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中小口径管道内防腐施工工法

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2020年4月19日
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中小口径管道内防腐施工工法

一、前言
在长输管道运行过程中，因输送介质中存在各种腐蚀性物质，导致引起管道内锈蚀，进而产生穿孔和泄漏的事故，造成生产停止、环境污染等问题。另外还使钢管内壁表面粗糙，运营费用增加等等，由此损失要数以亿元来计。
面对着当前凸现的全球能源危机以及对环境保护意识的不断增强，人们对输送油气钢质管道的内外保护越来越重视。在外防腐技术日臻完善的今天，管道内防腐施工技术开发与应用已经显得至关重要。
长久以来，国内内防腐施工技术一般采用的是开放式喷砂除锈和挤涂式涂装和补口，它的弊病在于除锈效率低下、涂层厚度和质量难于保证，特别是焊口处的涂层厚度无法得到保证，已不能适应当前的施工要求。对于高质量、高效率的管道内防腐施工方法，在大口径管道内防腐技术方面，国内各防腐企业研究较早，有个别成功经验。而中、小口径管道内防腐技术还很不成熟，特别是长距离管道内补口，基本上是没有解决的难题。
本工法的特点是，摒弃了以人工操作为主的开放式喷砂除锈和挤涂式涂装工艺，厂内预制全部采用机械化操作，极大地提高了施工效率，特别是解决了管道内防腐补口施工中存在的问题。施工时，能够进行焊道的长距离定位、除锈、补口施工，使全部管线内涂层连续、完整，确保管线内防腐整体质量，消除了管道内防腐补口施工难这一瓶颈。在造价方面，由于内喷涂及内补口施工设备均以220V交流电作为工作电源，所有设备在低能耗状态下，即可进行管道内防腐施工，降低了野外组织施工的难度，与其它施工方法相比施工成本较低；在施工安全方面，解决了因开放式喷砂所造成的环境污染及施工安全等诸多问题。
二、适用范围
该工法适用于中、小口径（管径范围为φ159-φ508mm）长输管道和油田集输管道的液态涂料内防腐预制和现场补口施工。
展开批量生产时，投入的设备经济数量如下：
1）建立一条可四根钢管同时除锈的除锈生产线单班可除锈管线1.0-1.5公里；
2）在预制厂内建立一条内喷涂生产线，在只采用一套内喷涂作业车情况下，单班生产能力为1.0-1.5公里；
3）在采用一套补口设备（包括内除锈、补口、检测）时，每工日可现场补口2公里管线。
三、工艺原理
本工法分为：厂内预制、现场补口、施工检测3部分。
3.1 管道内除锈原理
管道内除锈系统由供丸系统、喷丸系统、除尘系统、空气压缩系统、供管系统和电气控制系统组成。
主要部件有：提升机、螺旋分离器、螺旋输送器、喷丸室体、运管传动车、喷丸传动车、储气罐、油水分离器、空压机、管线平台等。
其工作原理为：由运管小车将钢管放入喷丸室体，喷丸小车带动砂罐前行，同时开启喷丸遥控装置，以压缩空气为动力的钢丸由散枪头喷射到钢管内壁，并由压缩空气带动进入喷丸室体，带粉尘气体经过除尘器排放到大气中；钢丸则由喷丸室底部排放口流入螺旋输送器后，依次经过提升机、螺旋分离器储存在供丸系统内。当喷丸小车行进到钢管管口附近完成内除锈工作时，喷丸小车上的砂罐口则正对供丸系统的排放口，开启气控闸阀进行装钢丸，随后喷丸小车徐徐后退并对钢管进行排气吹扫。当小车推到底部后，打开喷丸室体，经过运管小车将钢管运出，并装入待除锈的钢管，至此完成管线除锈作业。
3.2 管道内喷涂原理
内喷涂由管道内喷涂车完成，其主要由行走、供料、旋喷和控制四个部分组成。内喷涂车工作时以220V交流电作动力源，在管道内正反两个方向爬行，其最大爬行深度为20米；工作时所有的操作指令都经过控制箱上的按键来完成，操作人员可直观、准确、方便地进行操作。供料系统由料仓和料泵组成，料仓内的涂料经过电机带动的齿轮泵将其打入旋杯内，旋喷电机以 0r/min以上的旋喷转速，使旋杯内涂料在强离心力的作用下高效率雾化，均匀的喷涂在钢管内表面上，形成优良的防腐层。
3.3 管道内补口原理
现场补口由管道内除锈小车和喷涂小车来完成。
3.3.1 管道内除锈车
主要结构由行走、定位、除锈和控制等部分组成。工作时以220V交流电作动力源，行走系统的行走电机经过控制箱在管道内正反两个方向爬行，其最大爬行深度为300米；定位系统采用CCD定位装置，操作人员经过控制箱上的液晶电视可直观、准确、方便地确定要除锈的位置，开启除锈电机，使钢刷在焊道附近往返打磨，之至达到要求的除锈级别；工作时所有的操作指令都经过控制箱上的按键来完成。
3.3.2 管道内喷涂车
主要结构由行走、定位、供料、旋喷和控制等五个部分组成。工作时以220V交流电作动力源，行走系统的行走电机经过控制设备在管道内正反两个方向爬行，其最大爬行深度为300米；定位系统采用CCD定位装置，操作人员经过控制箱可直观、准确、方便地确定要补口补伤的位置；供料系统有料仓和料泵组成，涂料在料仓内经过电机带动齿轮泵将涂料打入旋杯内；经过旋喷电机,旋喷转速在每分钟 0转以上，使涂料经过旋杯在强离心力的作用下高效率雾化，使涂料均匀的喷涂在钢管焊道上；工作时所有的操作指令都经过控制箱上的按键来完成。
3.4 管道焊口涂层内检测原理
检测小车的主要结构由行走、摄像、灯光、测厚、测厚头旋转伸缩、控制等部分组成。设备工作时以220V 交流电作动力源行走，行走系统的行走电机经过控制系统可在管道内正反两个方向爬行，其最大爬行深度为300米；定位系统采用CCD定位装置，测厚头经过控制系统可在管内进行360°旋转伸缩，操作人员经过控制箱上的液晶电视可直观、准确、方便地确定要检测的位置；工作时所有的操作指令都经过控制箱上的按键来完成。
四、工艺流程和操作要点
4.1 厂内预制
4.1.1施工工艺流程
钢管上线
钢管内表面预处理
管道内吹扫
钢管内处理质量检验
管端处理
漆料配置
内壁喷涂
固化
质量检验
标 识
储存
发放
钢管内异物清除

图4.1.1-1 施工工艺流程图
4.1.2操作要点
1 钢管内表面预处理
1) 钢管上线：采用吊车或抓管机将合格的钢管放到施工平台上。
钢管内异物清除：采用目视的方法检查钢管内有无杂物，如果有应清除干净。
除锈作业：钢管内表面预处理采用钢管内壁喷丸生产线进行除锈作业，关键控制点为钢管内壁及钢丸必须干燥，气量充分、干燥无油污，一般根据每把喷砂枪的用气量来配备空压机大小，压力必须控制在0.6～0.7MPa间 ，调节好钢丸流量，这样才能保证有良好的效果。
① 将钢管由运管小车送入喷丸室内，由喷丸小车将喷丸枪头推进到送进管口处。
② 启动喷丸装置，当有钢丸喷出时，开动喷丸小车带动喷丸枪头缓慢向前移动，直到将整钢管喷射完毕，关闭喷丸及前进控制。
③ 将喷丸小车缓慢后退，同时开启吹气装置，进行余砂吹扫处理当枪头离开管口后，开启喷丸室盖，用运管小车送出内表面预处理完的钢管后，继续进行下一组钢管的内表面预处理。
2 管道内吹扫
将内表面预处理完的管线摆放在吹扫线平台，利用压缩空气对 钢管内壁再次进行吹扫，将钢管预处理时遗留在管内的微尘吹扫干净。
3 钢管内处理质量检验
钢管内表面除锈等级应达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB／T8923—1988中规定的Sa3级。
4 管端处理
在检测合格的管线两端60～80mm范围内涂刷硅酸锌可焊性防锈涂料，干膜厚度为20～40μm，以预防做完防腐层后的管线在焊接前再次生锈。
5 钢管内壁喷涂
利用管道内喷涂车对钢管内壁进行喷涂防腐。
1) 喷涂前，将配比、熟化好的涂料装进喷涂车的储料仓（涂料必须严格根据厂家的配比要求进行调配），然后把内喷涂车放到钢管内，启动内喷涂车控制箱上行走调速开关，使其行进到钢管的另一端。
2) 在管端安装锥形预留段保护套，使喷涂时能在管端留出刷有可焊涂料的预留段。
3) 按照规定的工艺参数调整设定好旋喷速度、行走速度和泵料速度，开启内喷涂车的料泵与旋杯旋转机构，待涂料充分雾化后，再开启行走开关使内喷涂车倒退喷涂，完成钢管内壁喷涂作业。
4) 涂层质量检测
当内防管喷涂完毕后将钢管摆放到操作台静置、晾干，24小时后进行内涂层的外观、厚度的检测，当检测不够厚度时应进行补喷。
6 内喷涂施工注意事项
1) 有专人操作、保管设备。
2) 施工时，喷涂小车要轻拿轻放，旋喷电机的轴及旋杯严禁有任何外力的碰撞，特别是在设备进出管道时要格外小心。
3) 电缆线在施工中和存放地要避免有车辆及器械等的碾压和冲击。
4) 设备应存放在阴凉、干燥、通风处，控制箱及车体严禁在太阳下暴晒。
5) 喷涂机用完后，应及时进行彻底的清洗，包括料仓、料泵、料管、旋杯以及车身等。较长时间不用时，严禁不清洗、清洗的不彻底或料仓内有剩料。
4.2 现场补口
4.2.1补口工艺流程图
补口准备
管道内焊口除锈
除锈质量检测
管口内喷涂
内防腐层质量检测
固化
验收

图4.2.1-1 补口工艺流程图
4.2.2操作要点
内补口先用管道内除锈车对焊口进行除锈，然后采用管道内补口车进行管道焊口喷涂，待涂层完全固化后采用管道内检测车进行观测、检查。
1 管道内焊口除锈
利用管道内壁焊口除锈车对焊口内壁利用自带的两个钢丝刷进行正反转两个方向进行除锈。
2 除锈质量检测
采用管道内壁检测车进行检测，检测方法：将检测车放进管道内，寻找到焊口位置后对管道焊口内壁的除锈情况经过信号传输到监测器的屏幕上，并与标准中St3级的图片进行比较，除锈效果应符合要求。
3 焊口内喷涂
利用管道内补车经过车上自带摄像头对焊口进行定位、喷涂。施工方法及工艺与管道内喷涂车相同。
4 内防腐层质量检测
涂层固化后，采用管道内壁检测车进行检测，检测方法：将检测车放进管道内，寻找到焊口位置后对管道焊口内壁的喷涂情况经过信号传输到控制箱上的液晶显示屏上，然后经过探测头对防腐层进行检测。
五、 施工设备与材料
5.1 施工设备
5.1.1管道内除锈线
管道内除锈线具备：结构合理、操作简便、环保节能、自动化程度高，可实现工厂化连续生产的生产线。该生产线在性能上还具备以下特性：
钢丸喷射
适用φ159-φ508mm间任意管径
除锈等级达Sa1～Sa3任意级别
除锈效率在60m2/h以上
一次动作能够完成4根钢管除锈作业
5.1.2管道内喷涂
管道内喷涂机应具备：结构紧凑，操作简便，行速均匀，高效雾化，特别适用于厚浆型重防腐涂料的设备。该线在适用性上还应具备以下特性：
适用管径φ159～φ508mm
涂料喷嘴旋喷速度：≥ 0r/min
适用涂料粘度：涂-4杯≤150 秒
一次作业距离：不小于20m。
雾化均匀，涂膜厚度一致。
一次成膜厚度为：30μm～500μm（根据所用涂料不同而定）。
5.1.3管道内补口设备
管道内补口施工分三个部分，分别为管道焊口内除锈、管道焊口内喷涂、管道焊口内检测。其共性部分要求：结构合理，能在管内300米的范围内自由行走，操作简便，自动定位，可从显示屏上观测到每个焊口。具体要求如下：
1 管道焊口内除锈车：
适用管径φ159～φ508mm
旋转式钢丝刷除锈
自由确定除锈宽度
除锈级别不小于St3
2 管道焊口内喷涂车：
适用管径φ159～φ508mm
旋喷速度：≥ 0r/min（低于该值雾化不好）
适用涂料粘度：涂-4杯≤150 秒
雾化均匀，涂膜厚度一致
一次成膜厚度为：30μm～500μm（根据所用涂料不同而定）
3 管道焊口内检测车：
适用管径φ159～φ508mm
可观测和检测300米范围内任意焊口涂层厚度。
5.2 防腐涂料
根据工程设计要求，选择不同性能指标的防腐材料，防腐施工时，根据材料的性能指标，采取不同的生产工艺参数。
六、质量控制
6.1 执行标准
为保证施工质量，使管道内防腐质量满足使用功能需要，施工时应严格按照设计方案及SY/T0457- 《钢质管道液体环氧涂料内防腐技术标准》中规定的技术及质量要求进行施工。
6.2 质量要求
6.2.1 产品生产过程中应有各工序的质量检验记录。本道工序质量不合格，禁止进入下道工序。
6.2.2 钢管内表面预处理后，采用管道内检车进行检测，检测方法：将检测车放进管道内，在行进过程中将管道内壁的除锈情况经过信号传输到液晶显示屏上，并与标准中Sa3级的图片进行比较，除锈效果应符合要求。
6.2.3 防腐层外观检查：防腐层实干后采用管道内检测车进行检测，检测方法：将检测车放进管道内，在行进过程中将管道内壁的喷涂情况经过信号传输到液晶显示屏上检查其外观是否平整、光滑，有无气泡、漏涂和流挂现象。
6.2.4 防腐层厚度检测：防腐层实干后，利用管道内检测爬行器，将检测车放进管道内，在爬行过程中对钢管内壁任意确定三个位置，检测每一个位置沿圆周方向均匀分布的任意4点，厚度应≥250μm或设计的规定。
6.2.5 经过上述质量检查不合格的防腐层都应补涂或重涂，直至合格。
6.2.6 当环境相对湿度大于85%时，应对钢管除湿后方可作业，严禁在雨、雪、雾及风沙等气候条件下露天作业。
6.3 技术措施及管理办法
6.3.1施工时，应采用定人、定岗、定责的办法组织施工，施工关键岗位必须做到由有经验的技术人员根据本班次的施工内容及施工环境情况进行班前到岗技术交底。
6.3.2钢管内表面采用抛丸方式除锈达到Sa3级，预处理后，应用清洁、干燥、无油的压缩空气将钢管内砂粒、尘埃、锈粉等灰尘清除干净。
6.3.3若钢管内壁潮湿，喷涂施工前，应将钢管预热驱除潮气，预热温度控制在40-60℃。
6.3.4当环境温度<25ºC时，内壁一次成湿膜厚度应达到250-300μm，一次成干膜厚度应达到150-200μm；当环境温度25ºC-40ºC时，内壁一次成湿膜厚度应达到350-400μm，一次成干膜厚度应达到150-200μm；当环境温度>40ºC时，内壁一次成湿膜厚度应达到250-300μm，一次成干膜厚度应达到150-200μm。
七、安全措施
7.1 执行依据及有关规定
1)防腐生产的安全、环保应符合(涂装作业安全规程 涂漆前处理工艺安全及其通风净化)GB7692的要求。
2) 涂漆区电气设备应符合国家有关爆炸危险场所电气设备的安全规定，电气设施应整体防爆，操作部分应设触电保护器。
3) 钢质管道除锈、涂敷生产过程中，所有机械设施的转动和运动部位应设有防护罩等保护设施。
4) 工作场所必须通风。
5) 工作前要详细检查，施工设备、机具要符合HSE要求。
6) 所有涂料应存放在阴凉通风处，不能在阳光下保晒。
7) 施工作业时，要穿戴好劳动保护用品，衣袖、裤脚、领口要扎紧，并要戴口罩、风镜，接触有毒物质时还应戴防毒面具。
8) 启动设备前要给各岗人员发预备信号，严格按照各种作业线及设备操作规程作业。
9) 严禁在施工现场进餐、喝清凉饮料或吸烟。
10) 工作完毕后,要将残存的易燃、有毒物质及其它杂物清除干净。
7.2 安全要求与预防措施
1) 提高安全生产意识，使施工人员都能意识到在施工过程中危险是随时存在的，所有人员必须认真遵守安全条例和安全规定；所有施工人员在被派到现场之前，都必须了解拟进行的工作危险点及全防范措施。
2) 根据安全要求应向项目人员和业主代表、监理工程师提供在工作中所需要的安全保护用具（包括防护衣服、头盔、护目镜、工作鞋等）。
3) 施工现场设安全生产和操作规程牌,在有潜在危险的地方设明显的安全警示标志,必要时设置安全栏杆，以控制车辆及行人的行动。
4) 对所有到施工现场的参观者，在进入施工现场之前，应有可能对她们造成的伤害的特殊危险识别标志进行导向，包括警告、个人保护设备的使用和公司安全政策等。
5) 教育并监督所有员工遵守所有法规及正确使用个人防护设备。作业现场及生活区应配备必须的安全设施，如消防设施（灭火器、灭火沙、桶等）及安全护栏、防护标志牌等。
八、环保措施
钢质管道除锈、涂敷生产过程中，各种设备产生的噪声应符合(工业企业噪声控制设计规范)GBJ87的有关规定。
钢质管道除锈、涂敷生产过程中，空气中粉尘含量不得超过《工业企业设计卫生标准》TJ36的规定。
钢质管道除锈、涂敷生产过程中，空气中有害物质浓度不得超过《涂装作业安全规程 涂漆工艺安全及其通风净化》GB 6514的规定。
对产生的废弃物等，按照要求进行处理，不得随意丢弃垃圾和废弃物。