輸氣管道內(nèi)減阻涂料黏度對(duì)鋼管內(nèi)噴涂的影響

謝航超

（中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島 066206）

0 前 言

隨著西氣東輸管道工程、中緬天然氣管道工程等一大批天然氣輸送管線的建成，輸氣管道內(nèi)減阻涂層得到了廣泛的應(yīng)用。在輸氣管道的鋼管內(nèi)噴涂作業(yè)時(shí)，尤其在低溫地區(qū)，涂層厚度差異很大，為保證涂層低點(diǎn)處的厚度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，涂層常常處于較厚的狀態(tài)，這樣就造成了涂料單位面積消耗的升高，而且還會(huì)引起涂層質(zhì)量缺陷。因此，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)熱保溫措施，減緩?fù)苛橡ざ鹊淖兓湍芨纳仆繉雍穸鹊牟町悾瑴p少涂層質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生，降低加工成本。

1 輸氣管道內(nèi)減阻涂層

輸氣管道內(nèi)減阻涂層是通過(guò)在鋼管內(nèi)表面噴涂液態(tài)環(huán)氧涂料，成膜后形成光滑的涂層，以降低鋼管內(nèi)表面粗糙度，減少管道的摩擦阻力，增加輸氣量。API RP 5L2《非腐蝕性氣體輸送管道內(nèi)覆蓋層推薦準(zhǔn)則》是目前輸氣管道內(nèi)減阻涂層常用標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)內(nèi)減阻涂料的性能要求見(jiàn)表1。

表1 內(nèi)減阻涂料性能的標(biāo)準(zhǔn)要求

2 鋼管內(nèi)噴涂的影響因素分析

鋼管內(nèi)噴涂時(shí)，先將內(nèi)表面除銹清潔的鋼管放在移動(dòng)小車上，保持鋼管周向旋轉(zhuǎn)，噴槍進(jìn)入鋼管內(nèi)向前端行進(jìn)，抵達(dá)前端后停止，再后退，后退過(guò)程中利用柱塞泵將涂料輸送至噴槍，涂料經(jīng)噴槍霧化后附著于鋼管內(nèi)表面，如圖1所示。

圖1 鋼管內(nèi)噴涂過(guò)程示意

在噴涂過(guò)程中，涂料霧化是鋼管內(nèi)噴涂作業(yè)的主要工序，而影響涂料霧化的因素主要有涂料的黏度、噴涂壓力和噴涂間距等，如圖2所示。涂料的黏度越大，涂料的霧化效果越差，噴涂時(shí)所需的壓力就越大。提高噴涂壓力雖有利于涂料霧化，但過(guò)高的壓力提升并不能帶來(lái)明顯的改善，反而會(huì)造成噴嘴、噴槍、活塞桿密封的過(guò)度磨損，而噴涂間距的調(diào)整空間也是非常有限。另外，涂料黏度變大時(shí)，流動(dòng)性變差，涂層表面會(huì)產(chǎn)生非常明顯的螺旋紋，在流平的過(guò)程中，不能充分流平，在涂層表面易形成類似橘皮狀的凹凸不平的缺陷。因此，涂料的黏度是影響鋼管內(nèi)噴涂效果的關(guān)鍵因素。

圖2 內(nèi)噴涂作業(yè)示意圖

3 內(nèi)減阻涂料黏度的特性分析

黏度是流體在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，阻礙流體內(nèi)部相鄰兩流體層間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用力，即流體的內(nèi)摩擦應(yīng)力。其物理意義是促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。黏度直接影響到涂料的霧化，是影響鋼管內(nèi)噴涂的一個(gè)重要因素。

測(cè)量涂料黏度的儀器很多，對(duì)于鋼管內(nèi)噴涂，并不需要知道涂料的動(dòng)力黏度，因此，采用流出杯測(cè)試涂料的流出時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)試比較是一種實(shí)用的方法。在黏度杯中添加涂料，由流出孔流出，記錄不同溫度下涂料的流出時(shí)間，可直觀地對(duì)比出不同溫度下涂料黏度的變化，如圖3所示。

在0～40℃溫度范圍內(nèi)對(duì)涂料A和涂料B進(jìn)行流出時(shí)間的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，涂料A和涂料B的流出時(shí)間隨溫度變化的趨勢(shì)基本一致，流出時(shí)間均隨著溫度的升高而降低。在低于5℃的區(qū)域，涂料B低于涂料A的流出時(shí)間；在高于30℃的區(qū)域，涂料A略低于涂料B的流出時(shí)間，說(shuō)明不同型號(hào)的涂料黏度對(duì)溫度的敏感程度不同。

圖3 黏度杯測(cè)試示意圖

圖4 不同溫度下內(nèi)減阻涂料的流出時(shí)間測(cè)試

從以上試驗(yàn)可以看出，從0～40℃涂料的黏度發(fā)生了很大的變化。因此，在實(shí)際噴涂時(shí)，應(yīng)根據(jù)涂料在不同溫度下黏度的變化，調(diào)整涂料溫度，保證涂料充分霧化，避免因溫度變化而引起涂層缺陷的產(chǎn)生。

4 內(nèi)減阻涂料黏度的變化對(duì)鋼管內(nèi)噴涂的影響

4.1 對(duì)涂層厚度的影響

涂料黏度的變化直接影響到涂料的霧化，而霧化效果直接影響著涂層的質(zhì)量。涂料經(jīng)噴嘴霧化后，在鋼管內(nèi)表面形成均勻的涂層，然后在固化爐內(nèi)經(jīng)40～60℃溫度固化，待涂層固化后，用磁性測(cè)厚儀測(cè)量?jī)?nèi)涂層的厚度，隨機(jī)測(cè)量三個(gè)截面周向均勻分布的四點(diǎn)處的涂層厚度。

經(jīng)實(shí)測(cè)，本地區(qū)冬季噴涂現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)涂料溫度大多在10℃左右，在相同的噴涂工藝條件下，選擇涂料A進(jìn)行噴涂，用溫度約為10℃的涂料（未預(yù)熱）與預(yù)熱至25℃（正常使用溫度）的涂料分別進(jìn)行噴涂，經(jīng)40～60℃固化后，測(cè)量涂層的干膜厚度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 涂料A在不同溫度下噴涂后隨機(jī)實(shí)測(cè)干膜厚度

圖5為10℃和25℃時(shí)涂料A噴涂后干膜厚度的分布圖。由圖5可以看出，涂料在10℃噴涂后的涂層的干膜厚度與其平均值96 μm的離散程度較大，而在25℃時(shí)噴涂后涂層的干膜厚度大部分集中在其平均值91 μm附近。

圖5 涂料A在不同溫度下噴涂后干膜厚度分布圖

涂料噴涂后干膜厚度的標(biāo)準(zhǔn)差為

式中：μ—涂層厚度的平均值；

n—測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量；

xi—涂層厚度測(cè)量值；

σ—涂層厚度的標(biāo)準(zhǔn)差。

兩組測(cè)量值代入上式，則：σ10℃=18.7 μm，σ25℃=9.1μm。 所以， σ25℃＜σ10℃。

通過(guò)以上分析可以看出，涂料在25℃時(shí)噴涂的干膜厚度差異明顯小于在10℃時(shí)噴涂的干膜厚度，在25℃時(shí)噴涂的涂層厚度差異更小。這說(shuō)明，涂料在不同溫度下黏度的變化對(duì)涂層厚度差異的影響很大。

4.2 對(duì)作業(yè)過(guò)程的影響及措施

冬季，在進(jìn)行內(nèi)噴涂作業(yè)時(shí)，隨著現(xiàn)場(chǎng)涂料溫度的降低，涂料黏度增大，涂料霧化變差，就會(huì)使涂層厚度差異變大，造成涂料的過(guò)多損耗，并且會(huì)在涂層表面經(jīng)常形成螺旋紋。形成的涂層經(jīng)流平固化后，表面易呈現(xiàn)類似橘皮狀的凹凸不平，即經(jīng)常所說(shuō)的橘皮現(xiàn)象，而且容易出現(xiàn)堵塞噴槍、計(jì)量混合模塊等現(xiàn)象，甚至引起噴涂泵故障，造成停機(jī)。

針對(duì)這種情況，往往通過(guò)適當(dāng)提高涂料的儲(chǔ)存溫度、提高攪拌速率等方法來(lái)減緩黏度的變化，但在實(shí)際作業(yè)中效果都不理想。實(shí)踐證明，對(duì)輸料管路、原料桶內(nèi)的涂料進(jìn)行預(yù)熱保溫，將涂料溫度控制在一定的范圍內(nèi)，避免黏度產(chǎn)生大幅度變化，對(duì)于提高內(nèi)涂層質(zhì)量、降低涂料消耗是一種有效的方法。鋼管內(nèi)噴涂預(yù)熱保溫過(guò)程如圖6所示。

圖6 鋼管內(nèi)噴涂預(yù)熱保溫過(guò)程

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)輸氣管道內(nèi)減阻涂層性能、鋼管內(nèi)噴涂特點(diǎn)、涂料黏度特性以及涂層干膜厚度的分析表明：

（1）在冬季作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)涂料溫度較低時(shí)，內(nèi)減阻涂層厚度的差異主要由涂料黏度增大引起，改善涂層厚度差異，可減少內(nèi)涂料損耗；

（2）在一定溫度范圍內(nèi)，內(nèi)減阻涂料的黏度隨涂料溫度的降低而增大，不同型號(hào)的涂料黏度有所差別，應(yīng)根據(jù)不同涂料的流動(dòng)特性，適當(dāng)調(diào)整鋼管內(nèi)噴涂工藝，將涂料溫度控制在適合噴涂的范圍內(nèi)，降低涂層厚度差異，減少涂層質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生；

（3）黏度是內(nèi)減阻涂料流動(dòng)性的重要指標(biāo)，對(duì)鋼管內(nèi)噴涂的影響至關(guān)重要。除黏度外，噴涂氣壓及噴涂間距、鋼管轉(zhuǎn)速、噴槍移動(dòng)速度、噴嘴的磨損等都影響著鋼管內(nèi)噴涂，只有通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累，摸索規(guī)律，才能更好地控制涂層厚度，提高涂層質(zhì)量，降低涂料消耗。

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