影响钢管3PE防腐层厚度均匀性的原因及控制方法

在油气输送方式中，管道输送，特别是长输管道输送占据了重要位置。然而受到土壤电阻率、含水量、杂散电流等因素的影响，长输管线常会出现腐蚀现象，可能造成管线泄漏等后果。

13PE钢管结构及功能

层对金属的保护作用包括隔离作用、缓蚀作用和电化学作用等。要求涂层表面完整无针孔，均匀致密地涂覆在经除锈的管道外表面上，达到管道外的目的。

3PE层的底层通常为环氧粉末涂层，中间层为胶粘剂层，外层为聚乙烯层。3PE层兼有熔结环氧(FBE)优异的性能，良好的粘结性与抗阴剥离性能以及聚乙烯优良的机械性能、绝缘性能等。同时层厚膜化是提高层效果的重要途径。增加层厚度可以减少甚至针孔缺陷，提果。

层厚度对效果具有重要作用，并且，对于埋地原油长输管道而言，如果外层出现厚度不均的情况，土壤中的水或其他腐蚀性液体介质穿透管道外层渗透到覆盖层与金属界面的时间不同，这样在管道外表面局部就会失去隔离作用，进而对此处管体金属外表面产生侵蚀，在时间和其他因素的作用下，发生管壁腐蚀穿孔，从而造成管线泄漏等事故。与此同时，从管道的阴保护角度来说，层质量好，则管道的阴保护所消耗的电能少，每个阴保护站的保护距离长，可以减少阴保护站的数量，节省管线的总投资。

2层生产过程中影响厚度均匀性的因素

2.1钢管本身形状的原因

2.1.1钢管焊缝方面

由于钢管的焊接工艺原因，生产过程中形成突出于管体母材的隆起部分，这条隆起的焊道高度对3PE层的厚度产生比较大的影响，焊缝余高处理不当，会严重影响层的效果。因为3PE外层所用聚乙烯是热塑性材料，在3PE管生产过程中，聚乙烯在缠绕段的工作温度高达200℃左右，本身聚乙烯表面硬度不高，高温熔融状态下其硬度低。钢管焊缝由于突出管体外，在钢管管体与压辊的接触挤压下，焊缝处的层承受的压力较大，也比较集中，总体上焊缝处层厚度比管体处小，GB/T23257-2009里地钢质管道聚乙烯层》规定：焊缝部位层厚度不小于规定值的70%。如果焊缝余过标准要求，造成熔融状态的聚乙烯在焊缝处缠绕时承受的压力大幅增加，焊缝处的聚乙烯层厚度减少多，造成层厚度低于标准成为废管，也可能造成层开裂，影响生产的正常进行。另一方面，还存在焊缝过渡不够圆滑，如出现“鱼脊’、“马鞍”等局部缺陷，同样对处于熔融状态的聚乙烯缠绕过程中的局部压力相对增加，层局部厚度变薄，造成层厚度不均匀。

2.1.2钢管管体方面

钢管管体方面影响层厚度均匀性的原因主要是钢管的直度偏差和圆度偏差。一般情况下，钢管都存着直度偏差和圆度偏差，是钢管成型、焊接过程中出现的不可避免的偏差。钢管生产时，钢管在线上以钢管轴线为轴心，由作业线上的辊轮带动螺旋向前传动。由于钢管直度偏差的存在，导致钢管在传动线上存在的跳动现象，挤出机模口到钢管表面的距离时远时近，聚乙烯片材随钢管跳动时紧时松，压辊对层的压力也时大时小，接触时紧时松，这些都会对层厚度的均匀性产生不利影响。钢管圆度偏差对层厚度不均的影响，与钢管直度偏差对层厚度不均的影响相似。

2.2工艺、作业线精度的影响

对于国内主要的钢管3PE生产线，长输油气管线的3PE外层生产大都采用侧向缠绕工艺，钢管生产时先后对钢管外表面进行环氧粉末喷涂、胶粘剂层和聚乙烯层缠绕，并将搭接部分的聚乙烯和焊缝两侧的聚乙烯辊压密实。胶粘剂层和聚乙烯层的搭接由缠绕工艺要求决定，以胶粘剂层和聚乙烯层在钢管外表面形成完整的涂层，发挥隔离、缓蚀等作用。缠绕时每次搭接部分胶粘剂和聚乙烯的使用量是其余部分的2倍，客观上形成搭接部分厚度高于其他部分，造成层厚度不均匀。

另外，总体来说，3PE生产线自动化程度较低，设备化程度不高，钢管运行的平稳性欠缺，影响层厚度的均匀性；另外，螺距、搭接量等参数受到作业线精度的影响，在追、脱管及调线过程中，都会产生程度的误差，影响层厚度的均匀性。

2.3压辊因素的影响

压辊是搭接部分聚乙烯及焊缝两侧的聚乙烯辊压密实的重要装置。压辊处于聚乙烯片材与管体较初接触位置，这时片材温度在200℃左右，处于熔融状态，受力条件差，压辊硬度和气压的波动都会对聚乙烯片材产生影响，从而影响层厚度的均匀性。

2.4水冷却效果的影响

钢管涂覆后进入水冷却工艺，表面温度仍高达200℃左右，如果不能降低聚乙烯温度，提高层硬度，在输送辊轮的挤压摩擦下，很容易出现厚度不均情况，严重时聚乙烯片材与辊轮粘连，损坏层。另外，钢管进入水冷段后，在冷却水的作用下，层表面先被冷却，表面硬度也提高。

3控制措施

针对上述情况分析，为3PE层厚度的均匀一致，应该相应采取以下控制措施。

(1)提高钢管外形尺寸精度，使焊缝圆滑并降低焊缝高度。由前述内容可以看出，钢管的外形尺寸对层厚度的均匀性有很大影响，因为钢管圆度和直线度偏差会造成钢管的跳动，影响钢管的传动平稳性，继而影响到涂覆工位和水淋段层与压辊和传动辊轮的接触强度，在波动压力作用下，出现层厚度不均的情况。同时，加强焊缝余高控制，焊缝的平滑过渡，修磨焊缝以减低余高。具体措施是在焊管成型方面，提高成型辊定位精度，保持各成型辊运转灵活，各个辊面水平度一致；焊接方面是加大焊缝坡口角度；钢板递送方面是在导板前增加1套立辊。这些措施可提高成型及递送稳定性，使焊缝加圆滑，并降低焊缝高度，减小焊管外形尺寸偏差。另外为进一步减低焊缝余高，加装了全焊缝修磨设备，起到了良好的效果。

(2)提高传动线的程度，也就是提高传动线运行平稳性，减少钢管波动造成层厚度不均的情况；另外，提高自动化水平，螺距、搭接等技术参数的一致性。根据有关螺距调整及搭接等方面的技术资料，结合管径和传动线的技术状况等确定相应的螺距，并在传动线上安装刻度尺和角度尺，每种管径的螺距和搭接量符合要求。

(3)在辊压密实的基础上尽量选择硬度较低的压辊，保持压辊气压持续稳定。为保持压辊气压的稳定性，为压辊增加了1个小储气罐，进一步减少其他用气设备对压辊气压的干扰。

(4)加强水冷却效果。为使进入水淋段的层硬化，降低辊轮挤压摩擦造成的层厚度不均程度，特别是对于大口径厚壁钢管，热量散失比较慢，除对管外表面冷却用水外，加装了管内部冷却装置，能辅助外表面冷却水降低层温度，提高层硬化速度，减少层厚度不均情况。

通过采取以上提高层厚度均匀性的方法，整体质量进一步提高。但目前这些措施只是在钢管和厂采取的，如果进一步减小层厚度不均匀性，还需要钢管设备和生产线制造厂家提供的生产设备，从而提高设备运行稳定性。