本發(fā)明屬于管道防腐領域，涉及一種耐蝕搪瓷復合管道的制造和施工方法。

背景技術：

腐蝕一直是引起石油、天然氣等行業(yè)管道破壞和失效的首要原因。

當前，國內外用于管道防腐的涂層以有機涂層為主，如瀝青、煤焦油瓷漆、熔結環(huán)氧粉末等。雖然人們仍在不斷研究和開發(fā)性能更優(yōu)良的有機涂層，但不能從根本上解決其固有的易老化和溫度敏感問題，防腐壽命受到極大限制。

無機非金屬材料以其物理和化學性能穩(wěn)定、不老化、耐蝕、耐磨、耐溫、減阻性能優(yōu)異等逐漸引起了管道防腐業(yè)內人士的注意，世界各國均將無機非金屬復合防腐管道作為重點攻關課題。相關文獻顯示，自20世紀70年代末期，一些學者就試圖用陶瓷作為涂層材料，至今人們已在陶瓷涂層管道、搪瓷涂層管道和玻璃涂層管道方面進行了深入研究，但由于技術限制，在我國仍未成規(guī)模應用。

目前，限制無機硅酸鹽涂層規(guī)模應用的技術難題主要包括：管道用鋼均為熱軋鋼，其與硅酸鹽涂料高溫燒結后易出現鱗爆缺陷，并導致涂層和防腐失效；鋼管內壁搪瓷/玻璃工藝受鋼管尺寸制約，大口徑長管道內壁搪瓷技術仍不成熟；管道焊接時防腐層的連續(xù)性和完整性難以保證。本發(fā)明從釉料成分、管道制造和施工工藝等方面解決了以上三個問題，將對能源、城市地下管網、軍工等領域的管道防腐帶來重要影響。

技術實現要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是采用搪瓷防腐層，徹底解決目前管道防腐領域中有機涂層的物理化學性質不穩(wěn)定、易老化、耐候性差等問題，并實現搪瓷防腐層的熱軋鋼適用性、完整性、大尺寸和自動化高效制造，促進搪瓷防腐層的大規(guī)模工業(yè)化應用。

技術方案：

一種耐蝕搪瓷復合管道，其特征在于：該管道由多節(jié)鋼管連接組成；所述各節(jié)鋼管兩端分別對焊帶有限位凸臺的凸面類法蘭和帶密封凹槽的凹面類法蘭；所述鋼管內壁有搪瓷防腐層；所述鋼管為熱軋無縫鋼管，長度為6000～10000mm，外徑為76～426mm；所述密封凹槽截面為Ｌ形。

所述各節(jié)鋼管間的連接方式為凸面類法蘭和凹面類法蘭通過氬弧焊在大端面連接。

所述凸面類法蘭和凹面類法蘭上均有環(huán)形凹槽；所述環(huán)形凹槽在兩種法蘭對接時形成環(huán)形隔熱空腔；所述限位凸臺和密封凹槽均緊貼搪瓷防腐層。

所述限位凸臺的形狀和密封凹槽相配合；所述密封凹槽內安裝聚四氟乙烯墊片，并通過限位凸臺壓緊、密封；所述聚四氟乙烯墊片橫截面的徑向內側與搪瓷防腐層內側對齊。

所述復合管道在拐彎、分流或匯流的部分還包括有彎頭、三通或多通管接頭部件；所述彎頭、三通或多通管接頭部件的端部對焊有凸面類法蘭或凹面類法蘭，內表面預制有搪瓷防腐層；所述彎頭、三通或多通管接頭部件與鋼管（1，2）連接的方式為在密封凹槽（7）內安裝聚四氟乙烯墊片（8）后，凸面類法蘭（4）和凹面類法蘭（5）通過氬弧焊在大端面連接。

所述搪瓷防腐層的釉料成分及各成分質量份數分別為：

石英砂35-55份，硼砂18-23份，氧化鎳2-4份，氧化鎂3-5份，氧化鈷3-4份，硝酸鈉2-8份，二氧化鈦2-6份，氧化鋰5-15份，氧化鋁3-4份，碳酸鈣3-4份，螢石3-5份，氟硅酸鈉1-3份，硝酸鉀0.5-2份；

每100份釉料中添加的磨加物為：優(yōu)質粘土4-8份，煅燒石英11-13份，亞硝0.3-0.5份，硼砂0.4-0.6份。

一種如上文所述的耐蝕搪瓷復合管道的制造方法，其特征在于該方法包括：

1）在鋼管兩端分別對焊凸面類法蘭和凹面類法蘭；采用中頻加熱至800℃，對鋼管進行除油脫脂并調整鋼管組織。

2）釉漿制備：根據權利要求6中的成分組成配制釉料，在1300℃左右熔融反應，水激冷得碎玻璃狀釉料，將其與權利要求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漿。

3）采用有氣旋噴設備將釉漿霧化并噴至鋼管及其兩端對焊的類法蘭內壁，通過控制其搖擺、旋轉方式調整搪瓷防腐層的比表面質量。

4）采用隧道式連續(xù)燒成爐（高7000-11000mm，寬1230mm，總長約10000mm），對噴涂釉漿的兩端對焊類法蘭的鋼管進行低溫烘干（120-200℃，15-25分鐘）、高溫（800-900℃）燒成。其中，根據鋼管規(guī)格不同，通過掛鉤懸掛于集放式鏈傳動系統(tǒng)（高7500-11500mm）的鋼管，在隧道式連續(xù)燒成爐內行走的時間約為5-20分鐘不等。

5）冷卻方式為空冷。

優(yōu)點及效果：本發(fā)明在釉料中加入一定螢石、氟硅酸鈉，磨加物中加入優(yōu)質粘土、煅燒石英，目的是消除搪瓷防腐層的鱗爆缺陷。同時，在連接結構上保證了防腐層的連續(xù)性和完整性，有效降低了焊接高溫對搪瓷防腐層和聚四氟乙烯墊片的影響，避免防腐失效；便于現場施工。類法蘭接頭和鋼管采用相同材料，可有效避免電化學腐蝕。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明中兩端對焊管法蘭的鋼管連接后的總體剖面圖；

圖2、圖3為本發(fā)明中帶限位凸臺的管法蘭的立體圖；

圖4、圖5為本發(fā)明中帶密封凹槽的管法蘭的立體圖。

附圖標記：1. 鋼管A；2. 鋼管B；3. 搪瓷防腐層；4.帶限位凸臺的管法蘭（簡稱“凸面類法蘭”）；5.帶密封凹槽的管法蘭（簡稱“凹面類法蘭”）；6. 限位凸臺；7. 密封凹槽；8. 聚四氟乙烯墊片；9. 環(huán)形隔熱空腔；10. 凸面和凹面類法蘭的連接焊道；11. 鋼管B與凸面類法蘭的連接焊道；12. 鋼管A與凹面類法蘭的連接焊道；13. 焊接坡口；14. 環(huán)形凹槽。

具體實施方式：

本發(fā)明是一種耐蝕搪瓷復合管道，由多節(jié)鋼管連接而成，鋼管均為熱軋無縫管，長度為6000-10000mm，外徑為76-426mm，以適應不同流量的管道要求。鋼管兩端分別對焊凸面4和凹面5類法蘭，表面處理和熱處理后，內壁整體預制搪瓷防腐層3。相鄰的兩端對焊類法蘭4、5的鋼管1，2之間采用氬弧焊的方式進行連接。

為避免熱軋鋼管1，2及與其對焊的類法蘭4和5內壁搪瓷防腐層3出現鱗爆缺陷，本發(fā)明開發(fā)了專用的適用于大尺寸熱軋鋼管的釉料和磨加物。其中，釉料各成分及其質量份數為：石英砂35-55份，硼砂18-23份，氧化鎳2-4份，氧化鎂3-5份，氧化鈷3-4份，硝酸鈉2-8份，二氧化鈦2-6份，氧化鋰5-15份，氧化鋁3-4份，碳酸鈣3-4份，螢石3-5份，氟硅酸鈉1-3份，硝酸鉀0.5-2份。磨加物（釉料按100份計算）成分為：優(yōu)質粘土4-8份，煅燒石英11-13份，亞硝0.3-0.5份，硼砂0.4-0.6份。

鋼管內壁預制搪瓷防腐層技術方案：

針對大尺寸鋼管，按傳統(tǒng)工藝在其內壁預制搪瓷防腐層無法保證涂層質量和防腐性能。為此，本發(fā)明采取如下技術方案。

1）前期準備：將凸面4和凹面3類法蘭分別對焊于鋼管1，2兩端，并進行焊縫處理、檢查，以及內表面處理和熱處理等；

2）釉漿配制：根據釉料成分配制釉料，在1300℃左右熔融反應，水激冷得碎玻璃狀釉料，將其與磨加物配比，并按（釉料 + 磨加物）：水 = （3-4）：1的比例混合并球磨得釉漿；

3）釉漿噴涂：采用有氣旋噴設備將釉漿霧化并噴至鋼管1，2及與其對焊的類法蘭2和3內壁。其間，通過搖勻裝置自動控制鋼管搖擺、旋轉以調整內壁搪瓷防腐層的比表面質量；

4）低溫烘干：采用隧道式連續(xù)燒成爐（高7000-11000mm，寬1230mm，總長約10000mm）余熱對釉漿進行低溫烘干；

5）高溫燒成：低溫烘干的鋼管經集放式鏈傳動系統(tǒng)（高7500-11500mm）送入隧道式連續(xù)燒成爐內，高溫燒成并空冷。

鋼管連接技術方案：

如圖1所示，兩端對焊類法蘭4和5的鋼管1，2之間采用氬弧焊的方式進行連接，對一鋼管2的凸面類法蘭4和另一鋼管1的凹面類法蘭5在大端面進行對焊。此外，凸面類法蘭4內加工限位凸臺6，凹面類法蘭5內加工環(huán)形密封凹槽7，L形截面，密封凹槽7內放置聚四氟乙烯墊片8。凸面4和凹面5類法蘭焊接時，限位凸臺6對齊并壓緊聚四氟乙烯墊片8。聚四氟乙烯墊片8的橫截面徑向內側與搪瓷防腐層3內側對齊，以保證兩者配合形成連續(xù)的防腐層。

凸面4和凹面5類法蘭大端面徑向外側設置環(huán)形凹槽14，類法蘭4，5對齊后，兩環(huán)形凹槽14形成環(huán)形隔熱空腔9。

對于需要拐彎、分流或匯流的管線，可首先在彎頭、三通或多通等部件端部對焊凸面4或凹面5類法蘭，并在內表面整體預制搪瓷防腐層3；所述彎頭、三通或多通等部件與鋼管1，2連接的方式為在密封凹槽7內安裝聚四氟乙烯墊片8后，凸面類法蘭4和凹面類法蘭5通過氬弧焊在大端面連接。

下文結合附圖對“一種耐蝕搪瓷復合管道及其制造方法”進行說明。

1. 工廠預制

1）類法蘭焊接：將凸面類法蘭4和凹面類法蘭5分別對焊于鋼管1，2兩端，焊接后清渣并進行焊縫外觀檢查和無損檢測。

2）表面處理和熱處理：將兩端對焊凸面4和凹面5類法蘭的鋼管1，2中頻加熱至800℃，對其除油脫脂并調整鋼管組織。鋼管內表面經噴砂（丸）處理達到噴射或拋射除銹的Sa3級或手工和動力工具除銹的St3級要求。

3）釉料制備：將釉料（質量份數：石英砂35-55份，硼砂18-23份，氧化鎳2-4份，氧化鎂3-5份，氧化鈷3-4份，硝酸鈉2-8份，二氧化鈦2-6份，氧化鋰5-15份，氧化鋁3-4份，碳酸鈣3-4份，螢石3-5份，氟硅酸鈉1-3份，硝酸鉀0.5-2份）混合均勻，在高溫爐（1300℃左右）中進行熔融反應至拉絲1-2節(jié)/米，將熔體用水激冷，生成碎玻璃狀釉料。

4）釉漿制備：將步驟3）生成的釉料和磨加物（質量組成為：釉料100份，優(yōu)質粘土4-8份，煅燒石英11-13份，亞硝0.3-0.5份，硼砂0.4-0.6份）與水按（3-4）：1的質量比混合，并將混合物放入球磨機球磨8小時后得到釉漿備用。

5）噴涂：采用有氣旋噴設備將步驟4）制成的釉漿霧化并噴射至鋼管（1，2）及其兩端對焊的類法蘭4和5內壁。其間，通過搖勻裝置自動控制鋼管搖擺、旋轉以調整內壁搪瓷防腐層3的比表面質量。

6）低溫烘干：經集放式鏈傳動系統(tǒng)（高7500-11500mm）將內表面噴涂釉漿的兩端對焊類法蘭4和5的鋼管1，2送入隧道式連續(xù)燒成爐（高7000-11000mm，寬1230mm，總長約10000mm）內，利用燒成爐余熱，在120-200℃條件下烘干15-25分鐘。

7）高溫燒成：將經步驟6）低溫烘干的兩端對焊類法蘭4，5的鋼管1，2經集放式鏈傳動系統(tǒng)進一步送入隧道式連續(xù)燒成爐內部，在800-900℃高溫條件下燒成。其中，根據鋼管規(guī)格不同，其在隧道式連續(xù)燒成爐內行走的時間約為5-20分鐘不等。

8）冷卻：內壁涂覆搪瓷防腐層3的鋼管1，2及其兩端對焊的類法蘭4，5在出爐后采用空冷的方式冷卻。

2. 現場施工

1）兩端對焊凸面（圖2）和凹面（圖3）類法蘭接頭的搪瓷復合管運抵施工現場后，按照施工要求在現場布管。

2）將聚四氟乙烯墊片8放置在凹面類法蘭5的密封凹槽7內，將凸面類法蘭4和凹面類法蘭5的連接端面（大端面）相對，利用對口機將其對正并壓緊，實現密封；同時，凸面4和凹面5類法蘭內的環(huán)形凹槽14對接形成環(huán)形隔熱空腔9。將凸面類法蘭4和凹面類法蘭5的連接端面（大端面）進行氬弧焊點焊固定，隨后進行氬弧焊打底焊接，移除對口機。

3) 按照焊接工藝要求，進行氬弧焊或手工電弧焊等方法進行填充、蓋面焊接，焊接、清渣完成后進行焊縫外觀檢查和無損檢測。

4) 對需要拐彎、分流或匯流的管線，可首先在彎頭、三通或多通等部件的端部對焊凸面4或凹面5類法蘭，并在內表面整體涂覆搪瓷防腐層3。所述彎頭、三通或多通等部件與鋼管1，2連接的方式為在密封凹槽7內安裝聚四氟乙烯墊片8后，凸面類法蘭4和凹面類法蘭5通過氬弧焊在大端面連接。檢測要求同上。

本發(fā)明達到的技術效果體現在：

釉料中加入一定螢石、氟硅酸鈉，磨加物中加入優(yōu)質粘土、煅燒石英，目的是消除搪瓷防腐層的鱗爆缺陷。

凸面和凹面類法蘭與鋼管采用一體成型涂覆工藝，聚四氟乙烯墊片與搪瓷防腐層無縫連接，保證了防腐層的連續(xù)性和完整性。凸面和凹面類法蘭的環(huán)形隔熱空腔可延長焊接熱量傳導距離，有效降低焊接高溫對搪瓷防腐層和聚四氟乙烯墊片的影響，避免防腐失效。同時，聚四氟乙烯墊片位于類法蘭大端面接口內側，可吸收部分焊接余熱并軟化，有利于提高密封質量。限位凸臺和密封凹槽有利于保證法蘭接頭定位的準確性，便于現場施工。類法蘭接頭和鋼管采用相同材料，可有效避免電化學腐蝕。

與技術方案配套的集放式鏈傳動系統(tǒng)、隧道式連續(xù)燒成爐等均可保證大尺寸管道內壁搪瓷防腐層的連續(xù)、高效、規(guī)模制造。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施方式，不對本發(fā)明的結構和施工方案做形式上的限制。凡據本發(fā)明的技術實質，對以上技術方案作任何形式上的非本質修改，均屬本發(fā)明技術方案范圍。