污水钢管外侧涂层与涂装工艺设计

污水钢管外侧涂层与涂装工艺设计管道外（涂敷）防腐腐蚀是金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏。金属腐蚀按其性质可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接和介质接触起化学作用而引起金属离子的溶解过程。而电化学腐蚀是金属和电解质组成原电池所发生的电解过程。金属在土壤、水或潮气等电解质溶液中，一般都发生电化学腐蚀。埋地管道外腐蚀的原因比较复杂，一般归纳为以下三种原因：(1)电化学腐蚀――由于土壤是固态、液态、气态三种物质所组成的复杂混合物，土壤颗粒间充满空气、水和各种盐类，使土壤具有电解质溶液的特征，埋地管道裸露的金属（如涂层被机械破坏，微生物破坏等），就和土壤电解质组成了原电池，导致金属的电化学腐蚀。(2)杂散电流对管道的腐蚀――由于外界漏电影响，土壤中有杂散电流通过管道，因而发生电解作用，使管道腐蚀。(3)细菌作用引起的腐蚀――据研究，微生物参与腐蚀的过程中，不同种类细菌的腐蚀行为，条件各不相同，例如在缺氧土壤中存在厌氧的硫酸盐还原菌，它能将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，使土壤中H＋浓度增加，加速了埋地管道的腐蚀作用。对埋地管道腐蚀调查与研究标明，埋地管道外壁绝缘层的损坏是造成管道遭受土壤腐蚀的主要原因，为了保证管线长期安全生产，针对土壤腐蚀的特点，可以从以下几个途径来制止腐蚀的发生和降低腐蚀程度：(1)选用耐腐蚀的管材；(2)增加管道与土壤之间的过渡电阻，减小腐蚀电流，如采用石油沥青、煤焦油瓷漆、粘胶带、环氧粉末、三层PE等绝缘层，使绝缘层电阻较大，绝缘层的致密性很好（无针孔），从而把腐蚀电流减少到最小程度；(3)采用电法保护（阴极保护和牺牲阳级保护），一般电法保护应与绝缘层保护相结合，以减小保护电流的消耗。国内过去多采用石油沥青防腐层，近年来，我国陆续研究开发了聚乙烯夹克（两层结构）、熔结环氧粉末涂层、聚乙烯胶粘带和煤焦油瓷漆等防腐技术，取得了较好的防腐效果。但在实际应用中，也暴露出这些防腐技术的不足之处，如两层结构聚乙烯夹克的粘结性较差、熔结环氧粉末层的机械性能较低、煤焦油瓷漆的环境污染问题以及聚乙烯胶粘带的施工质量难以保证等，因此，欧洲一些国家自80年代以来，研究开发并成功应用了熔结环氧/挤出聚乙烯三层结构防腐涂层技术，这是目前国际上认为最先进的管道外防腐技术。挤出聚乙烯包覆涂层，以其优异的物理机械性能，良好的耐化学腐蚀性能，极低的水、氧渗透性和低环境污染，被公认是当前最有发展前途的防腐材料之一。但是，非极性的聚乙烯涂层与极性的钢管表面粘接性差，为了解决这一问题，人们采用了多种方法。传统的方法是在聚乙烯涂层与钢管之间涂一层“软基”玛蹄脂或橡胶粘接剂或“硬基”聚乙烯共聚物底胶，形成两层涂层结构。而有些国家则采用高温熔结聚乙烯粉末的方法，但无论是两层结构涂层还是熔结聚乙烯粉末涂层，都存在两个缺点：一是阴级剥离强度弱，二是与钢材的粘接性能低且不稳定，尤其在较高温度下更为明显。为了更好地解决聚乙烯涂层与钢管表面的粘接问题，以德国、意大利为代表的欧洲国家，于80年代广泛采用了三层聚烯烃管道防腐涂层（以下简称三层PE）。这种涂层结构包括：环氧底漆、共聚物中间层、聚乙烯外涂层、三层结构防腐层综合了熔结环氧粉末涂层和挤压聚烯烃两种防腐层的优良性质，将熔结环氧粉末涂层的界面特性和耐化学特性，同挤压聚烯烃防腐层的机械特性等优点结合起来，从而显著改善各自的性能。对熔结环氧粉末涂层，抗机械破坏性能弱的缺点得到弥补；对两层结构的挤压聚烯烃防腐层，粘结性能差的弱点得到改善，大大提高了防腐层的抗阴极剥离性能和机械强度。3.2环氧粉末涂敷钢管为了同时解决钢管的外壁腐蚀、内壁输水质量问题，浙江金洲集团会同科研单位、高等院校研制的新一代绿色管材――“金洲”牌环氧类粉末涂敷钢管，是采用优质高频焊管、螺旋焊管或无缝钢管为基体，以先进的流化床涂敷工艺，在钢管内外壁熔融涂敷无毒食品级环氧粉末涂料，具有国际先进管材的水准，它的开发成功，填补了国内空白，是我国替代进口管材的首选。环氧类粉末涂敷钢管具有优良的机械性能，涂层附着力好，抗腐蚀性强，可耐酸、碱及其它化学腐蚀，无毒、耐磨，耐冲击性好，耐渗透性强，管道表面光滑，可以提高输送效率，解决管道阻塞问题，减少输送压力损失，涂层中无溶剂，无可渗出物质，因而不会污染输送介质，保证介质的纯洁度和卫生性。涂层具有优良的绝缘性和耐候性，在－40℃至＋80℃范围可循环冷热交替使用，涂层不老化、不龟裂，因而可以在寒冷、酷热地带等苛刻的环境下使用。腐蚀的原因1.1土壤因素钢管埋于土壤之中，而土壤是气相、液相和固相所构成的一个十分复杂的系统。影响土壤腐蚀的因素很多，对于嘉兴市污水管网埋管来说，主要有4个因素：（1）含水量：水分使土壤成为电解质，是造成电化学腐蚀的先决条件。该钢管虽处于设计地下水位以下，但地下水受季节性雨季影响较大，水位年变化幅度为0.5~1.0m，雨季时地下水接近地表。土壤含水量的变化，特别是处于干湿交替的土壤腐蚀性较强。（2）温度：土壤温度是通过影响土壤的物理化学性质来影响土壤的腐蚀性的。嘉兴地区冬季温度低，电阻率大，腐蚀轻，夏季土壤温度升高，电阻率低，不仅钢管腐蚀加快，而且温度的升高使微生物活跃，更促进了对钢管的腐蚀。（3）杂散电流：在嘉兴地区土壤中不可避免地存在着杂散电流。它是在土壤介质中的一种大小、方向都不固定的直流电流，来源于电焊机的接地、地下电缆漏电、电车、电气化铁路等，也会对埋地钢管产生腐蚀。（4）土壤的差异：土壤的质地不同，在物理、化学特性上有很大的差异，腐蚀性也不同。如腐植土、淤泥土、沼泽土的腐蚀性较强。特别当埋地钢管从土壤A通到另一种土壤B时，便形成了宏观腐蚀电池，它对埋地管道造成的腐蚀危害尤为严重。另外，处于钢管底部土壤比上部湿，透气性差，氧浓度底，土壤电位也就低，因而钢管底部腐蚀特别严重。1.2材质因素埋地钢管由普通Q235碳素钢制成。其中铁是主要的元素，约占化学成分的98%或更高，含碳量一般为0.25%。钢铁中若含碳量增加，同时含有硫等杂质时，将明显加速其腐蚀速度，因此，普通碳素钢在土壤中本身的耐腐蚀性较差。Q235系热轧钢材，表面有氧化皮覆盖。氧化皮的主要成分为Fe3O4，在含微量盐的水中，它与钢铁的电极电位差达到0.20V，作为阳极的钢铁就会发生腐蚀；同样在涂装作业中，如不彻底清除氧化皮，也会引起钢管锈蚀。钢管表面状态与缺陷，如凹坑、气泡、裂纹、加上钢材内夹杂的不均匀物质，与土壤接触时形成的电位差，加速了钢管的腐蚀。1.3钢管制造工艺中的腐蚀因素埋地螺旋钢管的制作与安装，均离不开电焊。焊缝附近的钢材受到热、焊接应力的作用，特别容易锈蚀；电焊时，落在钢材表面的“飞溅焊渣”会造成缝隙腐蚀；由于成分不同，焊缝材料与钢铁形成电隅腐蚀；这就是电焊缝周围特别容易锈蚀的原因。另外，不规范的涂装工艺，运输及安装时漆膜破损均会引起钢管锈蚀。2埋地管道外侧防腐涂层的设计2.1设计规范国际标准：ISO12944—1998，钢结构防腐蚀涂料的腐蚀与防护；ISO4628—1~6，涂层使用寿命的判断。国家标准：GB/T8923—1988，涂装前钢材表面锈蚀等级与除锈等级；GB/T13288，涂装前钢材表面粗糙度的等级评定；GB/T50268—1997，给水排水管道工程施工及验收规范。行业标准：HG/T2884—97，环氧沥青防腐蚀涂装（分装）；SH3022—1999，石油化工设备和管道涂装防腐蚀；SY0007—1999，钢质管道及储罐防腐工程设计规范；SY/T0061—2004，埋地钢管外壁有机防腐层技术规范；SY/T5918—2004，埋地钢管外防腐层修复技术规范；SY/T0447—96，埋地钢管管道环氧煤沥青防腐层技术标准；JB/T2350，高压无气喷涂典型工艺。2.2涂层配套方案嘉兴市污水管网中埋地钢管外侧采用环氧煤沥青防腐蚀涂层结构的特加强级，即四漆二布方案，具体见表2。表2涂层配套方案2.3涂层设计使用寿命嘉兴市联合污水处理有限责任公司规定埋地钢管外侧涂层使用寿命至少为15年，即达到ISO12944—5的高使用寿命等级。根据ISO4628—3标准，15年后埋地钢管外侧涂层的第一次维修应在Ri：3级进行，此时钢管锈蚀剥落的面积在1%左右。2.4对表面处理的要求根据钢管厚度、涂层规定膜厚和环氧富锌底漆的要求，钢管管体必须经过机械除锈处理（抛丸或喷砂），钢材表面清洁度和粗糙度达Sa2.5级。（1）清洁度达到GB8923—1988的Sa2.5级，该级别的文字定义为：非常彻底的喷射清理。在不放大的情况下进行观察时，表面应无可见的油脂和污垢，并且没有氧化皮、铁锈、旧涂层和异物，仅残留点状或条纹状轻微痕迹。（2）粗糙度又称钢材空间的表面轮廓度，由谷的最低处到峰的最高处所测定的表面轮廓高度，是表面处理等级的安全技术指标。在SY/T0447—96标准中对环氧沥青漆有相关的粗糙度要求。钢管表面粗糙度应控制在70~90μm，属于GB/T13288标准中的砂状磨料的中级或丸状磨料的初级。GB/T13288是对照ISO8503标准的。表3为ISO8503标准比较样块的各部分粗糙度值。表3ISO8503中比较样块各部分的粗糙度μm表中“G”样块为喷射棱角砂类磨料而获得的表面粗糙特征的样块。“S”样块为喷射丸类磨料而获得的表面粗糙特征的样块。粗糙度参数Ry是根据ISO8503—4用触针法测量的粗糙度参数，指“最大谷”高度。ISO样块系以镍或其他耐蚀金属为材料，以经过喷射清理的低碳钢表面为原形，用成型阳模法加工而成。这种样块应进行例行的校验，其周期不超过6个月。在施工中还可使用数字式表面轮廓仪，如elcometer123测量粗糙度（Rz）。测定时，一定要在钢材平面上进行，每十平方米测量3个点，每点至少测量3次，以得到稳定的平均值。（3）补口及修补处用手动或风电动工具清理浮锈，至GB8923—1988的St3级。它的文字定义为：彻底的手工和动力工具除锈。在不放大的情况下进行观察时，表面应无可见的油脂和污垢，并且基本无附着不牢的氧化皮、铁锈、旧涂层和异杂物。3涂装工艺3.1工艺流程钢管本体：钢管→抛丸（或喷砂）除锈→钢管吹砂、灰表面清洁→焊缝预涂环氧富锌底漆→无气喷漆法喷环氧富锌底漆→喷环氧沥青漆→缠玻璃布→喷环氧沥青漆→缠玻璃布→喷环氧沥青漆2道→涂层固化→质检→修正→提交。管道补口衬层：钢管对口焊接→冷却→管端部焊缝补口处打磨至St3级→补涂环氧富锌底漆→补涂环氧沥青漆与管体（搭接100mm）→缠玻璃布→喷环氧沥青漆→缠玻璃布→喷环氧沥青漆2道→涂层固化→质检→修正→提交3.2喷砂（抛丸）等表面处理工艺喷砂是目前钢管表面处理的主要方法。它的工作原理是在专用的喷砂机中，当压缩空气的工作压力达到0.45~0.60MPa时，砂缸中的磨料以50~70m/s速度喷出，冲击和摩擦钢材表面的氧化皮和铁锈层等，将它们快速清除掉，并形成一定的粗糙度。在喷砂前，还应清理钢管表面的油脂、泥沙和其他污损物，所用之压缩空气必须经过油水分离器，不得使用潮湿空气以免喷砂后返锈。另外，喷砂作业中，需高度注意操作工人的安全。随着我国钢管制造业的发展，各种新型的钢管外侧自动抛丸机得到了广泛的应用。抛丸与喷砂不同，它的工作原理是：利用抛丸设备中高速旋转的叶轮，将磨料以一定的角度抛向钢材表面，产生打击和磨削作用，来达到清除氧化皮和除锈之目的。与喷砂相比，处理质量优异，效率高，节能耗，又有利于环保。更重要的是，抛丸后，钢材表面受磨料冲击得到强化，提高了疲劳强度和抗腐蚀能力，消除了焊缝的内应力。钢材的表面硬度也有不同程度的提高。3.3喷漆由于开埋钢管的直径大于1.2m，对厚膜型环氧富锌底漆和环氧沥青漆，为保证膜厚质量，除补口和修复漆膜外，必须采用无气喷漆法。基本的技术条件见表4。表4无气喷漆法的技术条件其他的技术条件，如双组分混合比、熟化时间、混合使用期、干燥时间及复涂间隔、安全使用整形等等，详见涂料技术说明书。3.4缠绕玻璃丝布玻璃丝布可与面漆涂刷同时进行。玻璃丝布缠绕必须平整、拉紧、不得有皱折、鼓泡，玻璃丝布全部网眼均为面漆灌满。玻璃丝布之间搭接宽度不