一种耐蚀搪瓷复合管道及其制造方法与流程

本发明属于管道防腐领域，涉及一种耐蚀搪瓷复合管道的制造和施工方法。

背景技术：

腐蚀一直是引起石油、天然气等行业管道破坏和失效的首要原因。

当前，国内外用于管道防腐的涂层以有机涂层为主，如沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧粉末等。虽然人们仍在不断研究和开发性能更优良的有机涂层，但不能从根本上解决其固有的易老化和温度敏感问题，防腐寿命受到极大限制。

无机非金属材料以其物理和化学性能稳定、不老化、耐蚀、耐磨、耐温、减阻性能优异等逐渐引起了管道防腐业内人士的注意，世界各国均将无机非金属复合防腐管道作为重点攻关课题。相关文献显示，自20世纪70年代末期，一些学者就试图用陶瓷作为涂层材料，至今人们已在陶瓷涂层管道、搪瓷涂层管道和玻璃涂层管道方面进行了深入研究，但由于技术限制，在我国仍未成规模应用。

目前，限制无机硅酸盐涂层规模应用的技术难题主要包括：管道用钢均为热轧钢，其与硅酸盐涂料高温烧结后易出现鳞爆缺陷，并导致涂层和防腐失效；钢管内壁搪瓷/玻璃工艺受钢管尺寸制约，大口径长管道内壁搪瓷技术仍不成熟；管道焊接时防腐层的连续性和完整性难以保证。本发明从釉料成分、管道制造和施工工艺等方面解决了以上三个问题，将对能源、城市地下管网、军工等领域的管道防腐带来重要影响。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是采用搪瓷防腐层，彻底解决目前管道防腐领域中有机涂层的物理化学性质不稳定、易老化、耐候性差等问题，并实现搪瓷防腐层的热轧钢适用性、完整性、大尺寸和自动化高效制造，促进搪瓷防腐层的大规模工业化应用。

技术方案：

一种耐蚀搪瓷复合管道，其特征在于：该管道由多节钢管连接组成；所述各节钢管两端分别对焊带有限位凸台的凸面类法兰和带密封凹槽的凹面类法兰；所述钢管内壁有搪瓷防腐层；所述钢管为热轧无缝钢管，长度为6000～10000mm，外径为76～426mm；所述密封凹槽截面为Ｌ形。

所述各节钢管间的连接方式为凸面类法兰和凹面类法兰通过氩弧焊在大端面连接。

所述凸面类法兰和凹面类法兰上均有环形凹槽；所述环形凹槽在两种法兰对接时形成环形隔热空腔；所述限位凸台和密封凹槽均紧贴搪瓷防腐层。

所述限位凸台的形状和密封凹槽相配合；所述密封凹槽内安装聚四氟乙烯垫片，并通过限位凸台压紧、密封；所述聚四氟乙烯垫片横截面的径向内侧与搪瓷防腐层内侧对齐。

所述复合管道在拐弯、分流或汇流的部分还包括有弯头、三通或多通管接头部件；所述弯头、三通或多通管接头部件的端部对焊有凸面类法兰或凹面类法兰，内表面预制有搪瓷防腐层；所述弯头、三通或多通管接头部件与钢管（1，2）连接的方式为在密封凹槽（7）内安装聚四氟乙烯垫片（8）后，凸面类法兰（4）和凹面类法兰（5）通过氩弧焊在大端面连接。

所述搪瓷防腐层的釉料成分及各成分质量份数分别为：

石英砂35-55份，硼砂18-23份，氧化镍2-4份，氧化镁3-5份，氧化钴3-4份，硝酸钠2-8份，二氧化钛2-6份，氧化锂5-15份，氧化铝3-4份，碳酸钙3-4份，萤石3-5份，氟硅酸钠1-3份，硝酸钾0.5-2份；

每100份釉料中添加的磨加物为：优质粘土4-8份，煅烧石英11-13份，亚硝0.3-0.5份，硼砂0.4-0.6份。

一种如上文所述的耐蚀搪瓷复合管道的制造方法，其特征在于该方法包括：

1）在钢管两端分别对焊凸面类法兰和凹面类法兰；采用中频加热至800℃，对钢管进行除油脱脂并调整钢管组织。

2）釉浆制备：根据权利要求6中的成分组成配制釉料，在1300℃左右熔融反应，水激冷得碎玻璃状釉料，将其与权利要求6中的磨加物配比，按（釉料 + 磨加物）：水 = （3-4）：1的比例混合并球磨得釉浆。

3）采用有气旋喷设备将釉浆雾化并喷至钢管及其两端对焊的类法兰内壁，通过控制其摇摆、旋转方式调整搪瓷防腐层的比表面质量。

4）采用隧道式连续烧成炉（高7000-11000mm，宽1230mm，总长约10000mm），对喷涂釉浆的两端对焊类法兰的钢管进行低温烘干（120-200℃，15-25分钟）、高温（800-900℃）烧成。其中，根据钢管规格不同，通过挂钩悬挂于集放式链传动系统（高7500-11500mm）的钢管，在隧道式连续烧成炉内行走的时间约为5-20分钟不等。

5）冷却方式为空冷。

优点及效果：本发明在釉料中加入一定萤石、氟硅酸钠，磨加物中加入优质粘土、煅烧石英，目的是消除搪瓷防腐层的鳞爆缺陷。同时，在连接结构上保证了防腐层的连续性和完整性，有效降低了焊接高温对搪瓷防腐层和聚四氟乙烯垫片的影响，避免防腐失效；便于现场施工。类法兰接头和钢管采用相同材料，可有效避免电化学腐蚀。

附图说明：

图1为本发明中两端对焊管法兰的钢管连接后的总体剖面图；

图2、图3为本发明中带限位凸台的管法兰的立体图；

图4、图5为本发明中带密封凹槽的管法兰的立体图。

附图标记：1. 钢管A；2. 钢管B；3. 搪瓷防腐层；4.带限位凸台的管法兰（简称“凸面类法兰”）；5.带密封凹槽的管法兰（简称“凹面类法兰”）；6. 限位凸台；7. 密封凹槽；8. 聚四氟乙烯垫片；9. 环形隔热空腔；10. 凸面和凹面类法兰的连接焊道；11. 钢管B与凸面类法兰的连接焊道；12. 钢管A与凹面类法兰的连接焊道；13. 焊接坡口；14. 环形凹槽。

具体实施方式：

本发明是一种耐蚀搪瓷复合管道，由多节钢管连接而成，钢管均为热轧无缝管，长度为6000-10000mm，外径为76-426mm，以适应不同流量的管道要求。钢管两端分别对焊凸面4和凹面5类法兰，表面处理和热处理后，内壁整体预制搪瓷防腐层3。相邻的两端对焊类法兰4、5的钢管1，2之间采用氩弧焊的方式进行连接。

为避免热轧钢管1，2及与其对焊的类法兰4和5内壁搪瓷防腐层3出现鳞爆缺陷，本发明开发了专用的适用于大尺寸热轧钢管的釉料和磨加物。其中，釉料各成分及其质量份数为：石英砂35-55份，硼砂18-23份，氧化镍2-4份，氧化镁3-5份，氧化钴3-4份，硝酸钠2-8份，二氧化钛2-6份，氧化锂5-15份，氧化铝3-4份，碳酸钙3-4份，萤石3-5份，氟硅酸钠1-3份，硝酸钾0.5-2份。磨加物（釉料按100份计算）成分为：优质粘土4-8份，煅烧石英11-13份，亚硝0.3-0.5份，硼砂0.4-0.6份。

钢管内壁预制搪瓷防腐层技术方案：

针对大尺寸钢管，按传统工艺在其内壁预制搪瓷防腐层无法保证涂层质量和防腐性能。为此，本发明采取如下技术方案。

1）前期准备：将凸面4和凹面3类法兰分别对焊于钢管1，2两端，并进行焊缝处理、检查，以及内表面处理和热处理等；

2）釉浆配制：根据釉料成分配制釉料，在1300℃左右熔融反应，水激冷得碎玻璃状釉料，将其与磨加物配比，并按（釉料 + 磨加物）：水 = （3-4）：1的比例混合并球磨得釉浆；

3）釉浆喷涂：采用有气旋喷设备将釉浆雾化并喷至钢管1，2及与其对焊的类法兰2和3内壁。其间，通过摇匀装置自动控制钢管摇摆、旋转以调整内壁搪瓷防腐层的比表面质量；

4）低温烘干：采用隧道式连续烧成炉（高7000-11000mm，宽1230mm，总长约10000mm）余热对釉浆进行低温烘干；

5）高温烧成：低温烘干的钢管经集放式链传动系统（高7500-11500mm）送入隧道式连续烧成炉内，高温烧成并空冷。

钢管连接技术方案：

如图1所示，两端对焊类法兰4和5的钢管1，2之间采用氩弧焊的方式进行连接，对一钢管2的凸面类法兰4和另一钢管1的凹面类法兰5在大端面进行对焊。此外，凸面类法兰4内加工限位凸台6，凹面类法兰5内加工环形密封凹槽7，L形截面，密封凹槽7内放置聚四氟乙烯垫片8。凸面4和凹面5类法兰焊接时，限位凸台6对齐并压紧聚四氟乙烯垫片8。聚四氟乙烯垫片8的横截面径向内侧与搪瓷防腐层3内侧对齐，以保证两者配合形成连续的防腐层。

凸面4和凹面5类法兰大端面径向外侧设置环形凹槽14，类法兰4，5对齐后，两环形凹槽14形成环形隔热空腔9。

对于需要拐弯、分流或汇流的管线，可首先在弯头、三通或多通等部件端部对焊凸面4或凹面5类法兰，并在内表面整体预制搪瓷防腐层3；所述弯头、三通或多通等部件与钢管1，2连接的方式为在密封凹槽7内安装聚四氟乙烯垫片8后，凸面类法兰4和凹面类法兰5通过氩弧焊在大端面连接。

下文结合附图对“一种耐蚀搪瓷复合管道及其制造方法”进行说明。

1. 工厂预制

1）类法兰焊接：将凸面类法兰4和凹面类法兰5分别对焊于钢管1，2两端，焊接后清渣并进行焊缝外观检查和无损检测。

2）表面处理和热处理：将两端对焊凸面4和凹面5类法兰的钢管1，2中频加热至800℃，对其除油脱脂并调整钢管组织。钢管内表面经喷砂（丸）处理达到喷射或抛射除锈的Sa3级或手工和动力工具除锈的St3级要求。

3）釉料制备：将釉料（质量份数：石英砂35-55份，硼砂18-23份，氧化镍2-4份，氧化镁3-5份，氧化钴3-4份，硝酸钠2-8份，二氧化钛2-6份，氧化锂5-15份，氧化铝3-4份，碳酸钙3-4份，萤石3-5份，氟硅酸钠1-3份，硝酸钾0.5-2份）混合均匀，在高温炉（1300℃左右）中进行熔融反应至拉丝1-2节/米，将熔体用水激冷，生成碎玻璃状釉料。

4）釉浆制备：将步骤3）生成的釉料和磨加物（质量组成为：釉料100份，优质粘土4-8份，煅烧石英11-13份，亚硝0.3-0.5份，硼砂0.4-0.6份）与水按（3-4）：1的质量比混合，并将混合物放入球磨机球磨8小时后得到釉浆备用。

5）喷涂：采用有气旋喷设备将步骤4）制成的釉浆雾化并喷射至钢管（1，2）及其两端对焊的类法兰4和5内壁。其间，通过摇匀装置自动控制钢管摇摆、旋转以调整内壁搪瓷防腐层3的比表面质量。

6）低温烘干：经集放式链传动系统（高7500-11500mm）将内表面喷涂釉浆的两端对焊类法兰4和5的钢管1，2送入隧道式连续烧成炉（高7000-11000mm，宽1230mm，总长约10000mm）内，利用烧成炉余热，在120-200℃条件下烘干15-25分钟。

7）高温烧成：将经步骤6）低温烘干的两端对焊类法兰4，5的钢管1，2经集放式链传动系统进一步送入隧道式连续烧成炉内部，在800-900℃高温条件下烧成。其中，根据钢管规格不同，其在隧道式连续烧成炉内行走的时间约为5-20分钟不等。

8）冷却：内壁涂覆搪瓷防腐层3的钢管1，2及其两端对焊的类法兰4，5在出炉后采用空冷的方式冷却。

2. 现场施工

1）两端对焊凸面（图2）和凹面（图3）类法兰接头的搪瓷复合管运抵施工现场后，按照施工要求在现场布管。

2）将聚四氟乙烯垫片8放置在凹面类法兰5的密封凹槽7内，将凸面类法兰4和凹面类法兰5的连接端面（大端面）相对，利用对口机将其对正并压紧，实现密封；同时，凸面4和凹面5类法兰内的环形凹槽14对接形成环形隔热空腔9。将凸面类法兰4和凹面类法兰5的连接端面（大端面）进行氩弧焊点焊固定，随后进行氩弧焊打底焊接，移除对口机。

3) 按照焊接工艺要求，进行氩弧焊或手工电弧焊等方法进行填充、盖面焊接，焊接、清渣完成后进行焊缝外观检查和无损检测。

4) 对需要拐弯、分流或汇流的管线，可首先在弯头、三通或多通等部件的端部对焊凸面4或凹面5类法兰，并在内表面整体涂覆搪瓷防腐层3。所述弯头、三通或多通等部件与钢管1，2连接的方式为在密封凹槽7内安装聚四氟乙烯垫片8后，凸面类法兰4和凹面类法兰5通过氩弧焊在大端面连接。检测要求同上。

本发明达到的技术效果体现在：

釉料中加入一定萤石、氟硅酸钠，磨加物中加入优质粘土、煅烧石英，目的是消除搪瓷防腐层的鳞爆缺陷。

凸面和凹面类法兰与钢管采用一体成型涂覆工艺，聚四氟乙烯垫片与搪瓷防腐层无缝连接，保证了防腐层的连续性和完整性。凸面和凹面类法兰的环形隔热空腔可延长焊接热量传导距离，有效降低焊接高温对搪瓷防腐层和聚四氟乙烯垫片的影响，避免防腐失效。同时，聚四氟乙烯垫片位于类法兰大端面接口内侧，可吸收部分焊接余热并软化，有利于提高密封质量。限位凸台和密封凹槽有利于保证法兰接头定位的准确性，便于现场施工。类法兰接头和钢管采用相同材料，可有效避免电化学腐蚀。

与技术方案配套的集放式链传动系统、隧道式连续烧成炉等均可保证大尺寸管道内壁搪瓷防腐层的连续、高效、规模制造。

以上所述，仅为本发明较佳实施方式，不对本发明的结构和施工方案做形式上的限制。凡据本发明的技术实质，对以上技术方案作任何形式上的非本质修改，均属本发明技术方案范围。