用于三層PE防腐管環形包覆作業的復合機頭研制

李生軍，賈宏慶，何小林

（1.天華化工機械及自動化研究設計院，甘肅蘭州 730060；2.長慶油田公司建設工程處，陜西西安 710086）

用于三層PE防腐管環形包覆作業的復合機頭研制

李生軍1，賈宏慶1，何小林2

（1.天華化工機械及自動化研究設計院，甘肅蘭州 730060；2.長慶油田公司建設工程處，陜西西安 710086）

為減少機頭在三層PE防腐管環形包覆生產線中的占位長度，研制了雙層復合機頭以代替兩個單機頭。雙層復合機頭有兩個獨立的進料口和兩套獨立的管狀成型流道，內外流道同心布置，外流道的芯模兼作內流道的外模，PE層和底膠層在一個復合機頭內部隔絕空氣復合，復合層在真空負壓作用下包覆于涂有環氧粉末的鋼管。采用雙層復合機頭后，機頭在生產線中的占位長度減少為40﹪，也使層間粘接強度增加，制造成本和運行成本降低。

小口徑鋼管；三層PE防腐；雙層復合機頭；研制

目前，國內許多廠家采用環形包覆加真空負壓對小口徑鋼管進行三層PE防腐，環形包覆工藝普遍采用兩套單層機頭分別配置真空負壓裝置的方案，針對該方案在實際生產中發現的問題，我們經過反復試驗，完成了小口徑三層PE防腐管環形包覆用復合機頭的研制工作。

1 現有技術及存在的問題

目前，國內采用的環形包覆鋼管三層PE防腐層成型工藝如圖1所示。

環形包覆時，鋼管直行不旋轉，依次通過噴粉箱、底膠機頭、PE機頭和噴淋冷卻裝置完成包覆成型。底膠機頭和PE機頭為單層管接頭，分別擠出底膠管和PE管包覆于涂有環氧粉末的鋼管外表面，每個機頭配置單獨的真空負壓裝置，采用抽真空負壓的方式排出層間氣泡并實現層間壓實。

現有技術采用兩套機頭、兩套真空負壓裝置，在底膠機頭和PE真空負壓裝置之間必須留出操作空間，整套裝置在傳動線上占位很長，而噴粉之后到噴淋冷卻之前防腐層處于軟化狀態不能設置支撐輥，這樣使得支撐輥在該處的跨度很大，鋼管運行時擺動量很大，很容易和機頭或真空負壓裝置的內孔刮蹭，引起產品報廢。

由于環形包覆不能像側纏繞一樣加碾壓輥碾壓，只能通過抽負壓排除層間氣泡。由于負壓對包覆層施加的壓強遠小于輾壓輥，往往使層間遺留有少量氣泡，影響層間粘接強度。

2 復合機頭結構及參數選擇

復合機頭結構如圖2所示。該機頭屬于直角式雙層復合管機頭，PE和底膠分別由各自的進料口進入復合機頭，通過復合機頭內的流道分配各自形成管狀，內外兩層管同心布置，在平直段的出口處復合為一層擠出成型。外層的芯模被內外兩層共用，充當內層的外模，內外兩層的進料口沿機頭軸向錯開布置，內外層設置單獨的調節環分別調節每一層的厚度均勻性。

機頭外層流道為PE層，主要結構參數的選取與單機頭類似，只是在平直段的出口部分向內收縮和內流道匯合形成復合段。該復合段的厚度應增加底膠層的厚度，該復合段的長度太短時會影響底膠層成型，太長時會影響底膠層出料，甚至出現間歇出料的現象。根據經驗，復合段的長度和厚度之比取2～6，根據PE和底膠在擠出溫度下的熔體指數選取。復合段收縮角A也根據PE和底膠在擠出溫度下的熔體指數選取，收縮角大則底膠出料阻力加大，收縮角小則機頭總長度增加，一般取收縮角A為 60°～ 90°。

機頭內層流道為底膠層，內流道的壓縮比和壓縮角均按單機頭選取，內流道平直段的長度按復合機頭結構選取，由于受結構限制，只能選取較大值，內流道平直段太長時，使底膠流動阻力增加，為減少平直段長度，可以適當減小內流道的壓縮角。內流道平直段出口進入復合段與外流道匯合，從復合段擠出的是PE和底膠的復合層。

復合機頭配置一套真空負壓裝置，真空負壓裝置的結構及安裝方式與單機頭相同，真空室內的真空度可以平滑地調節，以適應復合層成型，便于排出復合層內氣體，提高粘接強度。

復合機頭采用內外同時加熱方式，外圓面采用電阻加熱圈加熱，芯模采用插入棒式內加熱器。加熱棒的安裝位置要特別注意，因為加熱棒的軸線方向和底膠在平直段的出料方向相同，如果加熱棒太靠近流道并且加熱棒彼此相距太遠時，流道表面的溫度會呈現條狀分布，影響出料的均勻性。為保證底膠出料的均勻性，加熱棒插孔不要深入到底膠的平直段部分，這樣在結構布置時也比較合理。

3 復合機頭的特點

在三層PE防腐管環形包覆生產中采用復合機頭代替兩個單機頭具有以下特點：

（1）真空負壓裝置、機頭支撐裝置、加熱溫控系統均由兩套減少為一套。

（2）復合機頭總體尺寸比一個單機頭略大，但由于減少了一個機頭、一套真空負壓裝置，并且節省了兩個單機頭之間的操作空間，使復合機頭在傳動線上的占位長度大幅度減少，約為單機頭的40﹪。

（3）單機頭包覆時，PE層與底膠層之間、底膠層與環氧粉末涂層之間都是外部復合，雖然施加了真空負壓，但也可能留有少量氣泡，影響了粘接強度。采用復合機頭時，PE層與底膠層之間是在機頭內部復合，完全隔絕了空氣，不可能存在層間氣泡。PE層與底膠層復合后，復合層厚度增加，可以施加較大的負壓，有利于排出復合層與環氧粉末涂層之間的氣泡，使粘接強度提高。

（4）復合機頭的綜合成本遠低于兩個單機頭。

（5）由于PE與底膠在復合機頭內部復合，在整個擠出包覆過程中底膠不可見。一旦底膠出料異常，只能在切管時發現，這使得發現故障滯后，導致廢品增加。所以，在每次切管時，必須通過顏色判斷底膠出料情況。

4 結束語

目前，已經加工三層PE防腐管環形包覆用復合機頭六套，適應管徑32～377 mm，經過兩年多的實際生產證明，在小口徑鋼管三層PE防腐層生產中，采用復合機頭方案，降低了制造成本和運行成本，生產線調整方便，鋼管與機頭內孔刮蹭現象減少，產品廢品率低。產品經檢驗，層間氣泡少，粘接強度高，質量完全符合SY／T0413-2002標準的要求。

[1]周大博，史福忠，陳文舉.小口徑三層PE防腐管圓模負相包覆成型裝置[J].石油工程建設，2004,30（1）：44-46.

[2]賈潤禮，趙光星.新型塑料擠出機頭設計[M].（第1版）.北京：國防工業出版社，2007.

[3]張嗣伋，賈宏慶，李生軍.鋼管防腐雙層復合式擠出包覆機頭[P].中國專利：ZL200520006581.6，2007-01-24.

Development of 3PE Anticorrosion Pipe Circular Coating Compound Mould

LI Sheng-jun（Tianhua Chemical Machinery and Automatization Research and Design Institute,Lanzhou 730060,China），JIA Hong-qing,HE Xiao-lin

Instead of single mould,a double-layer compound mould is developed to reduce the length that a mould occupies in 3PE anticorrosion pipe circle coating production line.The double-layer compound mould has two independent feed ports and two independent tubular shaping channels.The inner and outer channels are placed concentrically,which allows the kernel model of the outer channel to act as the outer model of the inner channel.PE-layer and glue layer are composed isolated from air inside a compound mould,at the same time the compound layer is wrapped up on the epoxy-powder-coated steel pipe by means of underpressure action.Now the double-layer compound mould occupies 40%length of the original in production line,increases coherence strength between layers,and also reduces production and operation costs.

small diameter pipe;3PE;anticorrosion pipe;double-layer compound mould;development

TE988

B

1001－2206（2011）06－0039－02

李生軍 （1961-），男，內蒙古額濟納旗人，高級工程師，1986年畢業于蘭化職工大學化工機械專業，現主要從事管道防腐保溫設備設計及研究工作。

2011-03-02