自來水廠供水鋼管制造

吳廣鵬

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410004）

1 工程簡介

成都市自來水七廠一期工程供水工程包括從光華八線至沙西線、沙西線到川陜路以及沙西線、陴縣的高壓管，其南北大道中穿越河流、鐵路、公路等障礙處均采用螺旋縫埋弧焊鋼管，總工程量達35 000 多噸。

2 制造難點及對策

（1）鋼管最大管徑為2640 mm，其直徑超過現行國家標準及行業標準的型號規格，為國內最大。在建工程和市場對直徑1620 mm 以上的螺旋縫埋弧焊鋼管的需求較小，而市面上現有的螺旋縫埋弧焊鋼管機組成型機的外控輥的結構尺寸，是根據常用批量鋼管的直徑設計的，無法滿足本工程需要。同時隨著鋼管管徑增大和重量的增加，其成型時外形尺寸、橢圓度及表面質量的控制難度加大，現有的螺旋縫埋弧焊鋼管成型機組生產線設備無法滿足管徑為2640 mm 生產要求。

（2）本工程的螺旋縫鋼管采用100%固體含量無溶劑聚氨酯涂料，其涂層厚度設計要求≥800 μm。涂料包含A（多異氰酸酯）、B（多元醇）兩種組分，屬于物理性能和耐腐蝕性能優良的新型環保涂料。此種涂料常溫黏度大、噴涂需采用專用加溫加壓設備，其成膜過程是快速、放熱的化學聚合反應，涂層間隔時間短，固化時間快，而鋼管表面涂層設計厚度≥800 μm，需要一次噴涂完成，并且噴涂工藝不當易出現起泡、針孔、層間剝離、厚度不均等現象。

2.1 鋼管成型制造

鋼管制造的主要設備是螺旋縫埋弧焊鋼管成型機組。螺旋縫埋弧焊鋼管成型機組的工作原理是根據三輥成型原理、鋼管直徑大小需要調整成型器的兩個下成型輥的間距及傾斜角度、上輥與下輥之間的距離，然后根據鋼管的直徑、使用的鋼帶寬度，采用公式算出前橋與后橋的角度。通過對機組的上述兩個成型參數的調節，以及在機組運輸過程中對影響螺旋鋼管的成型質量的鋼管的邊緣直線度等通過采取機組配置的圓盤銑進行加工保證直線度，或通過微調后橋與前橋的角度來保證鋼管成型的直徑、周長、圓弧度。

由于本工程螺旋縫鋼管直徑過大，目前的螺旋縫埋弧焊成型機組設備無法滿足制造需求。通對現有的螺旋焊管機組成型裝置的結構分析，結合鋼管材料的強度和彎曲半徑，認為螺旋縫埋弧焊機組拆卷、校平、剪板對接的部位能滿足鋼管生產，而在機組的成型預彎裝置、外控輥架、遞送導向裝置部位影響鋼管的成型外觀質量、成型幾何尺寸、焊縫質量，必須對設備加以改造，重點解決以下問題。

（1）通過增加生產線設備中帶鋼垂直導向裝置的支撐輥數量，解決帶鋼連續輸送中各方向的擺動產生鋼管成型焊縫間隙和橢圓度變化較大的成型難題。

（2）通過對生產線設備中帶鋼成型預彎裝置進行改造，計算對每排成型輥數量和形狀進行優化、改進，解決成型預彎裝置因每排輪輥各小輪輥間間距過大，使帶鋼自由邊懸空，造成帶鋼邊緣受壓不夠變形不充分而產生“竹節”現象的成型難題。

（3）對生產線設備中成型預彎裝置各成型輥之間的參數計算和多次試驗調整成型輥位置關系，解決鋼管成型中幾何尺寸和橢圓度控制難題。

（4）對螺旋縫埋弧焊管生產線設備成型外控輥機架結構進行擴展并經計算對相應部位加強，滿足D2640 mm 直徑的鋼管生產。在成型外控裝置位置增加輪輥數量，控制鋼管成型質量。

通過分析、計算，設計制造一個螺旋縫埋弧焊鋼管機組成型機外控輥裝置，可以有效解決上述難題。外控輥的結構尺寸是根據常用批量鋼管的直徑設計的，外控輥在成型中主要控制成型鋼管出成型輥時在機組上向前推進時的各方向擺動，從而保證鋼管的間隙和對鋼管的橢圓度的控制，根據鋼管的直徑通過研究采用對螺旋焊管機組成型裝置的外控輥機架結構進行擴展，采用計算機輔助設計根據鋼管尺寸和外控架上的輥輪結構，確定外控架的立柱高度和橫梁的長度實現整個框架結構尺寸保證鋼管的通過性，并經計算對相應部位加強。對控制輥的數量進行增加，有利于控制鋼管的橢圓度，將成型外控輪輥裝置數量由6個增加到8 個。在成型外控裝置鋼管腰部兩邊位置，各增加1 個可調節輪輥，更好的控制鋼管在成型后的擺動，滿足特大管徑2640 mm 直徑的鋼管生產。

2.2 鋼管防腐施工

鋼管設計涂層設計厚度≥800 μm，由于采用的是100%固體含量無溶劑聚氨酯涂料，涂料常溫黏度大、噴涂需采用專用加溫加壓設備，其成膜過程是快速、放熱的化學聚合反應，固化時間快，涂層間隔時間短，需一次噴涂完成和滿足鋼管涂層厚度。

經過研究，通過對防腐噴涂施工流水線的工藝設計和設備的改造，采取以下措施解決防腐施工中的難題。

（1）進雙管加熱式高壓無氣噴涂設備，噴涂時先將涂料加熱到60 ℃然后通過高壓無氣裝置進行噴涂，解決涂料黏度大噴涂的霧化難題。

（2）設計組裝螺旋縫鋼管自動噴涂裝置：鋼管在滾輪架上進行圓周轉動（設計徑向防移位裝置）、噴槍在移動臺車上進行直線運動，滾輪架和移動臺車采用變頻電機驅動，并經試驗對兩者運行速度進行匹配，解決鋼管涂層設計厚度≥800 μm，需要一次噴涂完成，以及噴涂工藝不當易出現起泡、針孔、層間剝離、厚度不均等難題。

（3）噴涂施工時，確保噴涂時噴槍角度不小于45°，噴射距離300～500 mm，噴涂時應對大于30°拐角、焊縫部位做加強處理，然后再進行大面積噴涂，施工時應連續作業噴涂間隔小于30 min，間隔大于30 min 時需對重新涂敷部位用角向磨光機打磨清理干凈后施工；保證防腐涂層外觀、厚度、漏點檢測合格。

相關圖示見圖1 和圖2。

圖1 防腐人工施工示意

圖2 自動化配套裝置設備噴涂施工示意

3 結束語

通過特大直徑螺旋縫埋弧焊管制造技術改進的共同努力，技術指標優于標準，焊縫間隙符合焊接要求，解決了鋼管的“竹節”外觀缺陷，技術指標優于標準要求。其設備改造費用約30 萬元，與購置大型生產線相比設備改造減少資金投入達600 多萬元；防腐自動化配套裝置設備其設備改造等費用僅為10 萬元，并且涂層厚度及外觀質量完全滿足設計質量要求。實踐證明，兩項技術改造切實可行，可為以后類似市政工程的自來水管網及類似的城市供水、石油天然氣、水電站引水管道等大直徑螺旋縫鋼管制造提供參考和借鑒。