CN100525932C - 钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺 - Google Patents
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Abstract
一种钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺，包括：(1)选择有机液体涂料和有机粉末涂料，是同类有机涂料，能发生化学的交联反应，交联反应温度低于固化温度，液体涂料和粉末涂料具有相同的固化温度；(2)对钢管内表面进行干式喷砂处理；(3)在管体内部喷涂有机液体涂料的薄涂层；(3)对喷涂后的薄涂层进行烘烤，达到薄涂层的半固化状态；(4)对半固化状态的薄涂层钢管预热；(5)采用热熔的喷涂方法喷涂有机粉末涂料；(6)进行有机液体涂料和有机粉末涂料间的交联反应；(7)进行固化；(8)冷却到室温。该工艺达到长效重防腐的要求：即涂层和基体超强的结合力、零涂层微缺陷、高表面光洁度、高致密涂层体系。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺。该涂层工艺属于重防腐涂料应用于钢管内壁实现重防腐有机涂层的一项新工艺的应用。
背景技术
现在的钢管内壁重防腐涂层工艺主要有液体有机涂层工艺和粉末有机涂层工艺两种。
液体有机涂层工艺是传统涂层工艺，主要工艺流程为：喷砂前处理—高压无气喷涂—涂层固化—涂层检测—成品这几道主要工序。液体涂层由于采用先进的高压无气喷涂技术，使得涂层和金属基材有了超强的结合力，这一特点备受长效重防腐涂层人士的青睐；但是液体涂层由于固化时溶剂挥发造成很多涂层微缺陷和涂层结构不致密，表面光洁度较差等一系列缺陷，表面光洁度较差容易使涂层表面结垢和附着有机物，涂层微缺陷和涂层结构不致密影响了涂层防腐的长效性，这些原因阻碍了液体涂层在长效重防腐领域的应用。
粉末有机涂层是近年发展起来的，其主要工艺为：喷砂前处理—静电或热熔喷粉—涂层固化—涂层检测—成品等几道主要工序。由于本身没有挥发性溶剂杜绝了涂层微缺陷，同时具有非常高的表面光洁度和高致密涂层体系，有效的阻止了垢和有机物的附着和腐蚀介质进入，这些优势是长效重防腐所必须具有的。但由于采用静电或热熔性喷涂，使得涂层与金属基体之间存在很多的微型气泡，微型气泡的存在大大降低了涂层和基体之间的结合力，这又是长效重防腐所不能允许的。
由上可知，现有的有机涂层工艺无论是液体涂层工艺还是粉体涂装工艺都不能满足长效重防腐涂层性能的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺。本发明的工艺可以达到长效重防腐的要求：即涂层和金属基材超强的结合力、零涂层微缺陷、高的涂层表面光洁度、高致密涂层体系。
为了实现上述的发明目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明的钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺包括以下的步骤：
(1)、首先选择所使用的有机液体涂料和有机粉末涂料，所使用的有机粉末涂料和有机液体涂料是同类有机涂料，且所使用的有机粉末涂料和有机液体涂料能发生化学的交联反应，交联反应温度低于固化温度，并且所使用的液体涂料和粉末涂料具有相同的固化温度；
(2)、对钢管内表面进行干式喷砂处理；
(3)、在喷砂处理后的钢管内部喷涂有机液体涂料的薄涂层，薄涂层的厚度在35～65μm之间，薄涂层厚度均匀；
(4)、喷涂后的钢管静置30～60分钟后，进入烘干炉中，在所使用的有机液体涂料的半固化温度下进行烘烤，使薄涂层达到半固化状态，硬度在HB～1H之间；烘烤温度、时间，即所使用的有机液体涂料的半固化温度、及半固化时间应由涂料供应商提供；
(5)、钢管内的薄涂层达到半固化状态后，再将钢管在预热炉中预热20～30分钟，达到高于所使用的有机粉末涂料的胶化温度的起点温度(下限值)以上的15℃～30℃的温度；其中，所使用的有机粉末涂料的胶化温度应由涂料供应商提供；
(6)、采用热熔的喷涂方法喷涂有机粉末涂料，在有机粉末喷涂的全过程中钢管的温度不低于所使用的有机粉末涂料的胶化温度的起点温度(下限值)，有机粉末涂料的膜厚在150～250μm之间，膜厚均匀；
(7)、喷涂有机粉末涂料后，钢管在钢管温度低于有机粉末涂料胶化温度起点温度(下限值)的20℃之前，进入交联反应恒温炉进行有机液体涂料和有机粉末涂料间的交联反应，交联反应恒温炉的温度控制在所使用的有机液体涂料和所使用的有机粉末涂料间的交联反应温度范围内；其中，交联反应温度范围及交联反应时间应由涂料供应商提供；
(8)、涂层交联反应后，钢管进入固化炉中进行固化，固化炉的温度为所使用的有机粉末涂料的固化温度；其中，有机粉末涂料的固化温度及固化时间应由涂料供应商提供；
(9)、涂层固化后的钢管冷却到室温，得到内壁重防腐粉-液交联涂层的钢管。最后进行产品的最终质量检测。
在本发明的钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺中，所述的有机液体涂料和有机粉末涂料均是长效重防腐涂料，为酚醛树脂类涂料、聚苯硫醚类涂料或环氧树脂类涂料等。
在本发明的钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺中，在所述的步骤(4)中，烘干炉中炉温场的热均衡性应控制在10℃以内；在所述的步骤(5)中，预热炉中的钢管温度的均匀性应控制在10℃以内。
在本发明的钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺中，在所述的步骤(2)中，是采用高压空气磨料流方式进行干式喷砂处理，处理后的钢管内表面的除锈等级在Sa3.0，锚纹度达到30～80μm，内表面无尘洁净。
在本发明的钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺中，步骤(6)中的所使用的有机粉末涂料和步骤(3)中的所使用的有机液体涂料是同类有机涂料，且所使用的有机粉末涂料和使用的有机液体涂料能发生化学的交联反应。所述的同类有机涂料就是指所使用的有机粉末涂料和所使用的有机液体涂料都是酚醛树脂类涂料同一类，或都是聚苯硫醚类涂料同一类，或都是环氧树脂类涂料同一类等。有机粉末涂料、有机液体涂料是同类有机涂料以确保能够发生交联反应。如果所使用的有机粉末涂料和所使用的有机液体涂料两类涂料，但这两类涂料之间必须能发生化学的交联反应，且交联反应温度低于最终固化温度，也可以使用能发生化学的交联反应的不同的两类涂料。优选使用同类涂料。
本发明的优点：
为了达到钢管内壁长效重防腐涂层性能的要求，本发明的工艺是以国内外常用的管道重防腐涂料-改性酚醛树脂(液体、粉末)为基础，综合液体、粉末涂层工艺的优点，通过试验提出一种钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂层工艺，在工艺中采用全新的半固化和交联反应新工序，实现了液体和粉末涂层之间的交联反应，达到长效重防腐的要求：即涂层和基体超强的结合力、零涂层微缺陷、高表面光洁度、高致密涂层体系。该工艺可广泛用于其它重防腐领域。
本发明的工艺是采用了涂层半固化状态下的粉-液的交联反应这一关键工序通过改变温度控制等一系列新工序，整体区别于现有液体涂层工艺和粉末涂层工艺，从液体涂膜厚度到最终固化等都不同于传统工艺。
本发明工艺的发明点是涂层半固化状态下的粉-液的交联反应。
具体实施方式
实施例一：3-1/2油管管材内壁长效重防腐涂层工艺—粉-液交联工艺
所使用的涂料类型：改性酚醛树脂涂料：ATC-2000液体涂料和ATC-2000粉末涂料。
所使用的涂料生产厂家：安东石油技术集团公司ATC系列中的ATC-2000涂料。
所使用的涂料性质：改性酚醛树脂涂料-ATC-2000液体涂料(以下也称ATC-2000液体涂料)的半固化温度为100℃，固化温度为210℃。改性酚醛树脂涂料-ATC-2000粉末涂料(以下也称ATC-2000粉末涂料)的胶化温度160℃以上；固化温度为210℃，固化时间60～90分钟。ATC-2000液体涂料和ATC-2000粉末涂料的交联反应温度为160°～180℃。由涂料生产厂家提供。
工艺过程：3-1/2油管管材内壁采用干式喷砂除锈的方法，除锈等级Sa3.0，锚纹度35μm，内表面经高压空气吹扫，管体内壁无尘洁净。采用高压无气喷涂涂装ATC-2000液体涂料，湿膜厚度45μm，膜厚均匀。喷涂后的薄涂层静置30分钟后，进入烘干炉中进行烘烤，烘烤温度100℃(即采用ATC-2000液体涂料的半固化温度100℃的相同的温度)，保温40分钟后出炉，漆膜硬度HB，漆膜达到半固化状态(炉温场的热均衡性±4℃)。将半固化状态涂层钢管在预热炉预热，预热温度为175℃，[为高于ATC-2000粉末涂料的胶化温度的起点温度(下限值)(160℃)的15℃的温度]，预热时间20分钟后管体温度达到175℃，管体温度均匀。出炉后马上喷涂ATC-2000粉末涂料，喷粉结束时的管体温度为165℃，粉末涂料膜厚200μm。需要说明的是，喷粉结束时的管体温度为165℃，在进入175℃的预热炉进行保温之前，必须确保喷粉后的钢管温度≥140℃[即钢管在钢管温度低于有机粉末涂料胶化温度起点温度(160℃)的20℃之前]。进入175℃(为在ATC-2000液体涂料和ATC-2000粉末涂料的交联反应温度160°～180℃之内的温度)的预热炉进行保温，保温时间为30分钟(完成粉末和液体涂料间的交联反应)。然后进入210℃(即与ATC-2000粉末涂料的固化温度210℃相同的温度)的连续固化炉进行固化，固化时间60分钟后，出炉，检测涂层质量。实施效果：通过国家指定的检验部门-西安管材研究所的检验，认为该涂层质量完全具备了长效防腐涂层的要求，在国内各油田应用效果良好，通过在不同腐蚀介质、温度高达150℃的采油井和注水井长期使用，涂层没有变化。
实施例二：5-1/2钻杆管材内壁长效重防腐涂层工艺—粉-液交联工艺
所使用的涂料类型、涂料生产厂家及其涂料性质均同实施例一。
工艺过程：5-1/2油管管材内壁采用干式喷砂除锈的方法，除锈等级Sa3.0，锚纹度75μm，内表面经高压空气吹扫，管体内壁无尘洁净。采用高压无气喷涂涂装ATC-2000液体涂料，湿膜厚度70μm，膜厚均匀。喷涂后的薄涂层静置60分钟后，进入烘干炉中进行烘烤，烘烤温度100℃(即采用ATC-2000液体涂料的半固化温度100℃的相同的温度)，保温60分钟后出炉，漆膜硬度H，漆膜达到半固化状态(炉温场的热均衡性±4℃)。半固化状态涂层钢管在预热炉预热，预热温度为180℃[为高于ATC-2000粉末涂料的胶化温度的起点温度(下限值)(160℃)的20℃的温度]，预热时间30分钟后管体温度达到180℃，管体温度均匀。出炉后马上喷涂ATC-2000粉末涂料，喷粉结束时的管体温度为165℃，粉末涂料膜厚200μm。需要说明的是，喷粉结束时的管体温度为165℃，在进入175℃的预热炉进行保温之前，必须确保喷粉后的钢管温度≥140℃[即钢管在钢管温度低于有机粉末涂料胶化温度起点温度(160℃)的20℃之前]。进入180℃(为在ATC-2000液体涂料和ATC-2000粉末涂料的交联反应温度160°～180℃之内的温度)的预热炉进行保温，保温时间为60分钟(完成粉末和液体涂料间的交联反应)。然后进入210℃(即与ATC-2000粉末涂料的固化温度210℃相同的温度)的连续固化炉进行固化，固化时间90分钟后，出炉，检测涂层质量。实施效果：通过国家指定的检验部门-西安管材研究所的检验，认为该涂层质量完全具备了长效防腐涂层的要求，在国内各油田应用效果良好，钻井深度达到8000米。
实施例三：3-1/2油管管材内壁长效重防腐涂层工艺—粉-液交联工艺
所使用的涂料类型：改性聚苯硫醚涂料，SGPPS-TWG液体和SGPPS-TWG粉末。
所使用的涂料生产厂家：成都乐天塑料有限公司SGPPS系列中的SGPPS-TWG涂料。
所使用的涂料性质：改性聚苯硫醚涂料-SGPPS-TWG液体涂料(以下也称SGPPS-TWG液体涂料)的半固化温度为340℃，保温时间10～30分钟，固化温度为370℃。改性聚苯硫醚涂料-SGPPS-TWG粉末涂料(以下也称SGPPS-TWG粉末涂料)的胶化温度320℃以上，固化温度为370℃，固化时间20～60分钟。SGPPS-TWG液体涂料和SGPPS-TWG粉末涂料的交联反应温度为350°～365℃，保温30～60分钟。由涂料生产厂家提供。
工艺过程：3-1/2油管管材内壁采用干式喷砂除锈的方法，除锈等级Sa3.0，锚纹度35μm，内表面经高压空气吹扫，管体内壁无尘洁净。采用高压无气喷涂涂装SGPPS-TWG液体涂料，湿膜厚度30μm，膜厚均匀。喷涂后的薄涂层静置30分钟后，进入烘干炉中进行烘烤，烘烤温度140℃，保温40分钟后出炉，使涂料内部溶剂充分挥发，然后升温至340℃(即采用SGPPS-TWG液体涂料的半固化温度340℃的相同的温度)，保温15分钟，漆膜硬度1H，漆膜达到半固化状态(炉温场的热均衡性±4℃)。半固化状态涂层钢管在预热炉预热，预热温度为340℃[为高于SGPPS-TWG粉末涂料的胶化温度的起点温度(下限值)(320℃)的20℃的温度]，预热时间20分钟后管体温度达到340℃，管体温度均匀。出炉后马上喷涂SGPPS-TWG粉末涂料，喷粉结束时的管体温度为320℃，粉末涂料膜厚250μm。需要说明的是，喷粉结束时的管体温度为320℃，在进入365℃的预热炉进行保温之前，必须确保喷粉后的钢管温度≥300℃[即钢管在钢管温度低于有机粉末涂料胶化温度起点温度(320℃)的20℃之前]。进入365℃(为在SGPPS-TWG液体涂料和SGPPS-TWG粉末涂料的交联反应温度350°～365℃之内的温度)的预热炉进行保温，保温时间为30分钟(完成粉末和液体涂料间的交联反应)。然后进入370℃(即与SGPPS-TWG粉末涂料的固化温度370℃相同的温度)的连续固化炉进行固化，固化时间40分钟后。出炉，检测涂层质量。实施效果：通过国家指定的检验部门-西安管材研究所的检验，认为该涂层质量完全具备了长效防腐涂层的要求，在国内各油田应用效果良好，通过在不同腐蚀介质、温度高达180℃的采油井和注水井长期使用，涂层没有变化。该涂层完成钻井进尺达到25000米后，涂层完好。
对本发明的实施例一、实施例二、实施例三的涂层产品的性能进行了检验，其中附着力、高压釜、耐磨性和漏点检测采用和国际接轨的液体溶剂型钻杆内涂层技术条件-SY/T 0554-1995剂型检验，外观及表面光洁度采用粉末涂层的检验方法，检验结果如下：
检验结果
其中，表中的“ATC-2000涂料(5-1/2和3-1/2)”是实施例一、实施例二采用本发明的工艺使用ATC-2000涂料分别对3-1/2油管、5-1/2钻杆管的涂层产品的性能的检验结果，表中的“SGPPS-TWG涂料(3-1/2)”是实施例三采用本发明的工艺使用SGPPS-TWG涂料分别对3-1/2油管的涂层产品的性能的检验结果。
由检验结果可以得知，本发明的钢管内壁重防腐粉—液交联工艺完全达到了钢管内部重防腐的全部要求，部分性能优于标准要求。本发明的工艺可广泛用于其它重防腐领域。
Claims (3)
1、一种钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺，其特征在于，该工艺包括以下的步骤：
(1)、首先选择所使用的有机液体涂料和有机粉末涂料，所使用的有机粉末涂料和有机液体涂料是同类有机涂料，所述的有机粉末涂料和有机液体涂料均是长效重防腐涂料，为酚醛树脂类涂料、聚苯硫醚类涂料或环氧树脂类涂料，且所使用的有机粉末涂料和有机液体涂料能发生化学的交联反应，交联反应温度低于固化温度，并且所使用的有机液体涂料和有机粉末涂料具有相同的固化温度；
(2)、对钢管内表面进行干式喷砂处理；
(3)、在喷砂处理后的钢管内部喷涂有机液体涂料的薄涂层，薄涂层的厚度在35～65μm之间，薄涂层厚度均匀；
(4)、喷涂后的钢管静置30～60分钟后，进入烘干炉中，在所使用的有机液体涂料的半固化温度下进行烘烤，使薄涂层达到半固化状态，硬度在HB～1H之间；
(5)、钢管内的薄涂层达到半固化状态后，再将钢管在预热炉中预热20～30分钟，达到高于所使用的有机粉末涂料的胶化温度的起点温度以上的15℃～30℃的温度；
(6)、采用热熔的喷涂方法喷涂有机粉末涂料，在有机粉末喷涂的全过程中钢管的温度不低于所使用的有机粉末涂料的胶化温度的起点温度，有机粉末涂料的膜厚在150～250μm之间，膜厚均匀；
(7)、喷涂有机粉末涂料后，钢管在钢管温度低于有机粉末涂料胶化温度起点温度的20℃之前，进入交联反应恒温炉进行有机液体涂料和有机粉末涂料间的交联反应，交联反应恒温炉的温度控制在所使用的有机液体涂料和所使用的有机粉末涂料间的交联反应温度范围内；
(8)、涂层交联反应后，钢管进入固化炉中进行固化，固化炉的温度为所使用的有机粉末涂料的固化温度；
(9)、涂层固化后的钢管冷却到室温，得到内壁重防腐粉-液交联涂层的钢管。
2、根据权利要求1所述的钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺，其特征在于：在所述的步骤(4)中，烘干炉中炉温场的热均衡性应控制在10℃以内；在所述的步骤(5)中，预热炉中的钢管温度的均匀性应控制在10℃以内。
3、根据权利要求1所述的钢质管道内壁重防腐粉-液交联涂装工艺，其特征在于：在所述的步骤(2)中，是采用高压空气磨料流方式进行干式喷砂处理，处理后的钢管内表面的除锈等级在Sa3.0，锚纹度达到30～80μm，内表面无尘洁净。
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