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污水钢管外侧涂层与涂装工艺设计研究

2009/9/21/9:4来源:涂料与涂装资讯网

    【慧聪涂料网】摘要:分析了污水钢管外侧的腐蚀因素,给出了防腐涂层配套方案的设计要求以及涂装施工的工艺条件。

    关键词:污水钢管;涂层设计;涂装工艺

    1概况

    本工程是嘉兴市污水管网连接线工程的一部分,其中开槽埋管系螺旋形焊接钢管。钢管外径等尺寸见表1。

表1开槽埋管尺寸与长度

表1开槽埋管尺寸与长度

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    钢管每节长12m,在现场焊接后,开槽埋地。根据嘉兴市污水管网的实际情况分析,钢管有3项腐蚀因素。

    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

表2涂层配套方案

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    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到下列指标:

    (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3ISO8503中比较样块各部分的粗糙度μm

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    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

表4无气喷漆法的技术条件

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    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得小于20mm,搭接长度不得小于100mm,缠两层玻璃布时,各层玻璃布的搭接接头应错开,管两端的防腐层,应做成阶梯形接茬,阶梯宽度不宜小于100mm。玻璃布密度为(12×12)根/cm2或(10×12)根/cm2,厚度为(0.12±0.01)mm,含碱量不应超过12%,无捻、无蜡、平纹、两边封边,受潮的玻璃布必须烘干后方可使用。

    3.5补口与补伤

    补口、补伤处的涂层结构及所用材料应与管体涂层相同,补口工作应在对口焊接后,管表面温度冷却至50℃以下进行。补口处和露铁的补伤处,必须进行预处理,处理标准达GB8923St3级。补口补伤时应对管端阶梯形接茬处的涂层表面进行清理,去除油污、泥土等杂物,然后用砂纸将其打毛,施工方法按上述要求进行,补口补伤涂层与管体涂层的搭接长度不应小于100mm。

    

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