管道内防腐施工工法.docx

中小口径管道内防腐施工工法
0 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。此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。
当前，管道内防腐施工在国内防腐领域来说是一项技术含量高、施工难度大的防腐工艺，它的难点在于管道内防腐机械化预制生产和现场补口工艺技术，其主要问题有：
1）如何实现小口径管道内防腐机械化作业？
2）怎样提高管道内除锈效率和除锈质量？
3）如何保障管道内涂层的涂覆效果？
4）如何真正解决长距离管道的内补口问题，确保整体防腐质量？
2004年9月我公司中标苏丹三七区FSF项目管道内防腐工程，为此，公司组织了管道内防腐技术的科研攻关，并在该工程中成功应用，得到业主、监理、总包商的高度评价。该项科研成果被评为公司2005年度科技进步一等奖，以该项科研项目为基础展开的创新型QC小组活动荣获了2005年度华北石油管理局QC成果二等奖，关于该项施工技术的论文荣获2006年度石油天然气中心站年会论文评比一等奖。
在此基础上，公司组织编制了《中小口径管道内防腐施工工法》并在2006年度苏丹三七区FSF项目管道内防腐工程续建工程中取得良好的效果。
1 工法特点
长久以来，国内内防腐施工技术通常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，可以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，与其他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。
总之，此项管道内防腐施工技术具有防腐质量好、生产效率高、补口技术创新、检测手段先进、施工造价低、施工环境优、检测手段先进等显著特点。
2 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。
3 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，带粉尘气体通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，依次通过提升机、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，通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通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，料仓内的涂料通过电机带动的齿轮泵将其打入旋杯内，旋喷电机以20000r/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通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，操作人员通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通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通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，操作人员通过控制箱可直观、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，涂料在料仓内通过电机带动齿轮泵将涂料打入旋杯内；通过旋喷电机,旋喷转速在每分钟20000转以上，使涂料通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通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通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，测厚头通过控制系统可在管内进行360°旋转伸缩，操作人员通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通过控制箱上的按键来完成。
4 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

图4.1.1-2 施工工艺示意图
4.1.2操作要点
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，气量充足、干燥无油污，通常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。
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
5 施工设备与材料
5.1 施工设备
5.1.1管道内除锈线
1 设备型号HS55GP型。
2 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
一次动作可以完成4根钢管除锈作业
5.1.2管道内喷涂
1 设备型号YQP-30-I型。
2 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：≥20000r/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：≥20000r/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
5.2.1根据苏丹气候和生产的特点，加之工期紧的需要，我们对国内外的涂料进行了详细的调查和研究，因此确定以下特殊要求：
1) 重防腐型厚浆涂料；
2) 喷涂后满足一次成膜、干膜厚度达300μm ；
3) 能够在50 ℃的环境温度下，在1.5 小时内不抱聚；
4) 在50 ℃的环境温度，喷涂达到一次成膜厚度要求的下，湿膜不流挂、不滴流；
5.2.2其它工程施工可根据工程设计要求，选择不同性能指标的防腐材料，防腐施工时，可根据材料的性能指标，采取不同的生产工艺参数。
6 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/T0457-2000《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。
6.2.4 防腐层厚度检测：防腐层实干后，利用管道内检测爬行器，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。

6.3 技术措施及管理办法
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27 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，应有可能对他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。
8 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。
9 效益分析
该工法自2004年12月中旬在苏丹投入应用至今，共计生产和防腐补口了6寸-20寸管道110公里，实现合同收入1197万（人民币）。工程除锈、喷涂 、补口质量一次合格率达到99% ，得到业主、监理和总包商的高度评价。
9.1管道内防腐除锈生产线的实际应用
由于采用了环保型密闭喷丸除锈的智能化控制系统，实现了自动上下管、行走、喷丸、回收、装料及粉尘处理的全自动化操作功能，该项技术在国内同行业中处于领先水平。由于该项技术的运用，在苏丹三七区内防腐施工中发挥了极大的作用，确保了工程的顺利完成，它的优势具体体现在：
1) 自动化程度高、操作简便、安全环保。
由于采用了全自动化的控制，各项工序都通过中央控制箱来操作控制，同时由于采用了密闭喷丸和自动筛砂、上料，避免了灰尘满天的现象和施工人员倒料、装料的大体力劳动，所有工作仅需三人即可完成。
2) 质量好，除锈效率高。
施工中，所有的工序都是通过设定好的参数来运行的，施工人员在工作中只需看好控制箱并进行巡检即可，避免了以往的职工的疲劳施工和行速不平稳的现象，从而保证了除锈的施工质量，通过使用四把喷枪对四根钢管同时进行除锈的作业，又极大地提高了生产效率。在苏丹三七区的内防施工中，该线单班生产效率达1.0～1.5公里，而且除锈质量均为优良。
3) 管径适应性宽，可满足在φ76-φ508间的任意管线。
由于该生产线可根据管线规格调换不同的喷砂枪头，在苏丹现场施工中，我们分别配备了250型散枪头和508型旋转枪头。
9.2管道内喷涂施工实际中的应用
该项施工技术采用的是喷涂小车在管内行走的喷涂方式，改变了以往的挤涂法施工，设备的旋喷、行走、泵料均由主操作手向控制箱输入参数自动完成，同时该设备高固体含量的厚浆型环氧涂料有着极好的雾化性，湿膜一次喷涂厚度可达400μm而不流挂，喷涂均匀，涂层厚度前后基本一致，从而实现了流水线式作业，大大地提高了施工效率，降低了生产成本。该项技术和工艺属国内领先技术，并在苏丹三七区内防腐施工中发挥了强劲的功效，它的优势具体体现在：
1) 结构紧凑，操作简便，行速均匀，高效雾化。
由于采用了微型电机、变频器和集成电路，该工装具有极为紧凑的结构，通过将电机的运转数据转换成数字显示在控制箱操作屏上，因而操作起来极为方便，全部喷涂作业仅需三人即可完成。
2) 漆膜外观质量好，厚度均匀，一次成膜厚度可达300μm以上。
3) 施工效率高，适用φ159～φ508间的任意管径。
由于设备体积小重量轻，操作简便，凡具备220V电源的场地均能施工，而且施工速度极快，以12米管为例，其生产速度为6min/根。对于不同管径的钢管，通过更换拓展轮调好中心即可方便施工，因而极有很宽广的适应性。
9.3管道内补口施工实际中的应用
由于焊接中的热应力影响，焊材和基材的差异易形成电化学腐蚀的因素，以及单管道内涂后，会在焊口附近形成一个大阴极小阳极的腐蚀电池形态，使得焊口处较原来更快速度的形成腐蚀穿孔。因而管道内补口技术成为管道内防腐中的核心技术，以往单根管道的涂层内衬施工相对容易实施，但是对安装焊接后焊缝处再进行补口补伤处理，却没有一个良好的办法。我们此次采用的技术是在管道内喷涂车上加装摄像头自动定位和计数装置，通过采用CCD定位技术和可视电视的观测监控系统，能对管道的每一道焊缝在准确的监测中进行除锈、喷涂和检测，彻底解决了挤涂工艺中施工情况无法观测，涂层厚度和质量无法保证的弊端，此项技术的应用是管道内防腐施工的一项技术革命，其先进的技术性能和优越的使用性能在国内位于领先水平。通过在苏丹三七区内防腐施工中的应用，该项技术的优点具体体现在：
1) 对于我们选用的高粘度的环氧厚浆性环氧涂料有良好的适应性，一次喷涂即可达到所需厚度要求，缩短施工了周期。
2) 对环境的施工条件及配套设施要求较低，施工速度快，质量容易得到控制。
3) 采用电动驱动，能耗低。在野外施工时一台250w的发电机就可提供充足的动力供应。
4) 补口作业中，采用视觉光学定位系统 ，定位准确、直观、方便，科学的检测手段，能使管道内补口工程质量得到有效的保证。
5) 现场安装快捷，生产效率高，一套设备一天可200道口以上，并且在现场补口作业可和管道安装单位实施交叉施工，利用安装单位的就餐或休息时间，完成喷涂补口施工。使管道安装现场的各工序的配合变得简单易行。
9.4 管道弯管内补口施工实际中的应用
由于长输管道施工中的拐点很多，而现有的补口设备无法进入弯管，为保证在管道内防腐施工中确保无一道漏涂焊口，我们通过采用管道内喷器，安装上可调节找正的滑轨，接上高压软管，然后根据弯管的长度将内喷器送入焊口附近，开启高压无气喷涂机慢慢拽出的工装，该方法监测车虽无法进入检测防腐层厚度，但能保证管内焊口处喷涂均匀无漏涂现象，因而该技术的应用也解决了国内防腐领域弯管焊口难以防腐的实际问题。
10 应用实例
该项工法自2004至今，在苏丹3/7区FSF管道项目内防腐工程及其续建工程中成功应用。本工法设备结构紧凑 、自动化程度高，全封闭施工，施工人员劳动强度低 、劳动力投入少，产品质量好，环境污染小，达到国内领先水平，具有广阔的应用前景。