CN1051075A - 金属-玻璃(釉)热喷复合防腐管道 - Google Patents

Abstract

以玻璃(釉)料作涂料，用热喷涂方法在普通金属 管道内外表面喷涂上玻璃(釉)涂层，制成金属——玻 璃(釉)热喷复合防腐管道。此管道造价与环氧煤沥 青涂层或环氧粉静电涂层管道不相上下，但抗腐蚀性 能强得多，使用寿命比后二者高3～10倍，甚至高几 十倍。本发明提供了这种热喷复合防腐管道的涂料 组成、热喷作业和专用设备系统及关键设备的结构， 及这种新型复合管道的优良性能和它的使用价值。

Description

本发明涉及为防腐目的，用热喷涂方法在金属管道表面喷制一层玻璃（釉）涂层，制成金属-玻璃（釉）热喷复合管道，用作石油、化工、医药、染料等工业管道和输油、供水、供气管道，及埋入地下或安装在海底的各种防腐管道。这是一种防腐性能极佳、使用寿命极长的复合管道。

采用热沥青或煤焦油进行防腐，目前是我国管道防腐的主要方法，世界主要工业国家直到前不久，也主要采用这种防腐方法。沥青防腐的使用寿命一般不超过十年，在腐蚀严重的地区，使用寿命往往只有5～7年。这类防腐涂料存在不少缺点，如极限变形率小，温度较高时发生流淌，致使防腐层遭受破坏，阴极保护时所产生的碱，会破坏底漆的附着力，以及微生物的侵蚀破坏等。因此，管道防腐层的薄弱环节随时有遭受破坏的危险，这不但要付出巨额维护保养费，而且因维修管道造成停止输送的经济损失也是非常惊人的。

近年来，国外大量采用环氧粉末喷涂方法来进行管道防腐。这是沥青防腐的更新换代产品。西德在输气管线及水管的防腐中，90%采用聚乙烯粉末涂料。环氧粉末涂料在西欧及美国获得了广泛应用。从1985年起，中国管道科学研究院已试验成功环氧粉末喷涂管道，并在逐步推广应用。这种钢塑复合管道的使用寿命由于提高了极限变形率不会因严重变形、流淌产生破坏，比沥青涂层有所延长。但它毕竟与沥青一样是有机材料，存在着共同的难以克服的弱点，那就是涂层的老化问题，随着时间的延长、温度的高低、空气湿度以及土壤中酸、碱、盐和水份的影响会促使老化加速。无论是聚乙烯或环氧类涂料的老化期都不会超过20年。

本发明的目的在于提供一种金属-无机材料复合管道，克服已有的有机防腐涂层的易老化的缺点，彻底改善管道的防腐性能，大大延长管道的使用寿命。并用这种复合管道来替代现有的金属-有机材料复合管道。

众所周知，化工搪瓷是防腐性能极好的无机材料。目前，搪瓷产品都是用窑炉烧制的。而超长管道，则窑炉不能烧制。

本发明提供的金属-玻璃（釉）管道或制品，不是在窑中烧制，而是用热喷作业制成。因此本发明所提供的工艺技术可以制作超长管道，完全可以和化工搪瓷比美。也可将工艺设备搬运到管道安装现场施工制作。

为使本发明得以实现，本专利提供了热喷涂釉料组成、喷枪的结构、喷涂的专用设备系统、以及热喷涂操作方法和程序。

实验证明，MoO₃、WO₃在多元系的玻璃中能使未发育的潜在玻璃生成能力显著加强，同时钨、钼对玻璃的化学稳定性也发生影响。它们不但有助熔作用，而且对喷涂制品的表面光泽具有良好的效果。

MoO₃、WO₃与碱形成易熔化合物-钼酸盐和钨酸盐，它们在热喷涂过程中与金属介面发生微弱的化学反应。如钼酸钡用于搪瓷底釉时可改善瓷釉对金属的附着力。

MoO₃和WO₃也是玻璃的表面活性物质，能降低玻璃的粘度，改善和提高玻璃对金属的润湿能力。

一般金属粉末喷涂喷枪的喷料嘴是圆形的。本发明喷枪的喷料嘴则是扁形的，如图1所示。喷料嘴（1）高度H小于宽度B，围绕喷料嘴的小孔（2）称喷火孔，作用是喷出乙炔和氧的混合气体，产生火焰，熔化物料，最外层为散热片（3）。

本发明热喷涂工艺流程图见图2。喷涂设备系统由六部分组成：（一）管道传送系统;（二）管道除锈系统;（三）管道预热系统;（四）管道氮气保护系统;（五）热喷涂系统;（六）加热封孔系统。

在整个热喷涂作业中，被喷涂的管道（4）同时进行两种运动：一是绕轴线旋转，一是沿轴线方向移动。管道喷涂前必需除锈，采用空压机（5）喷沙（6）除锈。接着用柴油发电机（7）向中频机（8）供电、通过缠绕在管道预热区的感应器（10）预热（9）管道。把氮气发生炉（11）产生的氮气引入氮气保护罩（12），将管道上的预热区和喷釉区保护起来，以免管道在高温下氧化。在喷涂时，用乙炔和氧气作为燃烧气体（13），分别向两支喷枪（14）供气和供料，两支喷枪沿管道轴向并列，进行两层喷涂（15），先喷底釉层（16），后喷面釉层（17）。喷涂完毕以后，管道进入高频加热区（18），以便将喷釉面上的微孔封死，保证喷涂质量，用高频机（19）和高频感热器（18）加热（20）管道。整个喷涂作业就此完成。

上述喷涂作业适用于管道外面的喷涂，内管道表面的喷涂则需将管道以一定倾斜度旋转运行，并采用一种特制的喷料枪。

管道预热温度一般在300-750℃温度范围，而以600-700℃为最好。采用中频感应器加热，速度快、控温准确可提供喷涂较理想的温度场。

图3列示了用喷枪向金属管道热喷玻璃（釉）的操作情况剖面图。用图1所示的扁嘴喷枪作热喷工具，将乙炔（21）和氧气（22）和表1所列喷涂粉料（23）同时加入喷枪中，在喷枪的喷气孔（24）和喷料嘴（26）处点火，火焰温度在1400～3000℃范围内，喷涂粉料在火焰（25）中受热熔化成液滴状态，均匀分布地喷向旋转着和缓慢平移着的金属管道表面（27）上，形成一层玻璃（釉）涂层（28），底釉涂层厚度最好为0.2-0.4毫米，面釉涂层厚度最好为0.3-0.6毫米，处在喷涂阶段的管道是在中频加热（29）中进行。

金属管道表面喷涂底釉层的厚度一般为0.05-2.0毫米，但最好为0.2-0.4毫米，面釉层厚度一般为0.05-3.0毫米，而最好为0.3-0.6毫米，两层釉料层总厚度一般0.1-5.0毫米，最好为0.5-1.0毫米。

喷釉完毕的管道还需用高频感应器加热，温度维持在600-850℃范围，而以750℃为最好。这一高频加热过程可使喷涂层上的微孔消失，使所制得的复合管道质量得以保证。

按本发明的方法所做出的产品，金属-玻璃（釉）热喷复合防腐管道的彩色照片如图4所示。可以见到不同管径的钢管，外表面和内表面喷玻璃（釉）的情况，所喷玻璃（釉）的颜色有蓝、绿、黄、白、红等。由清华大学化学系所做的本发明的产品的物化性能测试报告列于表2中。可以看到，金属-玻璃（釉）热喷复合管道的耐腐蚀性（耐盐水性、耐盐雾性、耐氟离子腐蚀性、耐酸性、耐碱性）和机械强度（耐机械冲击性、抗热冲击性、耐急冷急热性）都很好。其使用温度可达300℃（而有机涂料层最大使用温度在60-100℃之间）。尤其值得强调的是，釉层密着性能良好。钢球10次冲击后，釉面不开裂、不剥落;用锤击釉面法，表层剥落，底釉结合良好。

金属材料有强度而不耐腐蚀，而玻璃能防腐却强度不高，通过热喷涂作业把两者紧密结合在一起，使金属管道也具备了玻璃的防腐性能。

本发明金属管道上每平方米玻璃（釉）涂层造价，与环氧煤沥青防腐涂层或环氧粉末静电涂层相比不相上下，或稍高（约高10%）。

综合起来看，本发明的产品，金属-玻璃（釉）热喷复合管道，与有机涂层不同，根本不存在老化问题，所以是一种能耐恶劣自然条件（如腐蚀性强的土壤、海底和恶劣气侯条件）和人工条件（工业腐蚀介质）的优良防腐管道，其使用寿命预料比现有最好的有机涂层管道至少高3-5倍，实际上可能要高10倍、甚至几十倍（不同地区）。由此而产生的直接和间接经济效益就可想而知了。

本发明所提供的上述工艺技术，还可用于金属板（体）为基材，热喷各种颜色和图案的玻璃（釉）涂层，制成金属-彩色玻璃（釉）热喷复合材料制品，用作永久性建筑物标志、牌匾、宣传广告牌，商店、工厂和单位名称挂牌，以及作成各种图形、字体。

参考文献

1.对管道外保护层的评述

《管道防腐（译文集）》（1987.9.）

2.埋地管道的腐蚀保护

同上

3.苏联输油管道防腐涂层概况

《管道科技》（1987.3.）

4.环氧粉末管体外补口工艺和装备研制

《管道科技》（1988.1.）

5.耐热涂料概况

《管道科技》（1988.1.）

6.理想的防腐管道-钢塑复合管

《全国新产品》（1989.1.）

附图说明如下。

图1.热喷涂喷枪的喷料嘴

1.喷料嘴;2.喷火孔;3.散热片。

图2.热喷涂工艺流程图

4.热喷涂金属管道;5.空压机;6.喷沙除锈;7.柴油发电机;8.中频机;9.预热工序;10.中频感应器;11.氮气发生炉;12.氮气保护罩;13.乙炔和氧气;14.两支喷枪;15.喷涂操作;16.底釉层;17.面釉层;18.高频感应器;19.高频机;20.高频加热操作。

图3.喷枪热喷涂操作剖面图

21.乙炔;22.氧气;23.喷涂粉料;24.喷气孔;25.火焰;26.喷料嘴;27.金属管道;28.玻璃（釉）涂层;29.加热器。

图4.金属-玻璃（釉）热喷复合防腐管道彩照

Claims (8)

1、一种防腐金属--无机材料复合管，其特征是以特制玻璃(釉)料作涂料，用扁嘴喷枪及成套专用设备在普通金属管道表面上进行热喷涂作业，喷涂上一层玻璃(釉)涂层，制成金属--玻璃(釉)热喷复合防腐管道。

2、根据权利要求1所述的特制玻璃（釉）料组成，其特征是，釉料重量（%）组成为，底釉Na₂O含量15-30，最好22.32，Al₂O₃3-10，最好7.08，B₂O₃5-15，最好14.71，SiO₂20-45，最好31.26，MnO₂最好0.11，MoO₃10-28，最好18.5，WO₃1-8，最好5.03，NiO最好1.0，面釉Na₂O15-30，最好22.32，Al₂O₃3-10，最好7.08，B₂O₃5-25，最好14.7，SiO₂15-37，最好27.71，Co₂O₃0.1-5.0，最好0.75，MnO₂最好0.11，MoO₃15-35，最好21.3，WO₃1-8，最好5.03。

3、由权利要求1所指的扁嘴喷枪，其特征是喷枪的喷料嘴（1）是扁形的，其高度H小于其宽度B。

4、由权利要求1所述的喷涂作业及其成套专用设备系统，其特征是，在整个喷涂作业中，被喷涂的管道（4）同时进行两种运动，一是绕轴线旋转，一是沿轴线方向移动，采用空压机（5）喷沙除去管道上的锈，接着用柴油发电机（7）向中频机（8）供电、通过缠绕在管道预热区的感应器（10）预热（9）管道，把氮气发生炉（11）产生的氮气引入氮气保护罩（12），将管道上的预热区和喷釉区保护起来，在喷涂时，用乙炔和氧气作为燃烧气体（13），分别向两支喷枪（14）供气和供料，两支喷枪沿管道轴向并列，进行喷涂（15），先喷底釉（16），后喷面釉（17），喷涂完毕以后，管道进入高频加热区，用高频机（19）和高频感应器（18）加热管道。

5、根据权利要求4所指的预热温度、喷涂火焰温度和高频加热温度，其特征是，预热温度一般在300-750℃范围，而以600-700℃为最好，喷涂火焰和物料温度在1400-3000℃范围，而以2500℃为好，高频加热温度维持在600-850℃范围，而以750℃为最好。

6、由权利要求1所述的玻璃（釉）涂层，其特征是，该涂层分两层，即底釉层和面釉层，底釉层厚度一般为0.05-2.00毫米，但最好为0.2-0.4毫米，面釉层厚度一般为0.05-3.00毫米，而最好为0.3-0.6毫米，两层釉涂层总厚度一般0.1-5.0毫米，最好为0.5-1.0毫米。

7、一种金属-无机材料复合防腐管道，可用作石油、化工、医药和染料等工业用管道和用作输油、供水和供气管道，及用作埋入地下或安装在海底的各种防腐管道，其特征是，采用权利要求1-5所述的喷涂作业和专用设备，制成权利要求1所述的金属-玻璃（釉）热喷复合防腐管道。

8、一种金属-无机物复合材料，可用于制作永久性建筑物标志、牌匾、宣传广告牌，商店、工厂和单位名称挂牌，以及作成各种图形、字体，其特征是，以金属板（体）为基材，用权利要求1-5所述的类似喷涂作业和专用设备，喷涂各种颜色和图案的玻璃（釉）涂层，制成金属-彩色玻璃（釉）热喷复合材料制品。

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