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        管道防腐大修涂料——聚脲涂料噴涂設備及工藝

                                    管道防腐大修涂料——聚脲涂料噴涂設備及工藝
                                            劉明輝1,李志勇2,阿拉坦夫3,劉敬童4



        (1.中國石油管道科技研究中心,河北廊坊065000;2.中國石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司,北京100007;3.中國石油天然氣管道局國際事業部,河北廊坊065000;4.中國石油天然氣管道局新聞中心,河北廊坊065000)

        摘要:近年來,出現了一種新型的管道防腐大修涂料———聚脲涂料,該涂料性能優異,但對設備和操作條件要求較高。文中探討了管道防腐大修用聚脲涂料對噴涂設備和噴涂工藝的專業化要求。通過對噴涂設備的各個部件性能和作用的研究,得到了一套噴涂設備連接、操作以及維護保養的方法。文中對噴涂工藝進行了研究,確定了噴涂工藝的噴涂溫度和噴涂壓力等參數。

        關鍵詞:聚脲涂料;噴涂設備;工藝

        中圖分類號:TE8文獻標識碼:A文章編號:1004-9614(2012)01-0035-03

        0·引言

        聚脲涂料是國外近10年來,為適應環保需求而研制開發的一種新型無溶劑、無污染的涂料。

        它的特點是:施工工藝簡便,不受施工環境影響,可在-20℃以下和40℃以上施工,不受水氣及溫度的影響,涂層固化時間可在10s~30min范圍內根據需要任意調節;施工中無溶劑揮發,是完全的綠色環保涂料;由于有快速固化的特點,施工可在任意曲面、垂直面及各種復雜部件上進行,噴涂后表面光潔美觀;具有耐水、耐酸堿、耐輻射、耐氧化、抗微生物等優良的物理化學性能。

        它的另一個特點是,在各種基材上(包括鋼、鐵、鋁、水泥、木材等),都有十分強勁的附著力,幾s內即可與基材形成強韌的共價結合力,很難再從基材上除去。涂層形成后,30min即可使用,并具有很強的力學性能,極高的耐熱、耐水性能和防腐隔熱性能。

        此項技術已在世界范圍的輸油管網防腐修復中得到迅速的推廣應用。國內也已經開展了關于這項技術的研究。

        1·噴涂設備的組成部件及操作維護

        1.1噴涂設備的組成部件

        由于聚脲涂料的A、B(R)雙組份反應極快,一般靜態混合噴涂技術已不能應用于施工,所以必須采用雙組份高溫高壓無氣噴涂設備。專業化噴涂設備必須包括:平穩的物料輸送系統、精確的物料計量系統、均勻的物料混合系統、良好的物料霧化系統與方便的物料清洗系統。此噴涂設備必須具有加熱保溫、加壓、撞擊混合等功能,由于聚脲涂料對噴涂設備的強烈依賴性和噴涂設備本身的復雜性,所以對噴涂設備和工藝進行專門的調研、考察和研究是保證對管道防腐大修用聚脲涂料進行研究的重要條件。

        通過對噴涂機具的調研,選擇了H20/35Pro型自動化噴涂設備。并對其各個部件的性能、作用以及操作和保養等方面進行了研究。

        噴涂設備主要由噴涂主機、抽料泵、噴槍、噴槍清洗罐、噴涂輔助設備等組成。

        1.1.1噴涂主機

        H20/35Pro主機采用對置活塞計量泵,可以消除工作時的不均勻負載,可延長密封件的壽命,整體型的泵底座可以確保在泵循環過程中壓力的穩定性,從而提供非常穩定的噴涂型式和灌注應用時可靠的重合性。同時,H20/35Pro主機的軟管加熱和自動溫控系統加熱能力強、預熱快,由靠近槍的淹沒在原料流中的溫度傳感器來自動控制溫度,可精確控溫。表1為H20/35Pro主機的系統技術參數。表1中,1psi=6.89kPa.

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        主機配備的計量泵裝備有正位移、雙作用活塞泵。可供選擇,提供特定的比例范圍為1∶4~4∶1。UHMW密封與加硬的鍍鉻活塞桿和氣缸壁可保證泵系統最佳的可靠性。每個泵上均有過壓安全保護開關。此外,GUSMER獨有的計量泵回復裝置可以自動把異氰酸脂泵軸完全定位在氣缸內,以防止濕度的污染,延長泵密封件的使用壽命。

        1.1.2抽料泵

        H20/35Pro型主機配備的是2∶1氣動抽料泵,壓力比為2.25∶1,輸出量連續工作為21L/min,而間歇工作時為42L/min.該泵既可以用于200L工業大桶,也可以用于各種小包裝物料的輸送。抽料泵與主機之間管路的長度和粗細都有嚴格的要求,否則會導致供料不足。

        1.1.3噴槍

        同時選定了GX-D71噴槍。GX-D71噴槍可實施高溫、高壓、對撞式沖擊,從而實現A料與R(B)料的均勻混合。

        混合室內部碰撞混合通過精確加工的具有較長服務壽命的混合模塊來實現,有多種不同型號可用,當與模式控制塊結合使用時,提供最適宜的混合和模式工程。在槍的出口處,配有不同形式的模式控制盤(PatternControlDisc,簡稱為PCD)。通過改變PCD的型號,可實現圓形、扇形噴涂及澆注和不同的輸出量,提供更有效的混合和模式工程。槍上的閥桿與前后密封件及氣帽的協同配合完成了開槍/關槍時的機械自清潔過程,可以清洗每次噴灌后從混合室清洗出的所有混合原料,減少昂貴的、對環境有害的溶劑清洗程序。較長時間的停槍(如排除故障、過夜等)只需用專門的洗槍罐和有機溶劑進行徹底清洗,不必拆卸槍體。

        1.1.4噴槍清洗罐

        噴槍的內部構造十分精細并且A、R料又極易固化,因此普通清洗方法已經無法對噴槍進行徹底清洗,必須使用專門配備的高壓噴槍清洗罐清洗。

        GX-D71噴槍是機械自清洗式噴槍,是撞擊型、無氣霧化噴槍的混合室和閥桿的有機結合。從上述GX-D71噴槍的特點看出:這種設計不需要傳統的噴槍那樣在暫停噴涂時必須用有機溶劑或高壓空氣來清洗槍頭,大大減少了維護和保養的工作量。但在較長時間的停槍(如周末、過夜等),必須用專門的噴槍清洗罐,用少量有機溶劑進行徹底清洗,但不必拆卸槍體。在實際使用GX-D71槍連續施工時,每周只需要拆槍清洗一次就足夠了,拆卸、安裝比較簡單。

        1.1.5噴涂輔助設備

        噴涂設備的輔助設備主要包括空氣壓縮機和油水分離器。空氣壓縮機是整個噴涂系統必需的設備,為抽料泵、噴槍、氣動主機的比例泵提供動力。市場上常見的空氣壓縮機有活塞式和螺桿式2種。活塞式空壓機雖然噪聲較大,但是其質量較小、體積也較小。最終選定了活塞式空壓機。油水分離器主要用于除去空氣中的水分、油分和微小雜質。未經干燥凈化的壓縮空氣會使氣動機構中的各種元件嚴重受損;更重要的是,壓縮空氣中夾帶的油分、水分、雜質會使聚脲涂料涂層出現縮孔、鼓泡等缺陷,破壞涂層的外觀質量和內在品質。

        1.2噴涂設備的操作維護

        1.2.1噴涂設備連接

        在噴涂現場,噴涂設備包括H20/35Pro主機、GX-D71噴槍、提料泵、供料管、A組分、R組分、加熱軟管等許多部件,必須合理地連接,才能保證噴涂作業順利完成。圖1為噴涂現場的設備連接示意圖。

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        空氣從空氣壓縮機出來,必須經過空氣干燥器。2個提料泵分別插入裝有A組分和R組分的工業大桶中,物料從提料泵隨供料管進入主機,在主機中經過精確計量泵控制體積比為1∶1,同時接受主機的加熱和加壓。隨后,物料流出主機,經過保溫軟管,到達噴槍,在摳動扳機后,從各自的方向經過過濾網在混合室中高壓撞擊混合,然后高速噴出,在噴嘴處接收壓縮空氣形成均勻的扇形或圓形物料面,噴涂到鋼管上固化成形。

        1.2.2噴涂設備的現場操作

        噴涂設備結構復雜,連接復雜,操作步驟繁多,并且整個噴涂過程中任何一個步驟出現差錯都有可能導致設備直接報廢,所以必須對整個噴涂過程中設備操作步驟予以標準化確定。經過反復的噴涂試驗摸索后,確定了噴涂設備現場操作步驟,并嚴格按照設定的操作步驟進行操作,保證了噴涂試驗的正常進行。

        1.2.3噴涂設備的維護

        在設備長期處于不工作狀態時,為防止A、R料大桶和抽料泵接觸潮濕空氣而結晶、固化、變質,需要將A、R抽料泵從200L大桶中移出,并插入裝有清洗劑的保護套中,同時將A、R料的料桶充入氮氣封存。關閉主機,但不關空壓機及A料、R料進料球閥。

        進料泵正常工作時,用DOP洗液頂完施工(實驗)時管內原料后,繼續用DOP進行循環式清洗,清洗結束后殘存液封存于輸料管內。循環清洗時,洗液20kg、壓力3~5MPa清洗30min,分3次進行。蓋上機器防護網罩,存放固定庫房。

        2·噴涂工藝的確定

        聚脲涂料采用高溫、高壓、對沖撞擊式混合工藝,因此其噴涂過程中是否反應完全、性能是否優良很大程度上取決于噴涂工藝的正確確定。噴涂工藝的確定主要包括2個關鍵參數的確定:噴涂溫度和噴涂壓力。

        2.1噴涂溫度的確定

        在聚脲涂料的噴涂過程中,升高溫度對改善噴涂效果是十分有利的。同時,聚脲涂料的反應溫度常數的溫度敏感性低,因此升高溫度不會引起反應速度的急劇加快,反而會由于物料黏度的明顯下降,使A、R料的混合及流動性得以改善,從表觀上看似乎升溫反而使反應更加平緩了。實際的溫度控制在70~75℃.對軟管進行加熱是為了保證在物料的傳輸過程中,A、R料的溫度不會隨傳輸距離的延長而降低,從而增加體系黏度,導致混合效果不好。因此,軟管的加熱溫度應該與主加熱器中的溫度基本保持一致或稍高,一般也設定在75℃.此外,軟管的溫度比主加熱器的溫度上升得緩慢,所以一般開軟管加熱以方便操作。

        2.2噴涂壓力的確定

        聚脲涂料是在高壓撞擊混合反應的,因此,提高壓力對整個體系的性能都有明顯的益處。壓力提高后,霧化效果更好,涂層表面的粗糙、橘皮現象也明顯消失;但缺點是壓力提高后,噴涂的反濺現象加重,需要進一步加強非噴涂區域的遮護和施工人員的防護,從而給整個施工過程帶來更大的安全隱患。經過實驗,認為聚脲涂料的噴涂壓力在2000~3500psi之間。

        2.3噴涂壓力差的調節

        對聚脲涂料來說,最理想的混合效果是:A、R料的密度一致、加熱溫度一致、噴涂壓力一致,從而保證聚脲涂料的等當量反應。但實際上,由于A、R料的密度、黏度等各種物理性質往往不同,所以難以實現理想的混合。體現在操作上就是噴涂時,A、R料的噴涂壓力差難以調節到0。

        噴涂時應特別注意A組分和R組分的壓力差,當壓力差≤500psi時,可保證2種料的均勻混合;當壓力差大于500psi時,必須重新調節物料,以保證物料混合均勻,并保證不在噴槍中固化。

        因此,在實際的噴涂過程中,依據不同的聚脲涂料配方,對A、R料的壓力差進行實地調節是制備高性能聚脲涂料的重要步驟。

        在準備噴涂時,首先試噴2張聚脲板子,在試噴的過程中,觀察A、R料的出料壓力表,計算兩者的壓力差。如果兩者的壓力差大于500psi,應該立即停止噴涂,對壓力進行調節。

        調節壓力的辦法是調節A、R料的加熱溫度。一般升高A料的加熱溫度,降低R料的加熱溫度,然后重新進行噴涂作業,重新觀察壓力差,直至兩者壓力在500psi之內,最好在200psi之內。值得注意的是,無論升高還是降低溫度都不應該超出70~75℃的溫度范圍。

        3·結束語

        通過對現有聚脲噴涂設備中典型設備的研究,詳細地了解了聚脲涂料噴涂設備的各個重要部件的性能和作用,研究出設備連接、操作、維護和保養的一套方法。通過實驗確定了噴涂工藝中的噴涂溫度、噴涂壓力等參數。


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