新型消防涂覆管自动化生产线工艺及装备设计

徐志茹，杨伟芳 （浙江金洲管道科技股份有限公司，浙江湖州 313000）郑小艳，沈国方 （中国联合工程公司，浙江杭州 310052）

涂装技术

新型消防涂覆管自动化生产线工艺及装备设计

徐志茹，杨伟芳 （浙江金洲管道科技股份有限公司，浙江湖州 313000）
郑小艳，沈国方 （中国联合工程公司，浙江杭州 310052）

以浙江金洲管道科技股份有限公司新建的自动化消防管内外涂覆生产线为例，介绍了消防涂覆管的生产工艺，通过多工位同时内外喷涂，大大提高了生产线的效率；通过工艺优化和设备配置大幅度地减少了设备能耗；通过设计的特殊工装和定位，实现了钢管内外表面无工艺夹持瑕疵，提升了产品质量。

消防涂覆管；生产工艺；自动化生产线

0 引言

随着国民经济的快速发展，近几年来内外涂覆防腐钢管已被广泛用于建筑给排水、生活饮用水输配、消防管道等工程，目前我国涂覆管的产品研发、生产和应用的行业总体水平呈健康发展趋势，但也存在着技术与装备水平落后、专业性不强、企业规模相对偏小、集约化程度不高等不足［1］，产量不高且产品质量受到装备技术的限制，其生产基本还停留在单根钢管内涂或内外涂覆的半自动化生产水平，涂层膜厚均匀性得不到有效控制。尤其是消防用内外涂覆管，尽管早在2010年国家标准委就发布实施了GB/T 5135.20—2010《自动喷水灭火系统 第20部分：涂覆钢管》国家标准［2］，但由于受涂覆管产品的成本以及项目业主的思想观念等综合因素影响，行业中尚未发展建立成熟的供应体系，故该类产品的实际应用仍是差强人意。2015年新的环境保护法实施后，建筑领域管道工程项目涉及二次防腐施工的环保压力陡然增加，工厂化预制消防涂覆管的工程规模应用契机已经到来。鉴于此，开发了基于高自动化水平的消防管涂覆生产线，目前该生产线已经建成并投入生产，以下重点介绍该涂覆生产线的生产工艺。

1 生产工艺

1.1 工艺要求及特点

（1） 以焊管或镀锌管为基管，其内外表面涂覆环氧粉末涂料（内表面吸涂、外表面喷涂）；

（2） 工件为内径15~300 mm钢管，长度为6 m，长度允差为20 mm，部分规格长度满足3~6 m；

（3） 作业方式：采用车间行车+转运车进行原材料及成品运送，人工辅助上件，经吹扫、预热（中频加热）、内外涂覆、在线工艺点补喷、固化、强冷、喷码、贴标、检查去次品、加盖、码垛、成捆覆膜、打包、称重、储捆、下件等工序；

（4） 工件预热温度为150℃，涂料固化温度180℃、固化有效时间≥15 min；

（5） 内外涂覆作业时要求工件自转；

（6） 四工位之间均为独立系统，具有自动识别工位上有无工件并启动对应涂覆系统的作业功能；

（7） 预热工序采用中频加热方式（部分区间规格采用天然气直燃加热），固化工序采用天然气直燃加热；

（8） 工件完成内外涂覆后，性能应满足现行的GB/T 5135.20—2010《自动喷水灭火系统 第20部分：涂覆钢管》、GB/T 28897—2012《钢塑复合管》和CJ/T 120—2016《给水涂塑复合钢管》等标准的要求。每根钢管涂层厚度均匀性偏差≤15%，工件流经生产线整个过程除固化时管端搁点或内表面挂点外，不允许存有表面瑕疵；

（9） 生产线自动化程度高，仅上件拆捆、检查去次品、下件等处需要基本工人，打包处需要辅助工人外，其他各工位均实现自动化操作；

（10） 采用自动码垛打包系统（含成捆覆膜），打包后成捆称重，根据质量归类，集中几捆下件。

1.2 工艺分析

目前，钢管涂覆从技术路线来讲基本有旋转热涂法和粉末流化床涂覆法两种［3］，后者生产工艺虽有报道但受管子特定外形的影响并未得到广泛应用，而旋转热涂法内外表面涂覆管的生产线较多，但均以单根半自动作业为主，且内涂和外涂分2次进行，需要补热和二次固化，生产效率低，生产线设备能耗大。喷涂作业完成后还需要对支撑点进行人工修补，人工作业量大，修补后自干还需要有较大的堆场，无法与后续打包等工序形成自动化流水生产线。

通过开展实地调研，进行多次的试验评估和优选，最终确定了消防涂覆管的生产工艺，主要有以下几个技术关键点：

（1） 消防管用环氧粉末涂料的涂覆温度工艺窗口较窄，钢管在预热、固化时的温度应做到均匀、可调。钢管预热采用中频加热方式，钢管沿长度方向匀速运行时进行加热，能有效地减少能源消耗，且能很方便地对钢管需要的工艺温度进行修改和调整。钢管固化采用天然气直燃加热和热风循环方式的固化炉，确保温度的均匀性。同时，工艺路线兼容了近年来行业比较热门的低温固化型熔结环氧粉末涂料涂覆工艺［4］，确保若干时间内装备的工艺技术不落后。

（2） 为节省能源，该生产线内外涂覆设计在同一个工位完成，通过两端夹紧使工件自转。内涂覆采用文丘里原理，一端供粉和压缩空气，另一端采用负压装置产生吸力来吸涂。外涂覆采用喷涂工艺，根据工件长度等间距布置喷枪，采用往复机带动喷枪进行往复运动。内外涂覆完成后对两端夹紧旋转装置接触部位再进行补喷。

（3） 因喷涂后进行固化需要输送转接，且喷涂的膜厚较厚，对接触部位会造成不可修复的瑕疵，所以在喷涂时对外部转接部位进行屏蔽，暂不喷涂，转接后工件两端置于输送工装上，对屏蔽位置进行补喷后再进入固化炉。

（4） 内径32 mm以下的钢管在通过两端夹紧使其自转时，钢管中部必须进行支撑，为避免支撑点对外表面喷涂层的破坏，支撑点与喷涂后输送转接点应尽可能靠近，采用同一个屏蔽罩进行屏蔽。

（5） 根据内径40 mm及以下规格的钢管两端采用套丝连接、内径50 mm及以上规格的钢管两端采用压槽方式的产品应用特点，固化炉工装设计成两类：一类为斜支撑板，小规格钢管两端直接置于斜支撑板上，两端存有细微的可修补瑕疵，不影响将来的使用；另一类为管内挂钩，固化后再进行内壁修补，不影响后道工序及将来的使用。最终，可实现消防涂覆管多工位内外喷涂无工艺夹持瑕疵的目的。

1.3 工艺设备配置

消防管自动涂覆生产线主要由以下几部分组成：输送系统、吹扫吸尘装置、加热设备（红外加热保温炉）、涂覆设备+补喷系统、固化炉、强冷室、贴标机、检查工位、自动打包系统以及电控系统等。

（1） 输送系统

输送系统主要由以下几部分组成：暂放框架、解捆板链、斜坡滑道-1、循环移载叉机构-1、缓存输送链、顶升输送辊道、炉外输送辊道、炉内输送辊道、升降双向货叉-1、升降双向货叉-2、固化炉板链、自动脱挂机构、循环移载叉机构-2、纵向输送辊道、工艺段板链、去次品顶升机构、输送辊道、举升斜坡组件、斜坡滑道-2、次品框、次品框缓冲装置、循环移载叉机构-3、端部旋转机构、钢管回转支撑机构、外喷枪往复机构、两侧外喷枪往复机构、下部补喷枪往复机构及上部补喷枪往复机构等。

输送系统工艺流程如下：

a.车间工作人员用车间行车将多捆钢管吊至暂放框架上，待接料板链要料时，操作员从暂放框架上分别将多捆钢管吊至板链工装里面，同时将吊绳取下，按下启动按钮，接料板链按照程序运行送料；

b.接料板链低速运行，缓慢打开工装支架，将钢管输送至斜坡滑道上，斜坡滑道通过可调死档来保证不同尺寸管子中心位置一致，在此滑道上进行内部吹灰操作；

c.通过循环移载叉机构-1将钢管搬运至缓存输送链上，缓存输送链步进式运行，4个工件一组；

d.通过顶升输送辊道将工件输送至炉内输送辊道上，在此输送过程中完成中频加热；

e.升降双向货叉-1将加热后的工件从炉内输送辊道上搬运至内外涂覆工位，4个工件一组，货叉通过电动推杆顶升，保证每根钢管的中心定位；

f.通过端部旋转机构将工件在内外涂覆工位夹紧并旋转，进行涂覆工艺，外涂覆时对钢管与货叉、支撑滚轮接触到的区域进行屏蔽，到下个工位再进行补喷作业；

g.通过升降双向货叉-2将喷涂好的工件转运至固化炉板链的补喷粉房里，在货叉搬运过程中，由钢管变位机构先进行工位间距变更，由原来的250 mm变至160 mm，再放至固化炉板链上，固化炉板链工装设计成既可以支撑钢管两端外边（兼容产品区间规格），也可以通过自动脱挂机构支撑钢管内边；

h.钢管放置在固化炉板链上后，货叉返回，此时往复机带动补喷枪进行补喷作业；

i.补喷完成后，固化炉板链步进式运行，进入炉内进行固化、强冷等工艺；

j.强冷出炉的钢管通过循环拨叉-2搬运至纵向输送辊道上，在此同时完成贴标、喷码工艺，之后再通过循环拨叉-3将钢管搬运至工艺段板链上，在此板链上进行人工次品检查并预留人工补漆工位及加盖工位；

k.在钢管检验工位，不合格钢管将由工人通过按钮方式指示说明，通过程序控制由去次品顶升机构将不合格产品顶升输送至辊道上面，由举升斜坡组件将工件顶入斜坡滑道上滚入次品框中。检验合格的钢管将进入下个工位，由循环移载叉机构-3搬运至打包线上，进行后续的打包操作工艺；

（2） 吹扫吸尘装置

对钢管的内壁、外壁均需进行吹扫吸尘处理。钢管内壁采用一端压缩空气吹扫、另一端吸尘的方式处理，吸尘的空气采用滤芯进行处理。钢管外壁采用高压风机吹尘处理，设置收集罩与内壁吹灰共用一套吸尘处理装置。

（3） 加热设备

采用固态中频感应加热设备，整套设备由中频电源柜、加热炉体（内含感应器箱、槽路电容、铜排等）、感应器、测温仪、水冷却系统、中央控制台等组成。采用一拖四结构（即1套电源4个感应线圈），四工位同时加热钢管，各工位可单独控制，钢管沿长度方向运行的过程中进行加热，达到工艺温度。

（4） 红外加热保温炉

红外加热保温炉主要由保温炉体、远红外加热器等部分组成。该保温炉用于工件在中频加热过程中，保证钢管全长温度均匀。工件从中频保温炉端部进入，一个节拍时间后从侧面采用双向货叉取出。

（5） 内外涂覆设备+补喷系统

根据工艺分析，内外涂覆同时进行，且在喷涂过程中工件两端通过输送夹紧进行旋转，外喷涂在输送转接和中间支撑滚轮的区域需进行屏蔽，需要有两处遮蔽，外喷涂采用3个往复机对3个区域进行往复喷涂。外喷涂完成后通过货叉转接支撑屏蔽处，再利用两端的外喷枪对钢管夹持的区域进行补喷。最后钢管通过货叉放到固化炉板链区域的补喷粉房时，再对钢管中间两处屏蔽区域进行补喷。为便于换色，外喷涂喷粉房采用大旋风二级回收式不锈钢喷粉房，内吸涂过程中吸出的多余粉末导入外喷涂粉房一并进行回收。内吸涂设有单独的小供粉桶，通过供粉泵从外喷涂大供粉桶中打入，该小供粉桶架在高位，且尽可能接近钢管吸涂时的供粉口，确保供粉顺畅。因补喷作业量小，补喷粉房采用ICF单机滤芯式不锈钢喷粉房。

（6） 固化炉

固化炉主要由保温室体、三元体燃气直接燃烧加热装置、内部循环风管、进出口风幕、电控系统等部分组成。

（7） 强冷室

强冷室主要由封闭室体、送排风系统和室内送排风管等组成。

（8） 自动打包系统

自动打包系统主要由拔料机构、集料辊道、自动排管台架、移动机械手及电永磁吸盘、六角成型台架、输送横移车、成捆缠绕机、成捆输送辊道1、半自动打捆、成捆输送辊道2、称重系统、横移小车、暂存区管捆存储装置等部分组成。

1.4 主要工艺控制说明

该自动化生产线的难点在于涂覆区域，因环氧粉末涂料受温度的影响较大且内吸涂的膜厚主要受温度影响，内外涂覆在同一个工位同时进行，预热时的工件温度要同时满足内涂覆和外喷涂的工艺要求比较困难，且后期还需进行补喷，若预热温度过低，则补喷的膜厚不够；若预热温度过高，内涂覆的膜厚又太厚，所以生产时需严格控制好预热的工艺温度，不同规格钢管所需的工艺温度不同，采用中频加热设备便于调节。

2 结语

（1） 该生产线为国内首创的多工位自动化消防管涂覆生产线，从上件到打包等一系列工序实现了输送自动衔接，不仅提高了生产效率和产品质量，还填补了行业领域的空白。

（2） 对消防管创新地采用中频加热设备进行预热，不仅减少能源消耗，还能实时调整参数设置，便于生产。

（3） 钢管采用一次预热后内外涂覆同时进行，且4工位内外涂覆均为独立系统，对输送转接点补喷后进固化炉进行一次固化，大大减少了设备能耗。

（4） 该生产线通过特殊工装和定位，实现了钢管内外表面无工艺夹持瑕疵，提升了产品质量。

1 沈淦荣，杨伟芳，徐志茹.新型给水用钢塑复合管的技术现状与发展前景［J］.给水排水动态，2008（5）：7-8.

2 GB/T 5135.20—2010 自动喷水灭火系统 第20部分：涂覆钢管［S］.北京：中国标准出版社，2010.

3 沈国方.输水（气）钢管流化床涂覆工艺简介［J］.涂料工业，2002，32（6）：33-34.

4 赵利，赵岑，陈春林，等.管道涂敷用低温固化型熔结环氧粉末研究及应用进展［J］.石油工程建设，2016，42（2）：77-80.

Technology and Equipment Design of Automatic Production Line for New Coated Fire Pipe

Xu Zhiru，Yang Weifang （Zhejiang Kingland & Pipeline Technology Co.，Ltd.，Huzhou Zhejiang，313000，China）
Zheng Xiaoyan，Shen Guofang （China United Engineering Corporation，Hangzhou Zhejiang，310052，China）

Taking newly established automatic internal and external coating production line for fire pipe of Zhejiang Kingland & Pipeline Technology Co.，Ltd. as an example，the production technology of coated fire pipe was introduced. The efficiency of production line was improved greatly by internal and external coating simultaneously with multi-station. Device energy loss was dramatically reduced by processing optimization and equipment configuration. The inner and outer surface of steel pipe are free of holding defects by design specialized toolings and location.

coated fire pipe；production technology；automatic production line

TQ 639

A

1009-1696（2017）03-0039-04

2016-12-09

2015~2016年度浙江省重点研发计划（项目编号：2015C01017）。

徐志茹（1971—），男，高级工程师，主要从事新型钢塑复合管生产关键装备及工艺技术的研发工作。