埋地钢质管道液体聚氨酯补口施工技术

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【摘要】通过对于液体聚氨脂高压喷涂方式对埋地钢质管道进行防腐补口施工技术的研究，并经工程试验，得出液体聚氨酯涂料补口技术具备防腐层质量稳定、作业速度快、检测方便可靠等优点，最大限度地消除了因人为因素影响补口防腐层施工质量，保证了补口防腐层的一致性和可靠性。聚氨酯涂层和管道PE防腐层的物理性能接近，在PE搭接面有良好的粘接涂层，具有优良的物理化学性能，和钢管表面粘接牢固，能够长期抵御土壤腐蚀介质的侵蚀。

【关键词】液体聚氨酯涂料；补口；喷涂；涂刷；防腐层固化

引言

管道补口施工中补口材料的性能、补口施工质量关系到全线管道的整体防腐质量和长期使用寿命，对于3LPE防腐层的管道而言，聚乙烯热收缩带（HSS）仍是当前国内外补口材料的主流，但在管道安装建设期间和投入运行使用中均发现一些质量问题，另外补口失效部位大修成本高昂，另外热收缩带在烘烤过程中对温度的控制不能保证，特别是在温度较低的寒冷季节施工质量能以保证，为此在热收缩带器具化施工条件具备之前，有必要寻求一种对补口温度要求相对较低的新型补口工艺来尝试弥补目前热收缩带补口施工中的缺憾。无溶剂聚氨酯液体被认为是和3PE防腐管道匹配性较好的补口涂层之一，在国内外一些长输管道工程中已得到了应用。

1、工艺原理

以聚氨酯为成膜物质而配成的聚氨酯防腐涂料具有优良的耐化学腐蚀性、抗渗透性、耐磨性、坚韧性以及强的附着力等特性。液体聚氨酯是一种无溶剂双组份液体涂料，A组分含多元醇，B组分为异氰酸酯单体或异氰酸酯预聚物。补口用液体聚氨酯涂料按照涂敷作业方式的不同，分为喷涂型、刷涂型。可采用由作业工人手持配有喷枪和加热装置的双组分高压无气喷涂机进行喷涂的作业方式，或采用配有喷涂旋转支架和加热装置的双组分高压无气喷涂机进行喷涂的机械自动喷涂补口作业方式。

2、工艺流程及操作要点

2.1工艺流程

2.2液体聚氨酯涂料性能

涂料性能应满足表1的要求，制备的涂层的性能应满足表2的要求。

注：a试件防腐层的厚度为设计防腐层等级最小厚度±200μm，其中，柔韧性试件的防腐层厚度为600±100μm；b涂层在常温条件固化应达到7天后方可进行性能测试；c压痕深度和试件涂层原始厚度的比值。

2.3管口清理及除锈

2.3.1将补口部位钢管表面和管体防腐层搭接表面的油污、泥土等污物清理干净，采用纸砂片清除钢管表面的焊瘤、毛刺等，并将焊缝表面处理平滑。

2.3.2管体防腐层端部如有翘边、开裂等缺陷时，对缺陷进行清理，直至防腐层粘接完好处。对防腐层端部不规则部位进行修磨，使得边沿规整；管体防腐层端面破面应修磨至低于30°。

2.3.3管口采用喷砂除锈，喷砂除锈用干燥、清洁的磨料，磨料不应被铁锈、盐分和其它杂质污染，无杂质。宜采用电厂或高炉炉渣（主要成份位硅酸铝或硅酸铁）、棕刚玉或金刚砂等砂料，砂粒应均匀，粒径在0.2-2mm之间。

2.3.4喷砂时喷枪与管道表面应保持垂直，以匀速沿管道轴线往复移动，从管顶到管底逐步进行。喷砂要连续进行，管子一侧喷砂除锈完后，立刻到管子另一侧进行喷砂除锈。管口表面处理质量应达到Sa2.5级，锚纹深度50～110μm。

2.3.5补口两边管体防腐层搭接面应进行喷砂处理，形成均匀粗糙表面，无可见的光滑部位。管体聚烯烃防腐层处理宽度宜超出搭接宽度20mm，表面处理后应无毛刺形成；管体环氧粉末防腐层表面喷砂处理时应避免损伤防腐层本体。

2.3.6管口表面处理与补口间隔时间不宜超过2h，如表面返锈，应重新除锈。喷砂时应注意防护，不得损伤补口区以外防腐层。

2.3.7PE搭接面采用火焰极化，提高补口涂料对聚乙烯防腐层的润湿能力。

2.4管口预热

液态聚氨酯防腐在低温、潮湿的环境下才需要对管口进行预热，补口部位的钢管预热至露点以上至少3℃。

2.5灰尘吹扫

管口清理和除锈后，应将补口部位钢管表面和管体防腐层搭接面上的砂粒、尘埃、锈粉等清除干净，宜采用压缩空气吹扫或真空抽吸等方法。补口部位钢管表面灰尘应满足清洁度2级及以上要求；管体防腐层搭接面清洁，呈防腐层本体颜色。

2.6液态聚氨酯喷涂

液态聚氨酯高压无气喷涂机自动喷涂，每次喷涂前用喷涂机喷射溶剂清洗喷枪内上次补口施工残留下已经固化的聚氨酯。涂料开桶后，应将含填料的组分搅拌均匀。涂料组分应及时加盖，尤其应注意异氰酸酯组分的密闭。

2.6.1补口防腐层的涂敷应均匀、连续，防止流挂、漏涂。

2.6.2采用喷涂方式补口时，应按照生涂料使用说明要求，设定喷涂机的输送比例，并对涂料进行预热、保温，确保涂料喷涂良好雾化。采用机械自动喷涂时，应将支架上的喷枪正对补口焊缝，按照设定的涂敷时间和旋转速度进行每一道口的喷涂；采用手持喷涂作业时，需保持喷嘴和管表面垂直，两者距离约300mm～400mm。首先应将补口部位整个表面均匀喷涂一遍，不应有漏涂；然后往复移动喷枪，逐步加厚，补口涂敷一次完成；在每道口开始喷涂前，应将混合管路中的溶剂全部喷出，待喷出的涂料不含溶剂时，方可开始涂料的喷涂。每道口喷涂结束后，或中途停顿，应随即用溶剂将喷嘴和混合料管路冲洗干净。

2.6.3采用手工刷涂方式时，应指定专人负责涂料的配制，严格按产品使用说明书规定进行配料、混合，并在适用期内使用涂料。涂敷时，应注意赶除气泡；应采用多道涂敷，并按照产品说书规定的漆膜干燥程度、涂敷间隔时间进行下一道漆的涂敷；应控制每道漆的厚度，获得均匀连续的防腐层。涂敷过程中，应采用湿膜测厚仪对涂层厚度进行监控，及时对薄点进行补涂。

2.6.4涂敷完成后，应采取有效措施避免浸水、雨雪、砂土或飞虫等影响未固化的补口防腐层，并避免触碰。应依据钢管温度和现场环境温度条件，保证补口防腐层的干燥固化时间。

2.6.5补口防腐层固化前，不得下沟回填。

3、质量控制

3.1一般规定

3.1.1补口涂敷施工应进行过程质量检验及补口防腐层质量检验，检验结果应记录。

3.1.2质量检验所用仪器应经计量部门检定合格，且在检定有效期内。

3.2表面处理质量检验

3.2.1补口部位钢管外表面喷砂处理后，应进行以下项目的检验。

1）应按照GB/T 8923.1规定对每道口进行目视检查，表面除锈质量应达到Sa2.5级的要求。

2）应每4h至少检测1次锚纹深度，宜采用粗糙度测量仪或锚纹深度测试纸进行测量，锚纹深度应达到50μm～110μm。

3）应每4h至少检测1次钢管表面灰尘等级，每次至少随机选择2点进行检测，按照GB/T 18570.3规定的方法进行表面灰尘等级评定，表面灰尘等级应达到2级及以上等级要求。

4）如果施工现场处于盐碱地带，防腐管经海运或海边堆放，应按GB/T 18570.9规定的方法或其它适宜的方法检测钢管表面的盐分含量，每天应检查1次，氯离子含量不应超过20mg/m2。如盐分含量检测结果超标，应采用淡水对补口部位进行清洗除盐。

3.2.2管体防腐层搭接面经喷砂处理后，应逐道口检测表面处理情况，采用目视检测，表面应粗糙，状态均匀，无表面光滑的部位，表面清洁，无沙粒、无灰尘，呈现防腐层本体颜色。聚烯烃搭接面处理宽度超出涂敷搭接边沿20mm以上，表面应无毛刺。

3.3涂敷过程检验

3.3.1在补口防腐过程中，应进行以下项目的检验：1）环境温度、钢管表面温度、露点及相对湿度测试，每班开始作业时应测量1次；2）每道口漆膜外观检查，记录外观缺陷；3）湿膜厚度监测；4）固化程度检查。

3.3.2固化程度检查应按下述方法进行：1）表干――手指轻触防腐层不粘手，或虽发粘、但无漆粘在手指上；2）实干――手指用力推防腐层不移动；3）固化――手指甲用力刻防腐层不留痕迹。

3.4补口防腐层质量检验

3.4.1外观检查：应逐一目测检查补口防腐层的外观质量，防腐层表面应平整、光滑、无漏涂、无流挂、无划痕、无气泡、无色差斑块等外观缺陷；补口防腐层和管体防腐层的搭接宽度不小于60mm，补口防腐层边缘无缝隙，无翘边。

3.4.2厚度检测：补口防腐层实干后，应采用无损测厚仪逐一对厚度进行检测。检测时，沿管道圆周，在补口防腐层上测均匀分布的4点，其中至少1点位于焊缝上。4个点厚度平均值应大于等于设计厚度，最薄点读数值应不低于设计厚度规定值的80%。

3.4.3硬度检测：补口防腐层固化后，应采用邵氏硬度计对补口逐一检测，每个补口防腐层应至少测量1点，宜在管体防腐层搭接部位选择测点，检测宜在防腐层温度处于15℃～25℃时进行。补口防腐层硬度应不低于（邵氏D）70，且符合产品说明书的规定。如硬度检测不合格，该补口防腐层应判废。

3.4.4漏点检测

1）防腐层固化后，应采用电火花检漏仪逐一对补口防腐层进行漏点全面检查，以无漏点为合格；检漏电压为8kV/mm，按照厚度等级或设计厚度进行计算。在连续检测时，检漏电压应每4h校正1次。检查时，探头应接触防腐层表面，探头移动速度约为0.2m/s。

2）下沟前应根据补口防腐层等级，采用电火花检漏仪对全部液体聚氨酯补口防腐层检查一遍，发现漏点应随即修补合格。

3.4.5附着力检测

1）防腐层固化后应按照附录A拉拔法进行附着力的测量，抽查频率为每班1道。每道口分别对补口防腐层和钢管、补口防腐层和管体防腐层的附着力各测1点。宜在管体温度不高于30℃时进行测试。

2）补口防腐层对钢管的附着力应不小于10MPa，对聚烯烃管体防腐层附着力应不小于3.0MPa，对环氧类管体防腐层的附着力应不小于4.0MPa。如不合格，应加倍抽检，如仍有不合格时，应对这个班内涂敷的补口防腐层逐一进行附着力检查。

3.4.6修补、复涂及重涂

1）修补。补口防腐层损伤、漏点以及附着力检测破坏点均应进行修补，可用壁纸刀来清理损伤和缺陷，将创面修切规整，并将其周围25mm范围内的防腐层表面打磨粗糙，然后用刷涂型液体聚氨酯涂料补涂，修补涂料应充满创面，并覆盖25mm宽的搭接区。补涂的防腐层实干后应再次进行漏点检查并达到合格。

2）复涂。对厚度不合格的补口防腐层，应在规定涂敷间隔时间内补涂加厚至合格。如防腐层已经固化，或超过涂敷间隔时间规定，应将防腐层表面打磨粗糙后补涂。固化后的补涂防腐层应进行厚度、漏点和层间粘接性的检测。

3）重涂。附着力、硬度检测不合格的补口防腐层应返工。返工时，应先将补口防腐层全部清除，然后按要求重新涂敷，并按要求检验合格。

3.5注意事项

3.5.1机械化补口作业：1）旋转喷涂机构转速均匀；2）涂料比例泵配比准确；3）喷嘴雾化均匀。

3.5.2手持喷涂补口作业：1）喷涂作业手法一致；2）涂料比例泵配比准确；3）喷嘴雾化均匀。

3.5.3低温时节施工注意事项：1）钢管均匀加热；2）涂料温度控制。

结束语

利用该施工技术对大口径钢制埋地管道防腐，加快了施工进度，节约了成本。与热收缩套补口技术相比，全自动机械喷涂液体聚氨酯涂料补口施工技术具有质量稳定、作业速度快、检测方便可靠等优点，最大限度地降低了人为因素对补口防腐层作业过程的影响，保证补口防腐层的可靠性。该项技术的应用填补了管道建设行业施工技术领域的空白。