钢管3PE防腐中酸洗工艺位置的选择

马 星，张战明

（宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西 宝鸡 721008）

在钢管3PE 防腐生产中，酸洗作为一种涂覆前预处理工艺，是对现有火焰预热、抛丸除锈、微尘处理等预处理工艺的补充和完善。 钢管酸洗是将一定浓度的磷酸溶液喷淋在加热的钢管表面，发生一系列化学和电化学反应，产生一种磷酸盐类薄膜，有效阻止钢管母材的腐蚀反应，同时提升涂层与母材的防腐蚀能力。 但酸洗工位在钢管3PE 防腐生产工艺中的位置，有着三种不同的布置方案，本研究通过对三种工艺布置方式的优缺点对比分析，选出最佳酸洗工艺方案。

1 钢管酸洗工艺

1.1 酸洗工艺介绍

在钢管3PE 防腐生产中，钢管酸洗工艺分为酸洗前预处理、酸洗磷化反应和酸洗后处理3 个工序。 酸洗前预处理又包括打磨、除锈、脱脂、表面调整、预热等步骤； 酸洗后处理包括去离子水清洗、钝化、除氢、风干等步骤。 根据工艺要求的不同，酸洗前预处理及酸洗后处理中的步骤可调整或增减。

随着技术装备的发展，产生了多种酸洗磷化方式，主要包括传统刷涂、吊装浸涂、运动喷淋、喷洒浸润等，具体工艺方式的选择取决于工件的外形尺寸及形状、工厂投资规模、生产量等因素。 钢管的表面酸洗处理适用于运动喷淋工艺，即将磷酸溶液喷淋到运动的钢管表面，使其快速发生酸洗磷化反应，产生磷酸盐类保护膜。

1.2 钢管酸洗的作用

1.2.1 提高耐腐蚀性

酸洗后钢管表面产生的磷化膜厚度一般为5～10 μm，由于其具有不导电性，可使酸洗后的钢管变成一个不良导体，有效阻止外界污染物对钢管的腐蚀。 通过试验可以发现，经过酸洗磷化后的钢管试样在同等试验条件下，比没有酸洗的试样在盐雾中的耐蚀性能提升一倍以上。

1.2.2 提高钢管表面清洁度

磷酸盐类保护膜在无油污和无锈蚀层的金属工件表面才能生成，因此钢管酸洗磷化之前需通过抛丸除锈、火焰预热等工序将钢管表面的污染物彻底地清理。 在这样的情况下，生成的磷酸盐类保护膜才有质量保证。 同时经过酸洗磷化处理后的钢管表面更加清洁、无灰尘及锈蚀，为下一步3PE 涂覆生产提供品质优良的基管。

1.2.3 提高钢管基体与涂层间的附着力

磷酸盐类保护膜与钢管母材是一个结合紧密的整体结构，它们之间没有明显的分层或界限。同时磷酸盐类保护膜表面的许多微孔，使钢管3PE防腐中的环氧粉末能够渗透熔融到这些空隙中，与其紧密结合，从而有效提高附着力。 图1 为酸洗处理前后钢管基体的对比情况，从图1 可以看出，经过酸洗处理后的钢管基体金属表面质量更好。

图1 钢管酸洗处理前后对比照片

2 三种酸洗工位布置方案对比

2.1 酸洗工位布置在除锈机之前

酸洗工位布置在钢管除锈前的工艺流程如图2所示。 国外大部分3PE 生产线均选用这种方式，一方面用于清理掉裸管表面的红褐色铁锈及暗黑色的氧化物铁皮，使上线裸管表面的缺陷提前暴露，并下线处理； 另一方面能够清理掉裸管表面的盐分及油污，保证进入生产线的裸管表面清洁，有效阻止裸管在除锈时污染除锈机中的磨料，造成除锈系统污染，出现批量除锈质量问题和质量隐患。

图2 酸洗工位布置在除锈机之前的工艺流程

这种布置方式的优点是从源头上消除裸管表面的污染物，但缺点是不能解决除锈后钢管表面锚纹中的颗粒物和粉尘。 考虑到酸洗中酸液和酸雾的环境污染问题，钢管表面火焰燃烧或碱液清洗也能够有效解决上述问题，所以这种酸洗布置方式有一定的局限性。

2.2 酸洗工位布置在两台除锈机之间

将酸洗工位布置在两台外除锈机之间的工艺流程如图3 所示。 印度和马来西亚钢管制造企业多采用这种布置方式。 这种布置方式的优点是在第一台除锈后彻底清理钢管表面乃至锚纹内的盐分和颗粒物，防止污染物进入第二台除锈机系统，在一定程度上保证了二道除锈后钢管表面锚纹的清洁。 其缺点是不能消除钢管对第一台除锈机磨料的污染，以及第二台除锈后钢管表面的灰尘度等级。 另外，从钢管外壁抛丸除锈到3PE涂覆工位之间要经过内吹扫工位、涂覆上线区域、涂覆螺旋输送辊道等区域，在这个过程和时间段内，接触钢管的设备及车间环境都会对钢管表面造成污染，进而影响涂层的质量。

图3 酸洗工位布置在两台除锈机之间的工艺流程

2.3 酸洗工位布置在钢管涂覆之前

将酸洗工位布置在钢管涂覆之前并结合两道火焰燃烧的工艺布局，是应用最广泛的一种布置方式，其工艺流程如图4 所示。 第一道火焰预热布置在钢管除锈工位之前，一方面能够消除冬季裸管表面包覆的冻雪，保证除锈时裸管表面的工艺温度，另一方面能够燃烧掉裸管表面污染物，防止其污染除锈机系统中的磨料，造成批量除锈质量问题。 第二道火焰燃烧布置在酸洗工位前，一方面通过燃烧保证钢管酸洗时的工艺温度，另一方面燃烧掉钢管从除锈工位到酸洗工位之间传输过程中产生的部分污染物，然后通过酸洗工艺过程（酸洗磷化、高压去离子清洗、高压风干等）有效消除了钢管表面的盐分等污染物，防止防腐层鼓包及涂层的耐腐蚀性能降低，能有效提升防腐涂层的质量。

图4 酸洗工位布置在钢管涂覆之前的工艺流程

3 结束语

在钢管3PE 防腐生产过程中，酸洗工艺作为其中一步重要的工序，发挥着不可替代的作用。 通过对钢管3PE 防腐工艺中三种不同酸洗工位的对比分析可以得出，酸洗工位布置在3PE涂覆之前，并结合两道火焰燃烧的布置方式是最优方案，不仅从源头上消除了裸管污染除锈机系统中的磨料，而且保证钢管进入涂覆工位时表面的清洁，实现了从提升钢管表面预处理质量来保证涂层质量的工艺目的。