郝茂德，徐志茹，楊偉芳

（浙江金洲管道科技股份有限公司，浙江 湖州313000）

消防給水用雙面涂覆鋼管生產(chǎn)及應用*

郝茂德，徐志茹，楊偉芳

（浙江金洲管道科技股份有限公司，浙江 湖州313000）

為了解決傳統(tǒng)消防給水用管及其連接件自身防腐蝕、防結(jié)垢和抗菌等性能較差，嚴重影響使用效果的問題，引入了一種新型消防給水用管，即雙面涂覆鋼管。介紹了雙面涂覆鋼管防腐層材料的選型及其防腐機理，雙面涂覆鋼管的生產(chǎn)工藝、檢驗方法及安裝應用等。分析認為，雙面涂覆鋼管不僅具有鋼管的優(yōu)點，又具有防腐性能優(yōu)良、水力性能好、耐高溫性能強、安裝方法多樣等優(yōu)點，其應用范圍必將越來越廣。

雙面涂覆鋼管；熔結(jié)型重防腐環(huán)氧樹脂；涂覆工藝；性能檢驗；應用

1 概 述

消防管是建筑消防系統(tǒng)中不可或缺的管道材料，我國傳統(tǒng)的消防給水管道一般采用鍍鋅鋼管、無縫鋼管和鑄鐵管。近年來，雙面涂覆鋼管作為一種新型消防管材漸露頭角。

雙面涂覆鋼管是以焊接鋼管或無縫鋼管為基管，內(nèi)外表面涂裝高附著力、抗沖擊性強、重防腐、環(huán)境友好型的熱固性粉末涂料的鋼塑復合管，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。由于在涂覆材料中添加了阻燃材料，使其具有較好的耐高溫性能，在火災發(fā)生時能充分保證管道的有效供水。該類管材既具有鋼管的機械強度，又具有塑料管的表面光滑、流體阻力小、不易結(jié)垢等特點，保證了管道流量和使用效果。消防用水具有長期靜止性和突發(fā)急用性等特點，而傳統(tǒng)消防用管及其連接件由于其自身的防腐蝕、防結(jié)垢和抗菌等性能較差，時間稍長便會生銹、結(jié)垢[1]，造成管道及灑水噴頭阻塞，影響使用效果。而雙面涂覆鋼管的抗腐蝕性能克服了這一弊端，提高了消防管道的可靠性。同時，該鋼管的涂層能夠避免泡沫滅火劑對消防管道的腐蝕，提高了消防管的使用壽命。

圖1 雙面涂覆復合鋼管結(jié)構(gòu)示意圖

該類產(chǎn)品國家標準GB/T 5135.20—2010《國家標準自動噴水滅火系統(tǒng)第20部分： 涂覆鋼管》已經(jīng)發(fā)布并實施[2]，GB/T 28897—2012《鋼塑復合管》也將該類產(chǎn)品納入其中。但是，由于目前市場上的該類產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，影響了行業(yè)的發(fā)展，規(guī)范該類產(chǎn)品的生產(chǎn)及應用，才能促進該行業(yè)進一步健康發(fā)展。

2 粉末涂料的要求及選擇

2.1 消防管道粉末要求

消防給水管使用環(huán)境較為苛刻、惡劣，因此對粉末涂料的要求也較高。具體要求：①附著力強，不易從鋼管基體上脫落；②要具有優(yōu)異的抗腐蝕能力、耐冷熱水浸泡、抗高溫塑膜變質(zhì)老化的能力，具有好的穩(wěn)定性；③力學性能要好，形成的涂塑鋼管的覆膜，必須有一定的機械強度和柔韌性；④要有較好的工藝性能及可加工性能。

2.2 熱固性重防腐環(huán)氧粉末涂料防腐機理

雙面涂覆消防給水管使用的涂料為熔結(jié)型重防腐環(huán)氧樹脂粉末。該類涂料以環(huán)氧樹脂為基體，添加固化劑、助劑、填料和顏料而制成，除滿足管道涂覆環(huán)氧樹脂粉末的基本性能指標外，還增加了能滿足火災環(huán)境下耐高溫性能的要求[3-4]。

首先，基料采用酚醛改性環(huán)氧，即在雙酚A環(huán)氧樹脂的基礎上引入部分苯酚甲醛或甲酚甲醛環(huán)氧樹脂，其結(jié)構(gòu)中的高極性和活性的環(huán)氧基，能與金屬表面形成化學鍵而產(chǎn)生很強的附著力。苯酚甲醛和甲酚甲醛環(huán)氧樹脂反應性很強，與雙酚A環(huán)氧樹脂摻混，從而使涂料既具有屈撓性又兼顧防腐性。其次，固化劑采用酚類固化劑，其中鄰－甲酚甲醛樹脂是一種多官能度的固化劑，與酚醛改性環(huán)氧樹脂結(jié)合將得到非常好的抗高溫和抗化學腐蝕性能。涂層固化后不會生成酯鍵，所以不會產(chǎn)生逆反應而降低防腐效果。再次，在涂料中加入流平劑以調(diào)整加熱熔融時的流變學性能；添加脫氣劑以避免涂層產(chǎn)生細小針孔或者氣泡；加入抗氧化劑以改善涂層的耐高低溫性能；在涂料中適當加入用偶聯(lián)劑處理過的超細石英粉、云母、納米氧化硅空心玻璃微珠等惰性功能填料，以提高涂層的致密性及附著力，增強涂料涂層的強度、韌性并改善其耐鹽霧及耐陰極剝離的能力。涂料采用的顏料為具有防腐性能的無機顏料，顏色要求為消防紅色。最后，以上所提及的組分對所形成的粉末涂層性能的貢獻是互相制約和影響的，一個適宜的配方，實際上是各種組分協(xié)調(diào)的結(jié)果。

2.3 劣質(zhì)環(huán)氧粉末帶來的質(zhì)量問題

筆者在一系列試驗中發(fā)現(xiàn)，劣質(zhì)的環(huán)氧粉末涂料會造成雙面涂覆鋼管一系列質(zhì)量問題（見圖2）。如附著力不合格、壓槽時涂層開裂、脫落、壓扁試驗涂層開裂、高溫下涂層起泡脫落、沖擊試驗不達標等。因此在生產(chǎn)時應選用質(zhì)量較好的環(huán)氧粉末涂料，而且待選涂料在使用前要經(jīng)過充分的試驗論證，合格后才能進行較大規(guī)模的生產(chǎn)。同時做好質(zhì)量檢測也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

圖2 雙面涂覆復合鋼管試驗檢測涂層不合格實物照片

3 雙面涂覆鋼管的生產(chǎn)工藝

雙面涂覆鋼管生產(chǎn)工藝流程：鋼管涂敷前處理→預熱→雙面涂覆→固化→強冷→檢驗→修補→包裝。

3.1 鋼管涂敷前處理

對于焊接鋼管來說，涂敷前處理包括去內(nèi)毛刺和內(nèi)外表面的拋噴丸處理。

去內(nèi)毛刺目的是保證涂層厚度的均勻性，并預防在焊縫附近產(chǎn)生針眼等缺陷。去內(nèi)毛刺的方式有在線和離線，一般是采用圓弧形硬質(zhì)合金刀片刮除內(nèi)毛刺。內(nèi)毛刺刮除后，焊縫高度應小于0.2 mm，鋼管內(nèi)部焊縫處無明顯焊渣、焊瘤等遺留物。若采用無縫鋼管為基管，則不需要該步驟。

鋼管表面拋噴丸的目的是徹底去除鋼管表面的污垢、氧化皮、銹跡等雜物，使清潔等級達到Sa2.5級，并在鋼管表面形成一定的粗糙度，以提高塑層與基體之間結(jié)合力。鋼管拋噴丸一般分外壁拋丸和內(nèi)壁噴丸兩種。外拋丸是通過大功率電機帶動拋丸器的葉片高速轉(zhuǎn)動，使磨料在離心力作用下對鋼管外表面打擊達到拋丸目的；內(nèi)拋丸采用壓縮空氣為動力，形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的鋼管表面，使鋼管表面狀態(tài)發(fā)生變化，從而實現(xiàn)拋丸目的。處理后的鋼管表面呈凹凸狀，顏色呈金屬白色，錨紋深度應在50～90 μm。預處理后的鋼管應在12 h內(nèi)完成涂塑，否則應重新進行噴砂處理。

3.2 預熱

經(jīng)過表面處理的鋼管應采用無污染的熱源均勻加熱。常用的無污染熱源有中頻加熱、天然氣加熱和遠紅外絲加熱。中頻加熱是鋼管通過載有交變大電流的線圈所形成的交變磁場產(chǎn)生渦流實現(xiàn)加熱；天然氣加熱一般在燃氣熱風循環(huán)步進式加熱爐內(nèi)進行。加熱溫度可根據(jù)生產(chǎn)速度、產(chǎn)品規(guī)格以及涂層膠化、固化時間調(diào)整，一般控制在150～230℃，以180℃為宜。工件預熱溫度值及工件整體溫度應控制均勻，其波動范圍在±5℃之間。

3.3 涂覆

涂覆工序是一道關鍵工序，粉末涂裝的均勻性直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量。雙面涂覆時一般內(nèi)涂和外涂同時進行，即加熱鋼管輸送到涂塑機后，用噴涂或散布法涂覆鋼管外表面，同時用內(nèi)噴涂或內(nèi)吸涂對鋼管內(nèi)壁進行涂覆。

噴粉系統(tǒng)一般由供粉箱、內(nèi)外噴槍、噴粉室、余粉回收器等組件組成，其涂裝原理為，環(huán)氧粉末先在供粉箱內(nèi)充分流化，然后通過靜電噴槍使粉末顆粒帶負電，均勻地粘附在經(jīng)預熱的鋼管表面，粘附在預熱鋼管表面的環(huán)氧粉末借助鋼管的熱量熔融并流動，進一步流平覆蓋整個鋼管表面，特別是覆蓋在鋼管表面的凹陷處，以及焊道兩側(cè)。涂覆作業(yè)時，鋼管自動旋轉(zhuǎn)，以使粉末分布均勻，最終形成均勻平整的涂層。涂層厚度可通過控制噴粉的時間和速度來調(diào)整。另外，也有采用流化床浸漬法來進行鋼管內(nèi)外壁涂覆的，但這種方法會有涂層流掛以及涂層厚度不均的問題發(fā)生，現(xiàn)在一般較少采用。

3.4 固化

環(huán)氧粉末涂裝后的消防管道被置于固化爐中固化，固化時的溫度和時間對涂層質(zhì)量的影響至關重要，如果固化溫度達不到規(guī)定溫度或者固化時間達不到規(guī)定時間，涂膜的交聯(lián)固化不完全，將影響涂膜的理化性能。反過來固化溫度過高或者固化時間過長，會使涂膜老化。在實際生產(chǎn)中，可根據(jù)鋼管的規(guī)格、厚度等設定不同的固化溫度和固化時間。一般情況下，固化溫度設定在180～200 ℃，固化時間為 15～25 min。

3.5 冷卻

冷卻方式有強制冷卻和自然冷卻。強制冷卻采用的介質(zhì)有冷風或涼水。對于熱容較大的被涂物，采用自然冷卻，冷卻速度較慢，在生產(chǎn)線上停留時間就相應延長。因此對熱容量較大的被涂物，應采用強制冷卻工藝，以縮短涂覆生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率。值得注意的是，若采用自然冷卻也絕不可不出爐隨爐冷卻，涂層若長時間承受高溫，涂層就會老化，導致其物化性能大幅降低。

4 雙面涂覆鋼管性能測試

消防給水用雙面涂覆鋼管使用環(huán)境惡劣，因而對其質(zhì)量要求更加嚴格。雙面涂覆鋼管涂層的檢測方法及其技術(shù)要求見表1。

表1 雙面涂覆鋼管涂層的檢測方法及其技術(shù)要求

5 雙面涂覆鋼管的應用

5.1 產(chǎn)品的應用

雙面涂覆鋼管主要用于城鎮(zhèn)消防給水管道，使用環(huán)境溫度為－30～80℃（峰值760℃），常規(guī)使用壓力為0.1～2.5 MPa。該產(chǎn)品涂覆材料中添加了阻燃材料，使得該產(chǎn)品的耐溫性能與其他同類產(chǎn)品相比得到提高，即使在周圍環(huán)境溫度急劇上升時也不會影響使用。常用雙面涂覆鋼管的規(guī)格主要有DN15～300 mm。DN15～65 mm產(chǎn)品的內(nèi)外涂層厚度應＞0.3 mm，DN80～300 mm產(chǎn)品的內(nèi)外涂層厚度應＞0.35 mm，產(chǎn)品定尺長度為6 m。

5.2 連接方式

鋼塑復合鋼管的連接方式與傳統(tǒng)鍍鋅管基本相同[5-6]，DN15～100 mm，工作壓力≤1.6 MPa的管道，均可采用絲口連接。管徑＞100 mm時宜采用法蘭或溝槽式卡箍連接，其中DN50～100 mm可根據(jù)設計既可選擇絲口連接也可選用溝槽連接。帶有螺紋、法蘭、溝槽連接的涂覆鋼管，其連接形式應符合GB/T 7306.2—2000《55°密封管螺紋 第2部分：圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋》、GB/T 9119—2010《板式平焊鋼制管法蘭》、GB 5135.11—2006《自動噴水滅火系統(tǒng) 第11部分 溝槽式管接件》的規(guī)定。雙面涂覆鋼管的連接難點在于塑層的連接。近年來，管端保護環(huán)廣泛應用于內(nèi)涂塑和內(nèi)襯塑鋼管的安裝[7-8]，將來也可以在雙面涂覆鋼管的安裝應用上作一些探討。

6 結(jié)束語

消防給水用雙面涂覆鋼管是目前國內(nèi)鋼管市場迅速發(fā)展的一類專用管道，與傳統(tǒng)消防管鋼管相比，雙面涂覆鋼管具有以下優(yōu)越性：強度高、韌性好、易成型、不易開裂，管道維修量少；耐腐蝕，不僅耐一般水介質(zhì)的長期腐蝕，而且耐酸、堿、鹽溶液和有機介質(zhì)及土壤的腐蝕，從根本上消除了管道腐蝕的危害；輸送阻力小，降低了輸送能耗。隨著我國涂裝設備的設計制造、涂塑工藝的研究以及涂塑原料國產(chǎn)化水平的不斷提高，其產(chǎn)品質(zhì)量會進一步提高并得到有效保障。雙面涂覆鋼管生產(chǎn)過程無污染，其作為一種節(jié)能環(huán)保的理想管材，理應得到市場足夠的重視與推廣。

[1]張喆，李傳東.消防給水管材的選用及其優(yōu)缺點探討[J].江西建材，2015（2）：54-55.

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Production and Application of Double Coated Steel Pipe for Fire Water Supply

HAO Maode，XU Zhiru，YANG Weifang
（Zhejiang Kingland Pipeline and Technologies Co.,Ltd.,Huzhou 313000,Zhejiang,China）

In order to solve the some problems of traditional fire water supply pipe and fitting,which seriously affect the use effect,such as corrosion resistance,anti-scaling and poor antibacterial performance.A new type of fire water supply pipe was introduced,namely double coated steel pipe.In this article,it introduced steel pipe coating material selection and corrosion mechanism of double coated steel pipe,as well as production process,testing method,application and installation.The analysis indicated that the double coated steel pipe not only possesses the advantages of steel pipe,but also possesses some other advantages,including excellent anticorrosive performance,hydraulic performance is good,high temperature resistant performance is strong,installation method variety and so on;its application scope will be more and more widely.

double coated steel pipe；sinter type heavy-duty epoxy resin;coating process;performance test;application

TE985

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.11.008

2015.～2016年度浙江省重點研發(fā)計劃“特殊機加工機器人設計及應用技術(shù)”（項目號2015C01017）。

郝茂德（1981—），男，碩士，工程師，主要從事鋼塑復合管裝備和生產(chǎn)工藝研發(fā)。

2016-06-29

謝淑霞