂工艺流程图
    图1 环氧粉末喷涂工艺流程图
    无溶剂聚氨酯采用高压气热喷涂,施工设备、工艺简单,方便于工地喷涂。人工操作喷涂,施工质量受施工人员技术影响较大。

2.2 工地补口
    环氧粉末工地补口较为困难, 一般采用高压气热喷涂无溶剂环氧涂料替代。常温条件下,固化时间短,可在1 小时后进行顶管。但低温条件下固化时间长,并需加热管体,低温条件下施工复杂。比较而言, 无溶剂聚氨酯工地补口有多方面优势,主要优点如下:①工地补口采用高压无气热喷涂无溶剂聚氨酯涂料,与管体同等配方,性能一致,设备简单,工地施工方便。②固化时间较短,一般30min 到1.50h 即可顶管。③无溶剂聚氨酯防腐涂料A、B 两组分发生反应形成涂层的过程是一个放热反应过程, 利用自身的热量可大大加快反应的速度,即使在-40℃的低温情况下,几十分钟也会完全固化,材料性能仍能得到保证,因而特别适合冬季防腐施工作业(见图2)。
图2 无溶剂聚氨酯涂料喷涂工艺流程图
    图2 无溶剂聚氨酯涂料喷涂工艺流程图

    从施工方面比较, 无溶剂聚氨酯优于环氧粉末,施工工地补口方便,并适合冬季施工。
3 造价
表 2 涂料及涂层造价
    表2 涂料及涂层造价

4 工程实例
    环氧粉末用于顶管外防腐历史较长, 工程实例较多,技术较为成熟,但没有在低温条件下施工的工程实例。
    2005 年, 天津大港油田浦海化工有限公司引进加拿大麦迪逊公司的无溶剂聚氨酯涂料及配方, 经国内配制, 用于埋管和顶管钢管内外壁防腐,陆续开始在国内一些工程上使用。主要工程实例都在天津,并有冬季施工实例。无溶剂聚氨酯防腐在国外应用历史较长,但在国内工程应用较少,运行时间也较短。
    大伙房二期输水工程穿越大辽河直接采用钢管顶管施工,钢管直径为1400mm,顶管长度420m。穿越长度420m 钢管外壁的防腐对管道寿命起到决定性作用。经技术分析比较,最终采用静电喷涂环氧粉末作为管道的外防腐涂层, 涂层厚度1000μm。在管道起始端预留一段长500mm 钢管作为检查段, 该段最后被顶出并对防腐层做全面检查,经检查该段防腐层划痕深度不超过200μm,剩余厚度满足要求。经大伙房工程实践证明采用环氧粉末作为大管径顶管的外防腐是可行的。
5 结语
    从以上论证可以看出, 钢管顶管采用静电喷涂熔融环氧粉末和高压无气热喷涂无溶剂聚氨酯涂料两种外防腐方案各有优缺点。静电喷涂熔融环氧粉末具有技术成熟, 性能指标高, 工程实践多,价格便宜的优点,但也存在工地补口复杂,冬季低温施工困难的缺点。高压无气热喷涂无溶剂聚氨酯防腐具有方便施工, 低温固化性能好的优点,却存在价格高,国内投入使用时间短的缺点。如果顶进距离较长,管径又不大于2m,而且不在低温环境下施工, 应优先采用静电喷涂熔融环氧粉末防腐。对于顶进距离短,直径又大于2m 的,资金允许的条件下应优先考虑采用无溶剂聚氨酯涂料。