專利名稱:一種控制鋼管防腐管體均勻度的方法
所屬技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼管防腐領(lǐng)域，尤其是涉及一種控制纏繞式鋼管防腐管體均勻度的方法。
背景技術(shù)：
在已往的鋼管防腐作業(yè)中，以防腐材料PE(聚乙烯)為例，對(duì)PE的消耗，只注重通過(guò)調(diào)整鋼管的螺距和PE出口的寬度的有效組合來(lái)控制PE的均勻度，這對(duì)于管徑相對(duì)較小、生產(chǎn)中角速度較快的鋼管，PE的均勻度還是可以的，PE在冷卻時(shí)的凍結(jié)應(yīng)力對(duì)均勻度的影響還不是很突出。但隨著我國(guó)西氣東輸大口徑鋼管的3PE防腐生產(chǎn)，生產(chǎn)中鋼管的旋轉(zhuǎn)角速度下降，冷卻水對(duì)PE均勻的影響增大。目前，在加工過(guò)程中，封擋冷卻水的工具為垂直狀態(tài)。其存在的不足是在同一螺距上的PE有一部分冷卻滯后，先冷卻的PE在凍結(jié)應(yīng)力的作用下收縮變厚，后冷卻的PE被拉薄。沿PE螺紋方向形成深溝。目前，只是用調(diào)整螺距和增加PE總厚度的方法來(lái)彌補(bǔ)個(gè)別點(diǎn)厚度不足的缺陷，防腐層的外表也始終存在著沿防腐螺旋方向防腐層搭接處過(guò)厚，溝狀帶處過(guò)薄的竹節(jié)現(xiàn)象，使造成PE的消耗居高不下。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種能有效控制鋼管防腐管體均勻度的方法，其克服了現(xiàn)有技術(shù)上述之不足，操作方便，實(shí)施效果好。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣的將封擋冷卻水的工具逆著涂敷螺紋方向調(diào)整傾斜一個(gè)角度，在鋼管的上半部覆蓋一個(gè)以上的螺距，把防腐材料搭接處的凸起部分留在冷卻水的外沿。
本發(fā)明采取上述技術(shù)方案具有以下有益效果
本發(fā)明由于將封擋冷卻水的工具逆著涂敷螺紋方向調(diào)整一個(gè)角度，在鋼管的上半部覆蓋一個(gè)以上的螺距，把PE搭接處的凸起的部分留在冷卻水的外沿。這樣使其冷卻滯后而被拉伸，消除了凹陷，利用PE凍結(jié)應(yīng)力，將PE搭接處凸起的部分通過(guò)冷卻拉薄，使PE在整個(gè)螺距上的厚度比較均勻。傾斜放置擋水體是將整個(gè)螺距冷卻，且后半個(gè)螺距被冷卻的量小，收縮的量也就小，在鋼管下部不被冷卻時(shí)間內(nèi)對(duì)未冷卻部分拉伸減薄的影響小。前半個(gè)螺距被冷卻的量雖大，但由于后半個(gè)螺距的防腐層也被冷卻，其因收縮應(yīng)力而變厚的能力減小。因此傾斜放置擋水體比垂直放置擋水體因水冷卻對(duì)PE厚度的影響要小。
由于合理利用了PE的凍結(jié)應(yīng)力，增強(qiáng)了PE的均勻度，使PE的耗材大幅度下降，節(jié)約了資金。同時(shí)提高了3PE防腐的外觀質(zhì)量，有利于克服PE表面水激點(diǎn)和PE搭接處開(kāi)裂的現(xiàn)象，基本消除了纏繞式3PE鋼管防腐外觀的竹節(jié)現(xiàn)象，使其更加平滑、整潔。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹圖1為在不同管徑下冷卻水對(duì)防腐層覆蓋面示意圖圖2為3PE防腐生產(chǎn)過(guò)程俯視示意圖圖3為防腐層水冷卻情況展開(kāi)圖圖4為垂直放置擋水體與水平擺動(dòng)半個(gè)螺距后防腐層在進(jìn)水第一圈防腐層上一點(diǎn)N在冷卻水中所通過(guò)的距離圖解。
圖5為在防腐進(jìn)水第一圈防腐層上一點(diǎn)在冷卻水中通過(guò)的距離圖圖6為擋水體擺動(dòng)不同距離時(shí)防腐進(jìn)水第一圈防腐層上一點(diǎn)在冷卻水中通過(guò)距離圖圖7為擋水體擺動(dòng)不同距離防腐層水冷卻情況展開(kāi)圖圖8為冷卻水覆蓋到鋼管水平直徑以下的防腐層水冷卻情況展開(kāi)圖具體實(shí)施方式
將封擋冷卻水的工具逆著涂敷螺紋方向調(diào)整傾斜一個(gè)角度，在鋼管的上半部覆蓋一個(gè)以上的螺距，把PE搭接處的凸起的部分留在冷卻水的外沿。
通常情況下，將封擋冷卻水的工具逆著涂敷螺紋方向調(diào)整傾斜一個(gè)角度，在鋼管的上半部覆蓋一個(gè)以上、二個(gè)以內(nèi)的螺距，把PE搭接處的凸起的部分留在冷卻水的外沿。下面通過(guò)附圖介紹以下纏繞式3PE防腐中調(diào)整擋水體角度和相對(duì)位置對(duì)增加PE厚度均勻性的作用原理。
在3PE防腐過(guò)程中，涂敷完成以后要經(jīng)水冷卻，由于管徑的不同，水對(duì)防腐層的覆蓋面也不同，如圖1。管徑較小時(shí)水可覆蓋管體上防腐層的全部或絕大部分，如圖1中的1，隨著管徑的增加鋼管下部的防腐層不能被水覆蓋的部分也增大，最大極限可增加到鋼管的整個(gè)下半部，如圖1中的3，只有水平直徑AB以上的防腐層被冷卻水覆蓋。我們先以這種情況來(lái)著手討論垂直放置擋水體和將擋水體逆著涂敷螺旋方向水平擺動(dòng)一個(gè)角度后，水對(duì)防腐層冷卻效果有何不同。
圖2中A1B1C1是垂直放置擋水體時(shí)，防腐層進(jìn)入冷卻水第一圈防腐層被冷卻水覆蓋的區(qū)域，圖2中A2B2C2是將擋水體逆著涂腐螺旋方向水平擺動(dòng)半個(gè)螺距，即由A1移到A2后防腐層進(jìn)入冷卻水第一圈防腐層被冷卻水覆蓋的區(qū)域。
假設(shè)以鋼管防腐時(shí)的最下邊為切開(kāi)點(diǎn)，將防腐層展開(kāi)，得到一個(gè)防腐層水冷卻情況的展開(kāi)圖，如圖3。從圖3中可以看到垂直放置擋水體時(shí)，進(jìn)入冷卻水第一圈的防腐層被冷卻水所覆蓋的區(qū)域A1B1C1只占到防腐螺距的一半。將A1移到A2后，也就是將擋水體水平擺動(dòng)半個(gè)螺距后，冷卻水能覆蓋防腐層進(jìn)水第一圈的整個(gè)螺距。
我們將A1B1C1和A2B2C2平行移動(dòng)，使A1、A2重疊在一起為A點(diǎn)，以此來(lái)分析在這兩種情況下，防腐層在進(jìn)水距離相同時(shí)被冷卻的情況，見(jiàn)圖4。
圖4中，S1為纏繞防腐時(shí)的螺距。S2為A1到A2點(diǎn)水平擺動(dòng)距離，S2＝S1÷2。設(shè)防腐層上一點(diǎn)N，N在A1B1C1中從N1點(diǎn)進(jìn)水N3點(diǎn)出水，N在A2B2C2中從N2點(diǎn)進(jìn)水N3點(diǎn)出水。L1為N點(diǎn)在A1B1C1中的行走距離，即為N1到N3的距離。L2為N點(diǎn)在A2B2C2中的行走距離，即為N2到N3的距離。H1為L(zhǎng)1在鋼管周向上的投影長(zhǎng)度。H2為L(zhǎng)2在鋼管周向上的投影長(zhǎng)度。X為防腐層在鋼管軸向上的進(jìn)水深度。X2為N2到A點(diǎn)在鋼管軸向上的投影距離。D為防腐層外徑，其約等于鋼管外徑。
下面我們來(lái)計(jì)算防腐層在鋼管軸向上進(jìn)入冷卻水距離相同時(shí)，N點(diǎn)在兩種情況下在水中的行走距離，即L1和L2。
H2＝D÷2×acos(1-2×X2÷S2)L2＝((3.14159×D)∧2+S1∧2)∧0.5÷3.14159÷D×H2＝((3.14159×D)∧2+S1∧2)∧0.5÷2÷3.14159×acos(1-2×X2÷S2)X-X2＝S1÷3.14159÷D×H2＝S1÷2÷3.14159×acos(1-2×X2÷S2)X＝X2+S1÷2÷3.14159×acos(1-2×X2÷S2)L1＝((3.14159×D)∧2+S1∧2)∧0.5÷S1×X＝((3.14159×D)∧2+S1∧2)∧0.5/S1×(X2+S1÷2÷3.14159×acos(1-2×X2÷S2)設(shè)D＝1016mm S1＝150mm S2＝S1÷2繪制以X(0≤X≤S1/2)為自變量，L1、L2、L1-L2為因變量的曲線圖，即在兩種情況下防腐層進(jìn)水第一圈時(shí)，防腐層上一點(diǎn)在冷卻水中所通過(guò)距離和它們的差值，圖5所示。
L1為傾斜角是((3.14159×D)∧2+S1∧2)∧0.5÷S1的直線，在圖中可見(jiàn)L1＞L2，且隨X的增加L1-L2也增加。說(shuō)明垂直放置擋水體比傾斜放置擋水體在進(jìn)水相同距離時(shí)冷卻距離長(zhǎng)，也就是冷卻時(shí)間長(zhǎng)，即冷卻量大。且隨進(jìn)入冷卻水深度的增加，冷卻量的差值加大。
纏繞式3PE防腐有三層組成。第一層為環(huán)氧樹(shù)脂粉末，在其噴涂前鋼管要被加熱到180～200℃左右才能保證環(huán)氧粉末的涂敷質(zhì)量，其厚度一般要大于80～100μm，在水冷卻前已固化，水冷卻對(duì)它的厚度變化沒(méi)有影響。第二層為底膠，其為環(huán)氧粉末和外層PE的粘接劑，纏繞時(shí)溫度在180℃左右，厚度在170～250μm之間。第三層也就是最外層是PE，其厚度最大，在鋼管直徑大于等于500mm小于800mm時(shí)厚度在2.5～3.2mm以上，鋼管直徑大于等于800mm時(shí)厚度在3.0～3.7mm以上，纏繞時(shí)溫度在230℃左右。
在纏繞完成后進(jìn)入冷卻水前，底膠和PE均處在熔融狀態(tài)，在其遇冷卻水而凍結(jié)的過(guò)程中，在凍結(jié)應(yīng)力作用下而收縮增厚的效果是很明顯的。
垂直放置擋水體在進(jìn)水第一圈沒(méi)有被冷卻的半個(gè)螺距防腐層要在旋轉(zhuǎn)半周以后才能次進(jìn)入冷卻水，在這段時(shí)間內(nèi)先冷卻的PE由于冷卻收縮而變厚，將末冷卻部分拉伸而減薄，形成溝狀帶。管徑越大，PE在鋼管下不被冷卻的時(shí)間越長(zhǎng)。在實(shí)際操作中，對(duì)管徑較大的鋼管，將溝狀帶放在防腐層較厚的防腐層搭接外，冷卻后溝狀帶依然存在，其厚度仍然是最薄的。
從圖3、圖5中可見(jiàn)，傾斜放置擋水體是將整個(gè)螺距冷卻，且后半個(gè)螺距被冷卻的量小，收縮的量也就小，在鋼管下部不被冷卻時(shí)間內(nèi)對(duì)未冷卻部分拉伸減薄的影響小。前半個(gè)螺距被冷卻的量雖大，但由于后半個(gè)螺距的防腐層也被冷卻，其因收縮應(yīng)力而變厚的能力減小。
因此傾斜放置擋水體比垂直放置擋水體因水冷卻對(duì)PE厚度的影響要小。
擋水體傾斜的量不同，防腐層在進(jìn)水第一圈受冷卻的量也不同，見(jiàn)圖6、圖7，當(dāng)S2分別為0、0.5S1、1.0S1、1.5S1、2.0S1時(shí)N點(diǎn)在水中通過(guò)的距離曲線分別是L1、L2、L3、L4、L5，傾斜量越大，在進(jìn)水第一圈的后半個(gè)螺距水冷卻的能力越小，對(duì)PE厚度的影響越小。
從圖7中可以看出，當(dāng)0.5S1＜S2＜1.5S1時(shí)，水的冷卻量不但在防腐層進(jìn)水第一圈減小，在第二圈也減小。當(dāng)S2＞1.5S1時(shí)，在第三圈水的冷卻量也減小。
下面我們?cè)賮?lái)分析冷卻水覆蓋到鋼管水平直徑以下的情況，見(jiàn)圖8，設(shè)冷卻水覆蓋到鋼管水平直徑以下周向距離為h，對(duì)管徑大于600mm的鋼管，由于PE的高溫和不親水性以及擋水體對(duì)水的引導(dǎo)作用，在擋水體處h一般小于八分之一周長(zhǎng)。
垂直放置擋水體，在此情況下水只能冷卻防腐層進(jìn)水第一圈的四分之三螺距。
傾斜放置擋水體S2≥0.5S1時(shí)，在h區(qū)間擋水體基本上是平行于防腐螺旋線的，防腐層在進(jìn)水第一圈防腐層上一點(diǎn)在水中的行走距離為((3.14159×D)∧2+S1∧2)∧0.5÷2÷3.14159×acos(1-2×X2÷S2)+h×((3.14159×D)∧2+S1∧2)∧0.5÷3.14159÷D，也就是比冷卻水只覆蓋鋼管水平直徑以上情況多在水中行走h(yuǎn)區(qū)間的螺旋線距離。
在實(shí)際操作中，鋼管的直徑、冷卻水的溫度、涂敷速度、環(huán)境溫度、涂敷螺距、防腐層的搭接量等因素都可能影響到對(duì)擋水體傾斜角度的選擇，傾斜角度越大只能減少由于冷卻對(duì)PE厚度的影響，不能消除防腐層搭接處過(guò)厚的竹節(jié)現(xiàn)象，要根據(jù)實(shí)際情況選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)膬A斜量，使PE拉伸減薄處的減薄量要適當(dāng)，并將拉伸減薄處放在防腐層厚度較大的搭接處，使防腐層厚度整體更均勻。
擋水體角度的調(diào)整，對(duì)提高管徑大于800mm的鋼管纏繞式3PE防腐層厚度的均勻性是至關(guān)重要的；對(duì)提高直徑在500mm-800mm的鋼管纏繞式3PE防腐層厚度的均勻性也能起到很好的作用；對(duì)于管徑較小涂敷時(shí)鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)角速度較快的纏繞式3PE防腐作業(yè)，調(diào)整擋水體角度對(duì)防腐層厚度影響不是很明顯。
由于3PP(聚丙烯)防腐生產(chǎn)工藝與3PE生產(chǎn)工藝基本相同，且PP在防腐過(guò)程中的性能與PE也基本相同，此項(xiàng)技術(shù)方法也適用于3PP防腐生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種控制鋼管防腐管體均勻度的方法，其特征在于將封擋冷卻水的工具逆著涂敷螺紋方向調(diào)整傾斜一個(gè)角度，在鋼管的上半部覆蓋一個(gè)以上、二個(gè)以內(nèi)的螺距，把防腐材料搭接處的凸起部分留在冷卻水的外沿。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種控制鋼管防腐管體均勻度的方法，其特征在于所指的防腐材料為聚乙烯或聚丙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種控制鋼管防腐管體均勻度的方法，其特征在于方法中所指傾斜一個(gè)角度，是根據(jù)鋼管的直徑、冷卻水的溫度、涂敷速度、環(huán)境溫度、涂敷螺距、防腐層的搭接量來(lái)具體確定。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種控制鋼管防腐管體均勻度的方法，其是將封擋冷卻水的工具逆著涂敷螺紋方向調(diào)整傾斜一個(gè)角度，在鋼管的上半部覆蓋一個(gè)以上、二個(gè)以內(nèi)的螺距，把防腐材料搭接處的凸起部分留在冷卻水的外沿。使其冷卻滯后而被拉伸，消除了凹陷，利用防腐材料凍結(jié)應(yīng)力，將其搭接處凸起的部分通過(guò)冷卻拉薄，使其在整個(gè)螺距上的厚度比較均勻。
文檔編號(hào)F16L58/10GK1991232SQ200510136025
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月28日
發(fā)明者馬有標(biāo) 申請(qǐng)人:馬有標(biāo)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan