一种钢管防腐水冷却方法

专利名称：一种钢管防腐水冷却方法
技术领域：
本发明属于钢管防腐领域，尤其是涉及缠绕式或包敷
式3PE及3PP钢管防腐的水冷却方法。
背景技术：
在已往的3PE或3PP钢管防腐作业中，均采用喷淋水的 冷却方法，靠水的自然流动来覆盖并冷却防腐层。用现有的 喷淋水冷却方法，尽管人们在工艺的方法上和工艺的精度上 做出很大的努力，但由于冷却水覆盖不到防腐管的下部和在 冷却过程使用了挡水工具(挡水体)，仍然无法避免的出现 一些由此而造成的缺陷。这些缺陷分别是防腐层部分厚度减 薄，防腐层表面出现水激点与表面凹陷，以及焊道上防腐层 的厚度减薄严重。这些缺陷影响到钢管防腐的质量和防腐成 本的控制。 发明目的
本发明的目的是用一种能连续、均匀的对防腐层进行水 冷却的新方法，来代替或补充现有的不能连续冷却防腐层的 喷淋水冷却法。也就是用能够连续、均句覆盖整个管体防腐 层的喷射水，来代替或补充现有的只覆盖管体上部防腐层的 自然流动水。为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是这样的 做一个环形冷却水工具，在防腐管的周围向防腐层喷水。按
着喷水孔的高度范围不同，进行分别供水，以保证冷却水能 完全的且相对均句的覆盖到防腐层上，使防腐层在各处都能 得到均匀且连续的冷却。在防腐层进入冷却水的一定区域 内，要使喷水方向向着冷却区域内侧倾斜，以保证冷却水不 能飞溅或流向冷却区域以外的防腐层上，这样就可以取消挡 水体或使挡水体不与防腐层直接接触。在防腐层进入到冷却 区域一定距离后，可用喷射水来补充上喷淋水冷却不到的防 腐管下部。在这里我们将这种冷却方法叫做无外溅环形水冷 却法。如果不考虑挡水体给防腐层所带来的缺陷，可直接用 喷射水来补充覆盖上喷淋水所覆盖不到的钢管下部防腐层。
本发明釆取上述技术方案具有以下有益效果用无外溅 环形水冷却法，取代现有的用挡水体遮挡喷淋水的冷却方 法，来克服现有冷却方法所造成的防腐层部分厚度减薄、表 面水激点、表面凹陷和焊道上防腐层减薄严重的缺陷，在提 高防腐质量的同时也能降低防腐成本。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍 图l为本发明无外溅环形水冷却法示意图 图2为本发明缠绕式3PE或3PP钢管防腐过程示意图 图3为本发明3PE、 3PP钢管防腐中现有的冷却方图4为本发明不同管径冷却水覆盖情况示意图 图5为本发明喷淋水冷却区域展开图 图6为本发明防腐层冷却情况沿螺旋方向展开示意图 图7为本发明喷淋水冷却法与无飞溅环形水冷却法冷 却情况展开对比图
图8为本发明防腐管焊道剖面示意图
具体实施例方式
以缠绕式3PE或3PP钢管防腐为例来介绍无外溅环形水 冷却法的制作在这里介绍一种用铝塑管做冷却水管形成环 形冷却水的方法。因为铝塑管易弯曲、定型、打孔和固定， 所以用铝塑管易于搡作。选用铝塑管的大小取决于供水量的 多少， 一般用25mm的铝塑管既可满足要求。将铝塑管根据 需要做成环形，成为环形冷却水管，在环形冷却水管的内侧 打孔，打孔时要注意在防腐层进水处的喷射方向要向冷却区 域内侧倾斜，打孔要均匀一致，打孔的距离和大小要使冷却 水既能均匀的覆盖防腐层表面，又不使水量过大。用其它的 方法来形成环形冷却水也可以，如箱体形的、喷嘴形的等， 只要能达到本发明的目的就行。
为了控制好冷却水水量和压力的均匀性，可根据防腐管 管径的大小，在垂直方向上按不同的高度进行分级供水，如

图1中的l是分上下两级供水，对大直径防腐管可分更多级 供水，如图1中的2是分四级供水，这样能有效的提高冷却水在不同高度上水量和压力的均匀性既不让低处喷水孔的 压力过高，造成水的过量喷放，又不让高处喷水孔的压力过 低而使水量不足。以保证防腐层被均匀、连续的冷却。分级 供水还要根据实际所能提供的水源情况来定，如果水源的水 量和压力足够大，可以少分级或不分级，只要能得到一个水 量充足的垂直于防腐管的环形冷却水就可以了。
防腐层在进水处冷却水的喷射方向要向冷却区域内侧 倾斜，以防冷却水向外飞溅，冷却水向内侧喷射同时对后一 冷却区域的喷淋水起到压制作用，使其不能向冷却区域以外 溢出，如图1中所示的环形冷却水覆盖区。这样就可不再使 用挡水体或不再使挡水体与防腐层表面直接接触(用挡水体 阻挡防腐管下部设备或水面以及其它方向上飞溅的水滴，使 其不能溅到冷却区域以外的防腐层上)。
环形冷却水覆盖区的宽度只要能确保防腐层的表面凝 结和后一冷却区域的上喷淋水不能沿防腐层表面外溢就可 以了。
在后面的冷却中就可釆用喷淋水与下部半环形冷却水 相结合的方法进行冷却，如图1中所示的半环形冷却水下部 覆盖区，在此区域上部由喷淋水覆盖，下部由半环形冷却水 覆盖，以保证防腐层连续不间断的冷却。
在防腐层和钢管温度降到防腐层能完全凝固冻结以后， 防腐层各处的厚度不再变化时，既可釆用只有喷淋水的冷却方法继续冷却。
下面介绍以下在缠绕式3PE或3PP钢管防腐中用无外溅 环形水冷却法，来克服现有的喷淋水冷却法所造成缺陷的作 用原理。
1、 3PE、 3PP钢管防腐简介
3PE、 3PP钢管防腐，其防腐层共分三层内层为环氧 树脂粉末固化层；外层为PE (改性聚乙烯夹克料)或PP (改 性聚丙烯夹克料)；中间层为内、外层的粘接剂底胶(3PE 防腐为改性聚乙烯共聚物，3PP防腐为改性聚丙烯共聚物)。
钢管在防腐前要做表面除锈清理，并被均匀的加热到大 约在18(TC 20(TC之间，然后再均勻的喷涂上环氧粉末，在 粉末未完全固化之前要铺上一层18(TC以上熔融的底胶，在 底胶上再铺上温度在22(TC以上熔融的PE或PP，最后进行 水冷却。
按照国内外3PE、 3PP钢管防腐标准的规定，三层厚度 一般为环氧粉末在80 100iim左右。底胶在170 250 pm 左右。PE厚度最大，在国内标准中管体厚度为2.5~3. 7mm 以上，焊道厚度要大于管体厚度的70%;在国际标准中只要 求防腐层厚度最小值。PP的厚度比PE的厚度略薄，在1. 5 ~
2. 5mm左右。
缠绕式3PE、 3PP钢管防腐过程见图2,整个过程是在 钢管等螺距旋转运动中完成的，钢管在旋转中被加热、被均匀的喷涂上环氧粉末；底胶以略大于一个螺距的宽度缠绕在 未完全固化的粉末上，以保证底胶能完全覆盖粉末并与粉末 能牢固的粘结；PE或PP则以较大宽幅缠绕在底胶上，其宽 幅取决于挤出机口模的宽度和挤出量的大小，由于螺距的大 小不同，其宽幅一般要覆盖5~9个螺距，以保证其具有足 够的厚度和均匀性。底胶、PE或PP均由胶辊碾压在钢管上,
以保证各层之间无空隙。PE或PP缠绕成型完毕后既可进入
水冷却区域。防腐层在缠绕成型完成后，在进入冷却区域前 其表面是平整光滑的，焊道防腐层隆起的形状也是很明显 的。
2、现有3PE、 3PP钢管防腐的水冷却方法
目前3PE、 3PP钢管防腐均釆用喷淋水的方法，靠水的 自然流动覆盖防腐层。具体作法见图3所示1、水管喷淋 式，图中l所示，在适当的水压作用下，水遇到防腐层后， 沿防腐层表面自然散开，覆盖防腐层；2、溢出式，如图中2 和3所示，在钢管顶部，平行于钢管架设长条形冷却水箱(图 中2)或冷却水管(图中3)，通过水箱的内部溢流或水管的 外部溢流，使冷却水自然散开覆盖到防腐层上；3、淋雨式, 如图中4所示，在钢管顶部架设一个水箱，在水箱底部均匀 的打孔，使水能均匀的淋在防腐层上。
在防腐管完全进入冷却区域后，再向钢管内部灌水，才 能对防腐管进行彻底的冷却。如果在防腐管没有完全进入到冷却区域前向管内灌水，容易造成环氧粉末未完全固化前钢 管温度下降，而使防腐失败。
-在冷却过程中要用到挡水体，目前用做挡水体的材料有
两种布或海绵。挡水体的作用就是阻挡冷却水向冷却区域 以外飞溅或外溢，以防止冷却水影响到防腐成型。在防止冷 却水影响防腐成型的同时，又努力使冷却区域向成型侧靠 近，使防腐层防腐完成后能够尽早的进行冷却。冷却水的外 溢或飞溅即使影响不到防腐成型过程，也会给防腐层表面造 成严重的水激点等缺陷。
3、喷淋水冷却方式易形成的缺陷与形成缺陷的原因分析 用现有的喷淋水冷却方法，尽管人们在工艺的方法上和
工艺的精度上做出了很大的努力，但仍然无法避免出现因冷
却而造成的一些缺陷，这些缺陷影响到钢管的防腐质量和防
腐成本的降低。
缺陷的种类防腐层部分厚度减薄、防腐层表面水激点、
防腐层表面大小凹陷以及焊道上的防腐层减薄量较大。
出现这些缺陷的根本原因，在于喷淋水冷却不到防腐管
的下部，而使防腐层的冷却不连续。另外挡水体在挡水过程
中也能造成缺陷，防腐层表面出现的大小凹陷就是由于挡水
体的使用造成的。
下面对形成这些缺的原因分别作以简单的分析 冷却水造成防腐层厚度变化的原因由于管径的不同，冷却水对防腐层覆盖的比例也不同，如图4所示，管径较小 时，水所能覆盖的面积比例较大，见图4中的1，随着管径 的增加，钢管下部不能被水覆盖的部分也增大，在实际生产 中当钢管直径大于600mm对，冷却水能覆盖到钢管水平直径 以下的量就很小了，见图4中的2，在直径大于800mm以后 冷却水几乎只能覆盖到水平直径以上，见图4中的3所示， 只有水平直径AB以上的防腐层被冷却水覆盖(由于防腐层 的表面高温和不亲水性，以及水自然流动的不均匀性，防腐 管的上部也不是被完全覆盖的，这里我们假设水能完全覆 盖)。我们以这种情况来分析防腐层进入冷却区域后的冷却 情况。
假设以钢管防腐时的最下边为切开点，将防腐层表面展 开，得到一个防腐层水冷却情况的展开图，如图5所示，从 图5中可以看到垂直放置挡水体时，进入冷却水第一圏的防 腐层被冷却水所覆盖的区域A1B1C1只占到防腐螺距的一半。 冷却时间最长的位置在Bl处，防腐层在Bl处入水，在Cl 处出水，通过了整个冷却水覆盖区，而Al处在冷却水覆盖 区的边缘，通过水的时间几乎为零。
在熔融状态的防腐层，在遇到冷却水后因冷却而聚集收 缩增厚，在Al附近的防腐层由于受到的冷却量小或没有被 冷却，被B1处防腐层收缩应力的拉伸而变薄。
将Al移到A2后，也就是将挡水体逆着涂敷旋转方向水平摆动半个螺距以上的距离后，冷却水就能覆盖防腐层进水
第一圏的整个螺距，且冷却时间最长的位置由Bl移到B2, 防腐层第一次冷却时最大冷却距离由B1C1缩短到B2C2。这 样冷却水不但覆盖了整个螺距，而且减少了在整个螺距上冷 却时间的差异，减缓了因冷却收缩应力使防腐层厚薄不均的 现象。
由此也证实了冷却水对熔融的防腐层影响是较大的。 水激点形成的原因在A1或A2位置附近及以外的防腐 层，因冷却时间短或没有冷却，防腐层表面没有冻结，在中 断了冷却后防腐层表面上遗留下或飞溅到防腐层上的水滴 继续起着冷却作用，由于水滴在防腐层上或停滞或流动，便 在防腐层表面上形成了因冷却收缩而凸起的点或线，称其为 水激点。垂直放置挡水体因有半个螺距的防腐层没有经过冷 却就在下部进入了冷却区域，受到下部设备或水面上飞溅水 的影响，就形成了较大范围的水激点。在挡水体逆着涂敷旋 转方向水平摆动半个螺距以上的距离后，因为冷却水覆盖了 进水的整个螺距，没有冷却前的防腐层进入到冷却区域，水 激点的分布面也就随之变窄、减少。
防腐层表面出现大小凹陷的原因防腐层表面出现凹 陷，..这是由于使用挡水体造成的。因为挡水体处于熔融状态 下的高温防腐层表面和低温的冷却水之间，在平滑的防腐层 表面上冷却过程是稳定的，冷却后的表面也是平整无凹陷的。但在防腐层较凹凸不平的焊道处和防腐层螺旋的搭接 处，由于防腐层表面的不平整，在挡水体处，防腐层与水接 触时，.就会出现接触时间上的先后差异和极少量水的气化蒸 发。接触时间上的差异容易在防腐层上留下池状的花紋缺 陷，少量水在挡水体内的蒸发，气化压力在防腐层上会留下 较浅的针状凹坑缺陷。
焊道防腐层减薄量较大的原因焊道防腐层减薄的一个 重要的原因就是冷却不连续。将图5所示的防腐层冷却情况 沿螺旋方向展开，见图6，除防腐层在进入冷却水第一圈时 冷却水覆盖的面积比较小，在以后的每圈冷却中水所覆盖面 积和没有被覆盖的面积基本是相等的，也就是防腐层被冷却 的时间和被停止冷却的时间是基本相等的，对管径较小的防 腐管冷却水覆盖的面积比例增加，既被冷却的时间增加，不 冷却的时间减少。
在冷却过程中，钢管首先是通过防腐层的冷却而得到冷 却的。在此期间，防腐层同时受到外部冷却水和内部180~ 200t:钢材的影响。在被冷却水覆盖时，防腐层由外向内冷 却凝固(PE的凝固温度在115X:左右，PP的凝固温度在137 。C左右)，在中断了冷却后，在钢管温度的作用下又由内向 外融解。钢管每转一圈防腐层就重复一次这个过程，防腐层 和钢管就在这不断重复的过程中被逐渐冷却下来。
在钢管管体上的防腐层，除在冷却第一圈，因其在熔融状态下，在同一螺距上受到的冷却量不同而引起厚度变化 (焊道上防腐层也同样受到这一变化的影响)夕卜，在以后的 冷却中管体防腐层上各点产生的冻结凝聚力基本相同，其厚
度不会再有大的变化。
而在焊道上的防腐层，在防腐成型过程中因胶辊的碾压 其厚度比管体上要薄，在冷却过程中，其冻结凝聚力比管体 上的防腐层要小，则其自身就处在 一 个因受到拉伸而减薄的
状态，见图7所示。再加之冷却的不连续，在中断了冷却后，
其内层受到高温钢管的影响而熔融的现象与管体上是一样 的，甚至比管体上的熔融量还要大(因为焊道的储热量比管 体上要多)，当再次被冷却时就再一次的被拉伸减薄，直至 防腐层被完全冷却凝固冻结。
因此连续的冷却能有效的减缓焊道上防腐层的减薄量。 使用海绵做挡水体，由于海绵的挤压和拖拽作用也易使 较凸出的焊道上熔融状态下的防腐层减薄。
见图8中显示的，用无外溅环形水冷却法防腐层冷却情 况的展开图，从图中可以看出防腐管同一垂直断面上的防腐 层同时进水，由于无外溅环形水冷却法喷水点密且受人为的 控制，能保证防腐层上各点一旦进入冷却区域，其得到的冷 却是连续不断的。这样就克服了现有的喷淋水冷却法所造成 的防腐层部分厚度减薄、防腐层表面水激点和表面凹陷的缺 陷，特别是对减缓因冷却而造成的焊道防腐层减薄起着非常重要的作用，因此无外溅环形水冷却法在提高缠绕式3PE或 3PP钢管防腐质量的同时，也能有效的降低防腐成本。
无外溅环形水冷却法也同样适用于包敷3PE或3PP钢管
防腐，只是包敷防腐作业的管径一般较小，用无外溅环形水 冷却法的效果不如在大管径防腐作业中所起的效果明显。
权利要求
1、一种钢管防腐水冷却方法，其特征在于做一个环形冷却水工具，在防腐管的周围向防腐层喷水；按着喷水孔的高度范围不同，进行分别供水，以保证冷却水能完全的且相对均匀的覆盖到防腐层上，使防腐层在各处都能得到均匀且连续的冷却；在防腐层进入冷却水的一定区域内，要使喷水方向向着冷却区域内侧倾斜，以保证冷却水不能飞溅或流向冷却区域以外的防腐层上。
2、 根据权利要求1所述的一种钢管防腐水冷却方法，其特 征在于在防腐层进入到冷却区域一定距离后，可用喷 射水来补充上喷淋水冷却不到的防腐管下部。
3、 根据权利要求1所述的一种钢管防腐水冷却方法，其特 征在于可直接用喷射水来补充覆盖上喷淋水所覆盖不 到的钢管下部防腐层。
全文摘要
本发明公开了一种钢管防腐水冷却方法，其特征在于做一个环形冷却水工具，在防腐管的周围向防腐层喷水；按着喷水孔的高度范围不同，进行分别供水，以保证冷却水能完全的且相对均匀的覆盖到防腐层上，使防腐层在各处都能得到均匀且连续的冷却；在防腐层进入冷却水的一定区域内，要使喷水方向向着冷却区域内侧倾斜，以保证冷却水不能飞溅或流向冷却区域以外的防腐层上。本发明用无外溅环形水冷却法，克服现有技术所造成的防腐层部分厚度减薄、表面水激点、表面凹陷和焊道上防腐层减薄严重的缺陷，在提高防腐质量的同时也能降低防腐成本。
文档编号F16L58/02GK101294651SQ20071005723
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者马有标 申请人:马有标