TPEP防腐鋼管

外3PE內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧防腐鋼管是以鋼管為基材，外壁采用三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐，內(nèi)壁采用熱熔環(huán)氧樹脂粉末防腐在高溫220℃的條件下，形成鋼塑合金層。簡稱TPEP防腐鋼管。（T，三層英文Three的首寫字母，PE指聚乙烯，EP指環(huán)氧樹脂）。 TPEP防腐是國內(nèi)乃至國外最先進(jìn)防腐，使用壽命長達(dá)50年以上。

國內(nèi)輸水、電工程項(xiàng)目中使用的TPEP防腐管道是由中沃管道研發(fā)生產(chǎn)，外3PE內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧復(fù)合鋼管的應(yīng)用解決了管道的內(nèi)外防腐問題，管道糙率小、內(nèi)壁光滑、水力性能良好。通過設(shè)計(jì)實(shí)例分析得出：與同管徑管材相比，鋼塑復(fù)合管的管路損失可以降低30％以上；在輸送相同流量的情況下，其管徑可以減小一級(jí)，從而降低了成本，減少了能耗，在長距離輸水、輸氣過程中優(yōu)先推薦外3PE內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧復(fù)合鋼管。

一、輸水管道的現(xiàn)狀

供水管網(wǎng)是城市運(yùn)行的生命線，爆管、斷水、低壓都會(huì)威脅安全供水。保障輸送的水質(zhì)安全衛(wèi)生對管道要求是非常重要的，水廠輸出再好的水，經(jīng)過不良管道可能也會(huì)出現(xiàn)問題，因此國家要求供水企業(yè)要不間斷地保障將出廠的自來水安全、有效、可靠地通過管網(wǎng)輸送到每一個(gè)用戶。

長距離輸水鋼管道將受到各種環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，在多種腐蝕因素中電化學(xué)腐蝕和生物腐蝕是主要的。在大口徑（DN>600）輸水工程中，推薦使用鋼塑復(fù)合管和球墨鑄鐵管，但成本上鋼塑復(fù)合管更具有優(yōu)勢。下圖1為常用幾種管材的綜合造價(jià)比較。由圖中可見DN600是鋼塑管和球鐵管的成本分水嶺，管徑超過600mm，球鐵管的綜合成本將急劇增高。

由于鋼管具有優(yōu)越的延展性、整體性和便捷的施工操作性, 既適用于埋地敷設(shè), 又可用于跨越架空、過河倒虹和頂管施工。對鋼管及其配件，采用防腐蝕涂層對其內(nèi)、外壁表面實(shí)施屏蔽，是最方便、最常用的防護(hù)手段。經(jīng)內(nèi)外防護(hù)后的鋼塑復(fù)合管性價(jià)比很高，它是鋼管與塑料管優(yōu)良性能的結(jié)合體，既有鋼管的強(qiáng)度和鋼度，又有塑料的耐化學(xué)腐蝕、無污染、內(nèi)壁光滑、不積垢、流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，美國和日本等發(fā)達(dá)國家已有50年以上的使用歷史。

給水鋼管內(nèi)外涂塑工藝是目前國內(nèi)最先進(jìn)的防腐技術(shù)，它集鋼材優(yōu)越的機(jī)械性能與高分子材料卓越的耐化學(xué)腐蝕性能于一體，極大地延長了鋼管的使用壽命，具有獨(dú)特的防腐耐酸堿性、抗磨損、無結(jié)垢、助潤滑、耐負(fù)壓等優(yōu)越性，可替代襯塑管、鍍鋅管、不銹鋼管、銅管等。將高分子防腐粉末涂料，通過特殊的設(shè)備將其均勻地涂覆于金屬管道的內(nèi)外表面，經(jīng)固化和塑化后在金屬管道內(nèi)外表面形成一層均勻、致密、光滑的塑料涂層，成為一種新型的鋼塑復(fù)合管。

內(nèi)外涂塑鋼塑復(fù)合管可有效防止水質(zhì)的二次污染，對提高水質(zhì)有明顯的作用。涂塑鋼管在發(fā)達(dá)國家的使用已比較成熟，如美國、日本等國的輸水管道有80％～90％的管材采用涂塑鋼管。內(nèi)外涂塑鋼塑復(fù)合管的優(yōu)勢和特性，符合建設(shè)給排水要求，完全符合CJ/T120-2008及GB/T5750-2006標(biāo)準(zhǔn)，近年來受到廣大客戶的高度贊揚(yáng)和肯定。

二、 給水涂塑鋼管內(nèi)防腐涂層綜合性能分析:

2.1管道內(nèi)防腐涂層種類

a)單層聚乙烯涂層

b)環(huán)氧粉末涂層

管道內(nèi)涂敷層主要有兩個(gè)功能：

·防腐，提高輸水管線的使用壽命；

·減阻，提高輸水管線的輸水能力。

2.1.1 環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)與性能

雙酚A型環(huán)氧樹脂的各結(jié)構(gòu)單元賦予樹脂不同的功能，見圖2

1)環(huán)氧基和羥基賦予樹脂反應(yīng)性，使樹脂固化物具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力和粘接力；

2)醚鍵和羥基是極性基團(tuán)，有助于提高浸潤性和粘附力；

3)醚鍵和C-C鏈?zhǔn)勾蠓肿泳哂腥犴樞裕?/p>

4)苯環(huán)賦予聚合物以耐熱性和剛性；

5)異丙基也賦與環(huán)氧大分子具有一定的剛性；

6)-C-O-鍵的鍵能高，從而提高了樹脂的耐堿性。

圖2 雙酚A環(huán)氧樹脂各結(jié)構(gòu)單元賦于樹脂的性能

· 環(huán)氧樹脂卓越的附著力

環(huán)氧樹脂經(jīng)與固化劑反應(yīng)，充分交聯(lián)之后才發(fā)揮其優(yōu)良性質(zhì)，最突出的是其與接觸物的附著力。這是由于其分子中含有極性的羥基、醚鍵等，即使對濕面也能有一定的附著。其附著機(jī)理與圖2的搭扣機(jī)理有關(guān)。由于羥基和醚基的極性使環(huán)氧樹脂分子和相鄰表面之間產(chǎn)生引力，而且環(huán)氧基和含活潑氫的金屬表面形成化學(xué)鍵，因此大大提高了其對金屬表面的附著力及耐化學(xué)防腐性能。

固化時(shí)體積收縮率僅有2%左右，而且環(huán)氧分子中的醚鍵使分子鏈便于旋轉(zhuǎn)，可消除內(nèi)應(yīng)力，所以附著力高。

圖2 環(huán)氧樹脂附著力搭扣原理

·環(huán)氧樹脂的化學(xué)性

環(huán)氧樹脂中含有親水的羥基及醚鍵，但該樹脂中的雙酚A鏈段（二個(gè)苯環(huán)和一個(gè)異丙基，共15個(gè)碳原子的烴基）則有疏水性，兩個(gè)苯環(huán)的剛性屏蔽了羥基和醚鍵，保持了整體涂層的耐水性。固化后的環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度較高，有利于其耐水性。環(huán)氧樹脂分子中沒有酯鍵，耐堿性優(yōu)良。在腐蝕微電池的陰極部位呈堿性。一般優(yōu)良的防腐蝕涂層必須有耐堿性和附著力，所以環(huán)氧樹脂是優(yōu)良的防蝕涂料的基料。

·環(huán)氧樹脂的老化性能

環(huán)氧樹脂中含有醚鍵，涂層經(jīng)日光紫外線照射后易降解斷鏈，其鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可見圖3

圖3. 環(huán)氧樹脂的老化斷鏈反應(yīng)

所以環(huán)氧涂層不耐戶外日曬，涂層易失去光澤，然后粉化，不宜作戶外用面漆。環(huán)氧涂層老化破壞主要表現(xiàn)為逐漸粉化而涂層減薄。

2.1.2 聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)與性能

聚乙烯粉末涂料是目前鋼管涂塑的主要原料，且以線性低密度為主。線性低密度是乙烯和—烯烴的共聚物，其分子結(jié)構(gòu)和密度有較大變化，它的結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度和密度介于高密度聚乙烯和低密度聚乙烯之間，雖然也是線性結(jié)構(gòu)，但分子排列整齊，支鏈短小且有規(guī)則，導(dǎo)致分子間排列不緊密，破壞了分子鏈段的近程有序性，降低了聚乙烯分子的結(jié)晶傾向，因此抗沖擊性能好，結(jié)構(gòu)通式為

R為：CH3（甲基）；C2H5（乙基）；C4H9（異丁基）

由結(jié)構(gòu)可看出聚乙烯是以—CH2—為主體的鏈狀高分子聚合物，R側(cè)鏈或支鏈的存在會(huì)降低聚乙烯的結(jié)晶度。

聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的耐環(huán)境應(yīng)力裂化性能及耐腐蝕性能。

2.2兩種內(nèi)防腐涂層綜合比較

1) EP附著力更強(qiáng)。涂層與鋼管內(nèi)表面的附著力與涂塑鋼管的使用壽命有密切關(guān)系，而涂層的附著力主要取決于所用防腐涂層材料的自身性能。環(huán)氧（EP）涂層附著力強(qiáng)，遠(yuǎn)大于聚乙烯涂層的附著力。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有不易水解的脂肪基（－C－）和醚鍵（－C-O-C-），能夠產(chǎn)生電磁引力。另外，在固化過程中活潑的環(huán)氧基和鋼材表面上的游離氫鍵起反應(yīng)而形成牢固的化學(xué)鍵，從而賦予環(huán)氧固化物對鋼管基材以極好的附著力以及抗陰極剝離能力。

2）EP具有更優(yōu)異的防腐蝕性能

環(huán)氧樹脂固化涂層，含有穩(wěn)定的苯環(huán)、醚鍵等，結(jié)構(gòu)致密，耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、耐水。漆膜對金屬附著力好，結(jié)構(gòu)氣孔小，使各種腐蝕介質(zhì)難以滲透到金屬表面，所以耐腐蝕性極好。

3）EP固化收縮率低

環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，分子結(jié)構(gòu)致密，通過加成反應(yīng)方式進(jìn)行固化，固化過程中沒有水和其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。另外，環(huán)氧樹脂本身具有仲羥基，再加上環(huán)氧基固化時(shí)派生的部分殘留羥基，它們的氫鍵締合作用使分子排列緊密，因此環(huán)氧樹脂的固化收縮率是熱固性樹脂中最低的品種之一，一般為1～2％。環(huán)氧樹脂固化時(shí)的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也有助于提高粘附強(qiáng)度；

4）PE塑料的熱容較大（熔融時(shí)吸收熱量大，冷卻時(shí)放出的熱量也多），因此當(dāng)內(nèi)層防腐使用PE涂塑時(shí)，隨著塑膜厚度增大，在冷卻時(shí)體積收縮也大，內(nèi)應(yīng)力就隨之增大。防腐要求越高，所需涂膜厚度越大，這就使厚塑膜的耐環(huán)境應(yīng)力開裂隨膜厚增加而變差。

5）環(huán)氧粉末與單層聚乙烯內(nèi)涂層相比，成本較低，使用壽命長，現(xiàn)場連接補(bǔ)口工藝成熟、操作方便；

6）EP涂層具有很高的玻璃化溫度，應(yīng)用溫度范圍寬，能在–30～100℃之間保持最佳性能；環(huán)氧粉末（EP）涂層使用用溫度高于涂聚乙烯PE產(chǎn)品，消防管道更加適用。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料（FBE）國外最早開發(fā)于上世紀(jì)50年代，在60年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。由于FBE具有優(yōu)良的機(jī)械性能、抗腐蝕性能和耐久性能，所以被廣泛應(yīng)用于陸上、水下、海底等管線的防腐涂裝，為處于各種環(huán)境中的管線長期低維護(hù)運(yùn)行提供了可靠的保證。40多年來，經(jīng)過不斷的發(fā)展完善，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)走向成熟。迄今為止，全球已有20余萬公里以上的管道使用了熔結(jié)環(huán)氧粉末，鋪設(shè)于世界各地—從陸地到海洋，從城市到鄉(xiāng)村，從赤道到極地，從平原到山地、河流、湖泊，從西伯利亞草原到非洲沙漠，從美洲大陸到中東海灣，都有熔結(jié)環(huán)氧粉末的應(yīng)用實(shí)例。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層能夠在各種極端的氣候條件和苛刻的機(jī)械應(yīng)力作用、化學(xué)介質(zhì)侵蝕的環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用，足以證明熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層是一種可靠的保護(hù)涂層，經(jīng)得起實(shí)踐和時(shí)間的考驗(yàn)。

據(jù)美國《管道文摘》統(tǒng)計(jì)，熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層以其優(yōu)良的機(jī)械性能和防腐性能、極強(qiáng)的附著力和與陰極保護(hù)相融性等特點(diǎn)，一直是世界管道工程的首選防腐層。

三、給水涂塑鋼管外防腐涂層綜合性能分析:

1．管道外防腐涂層種類

a) 環(huán)氧粉末涂層

b) 3PE涂層

c) 單層聚乙烯涂層

2．三種外防腐涂層綜合比較

1）EP粉末防水性較差（吸水率較高，達(dá)到0.83％），給陰極保護(hù)設(shè)計(jì)帶來一定的困難。

2）PE涂層柔韌、沖擊力優(yōu)；不易因形彎而發(fā)生脆性斷裂。

3）涂塑鋼管的使用環(huán)境惡劣，不僅要求外涂層具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，還必須具備抵御大氣、土壤、陽光的侵蝕，即要有防紫外線輻射和由于風(fēng)化而使塑膜變質(zhì)老化的能力。在這一點(diǎn)上，PE粉末明顯要優(yōu)于環(huán)氧粉末。環(huán)氧粉末戶外暴曬3-5個(gè)月會(huì)失光、泛黃，半年就產(chǎn)生粉化現(xiàn)象。

4）單層聚乙烯與環(huán)氧粉末外涂層相比，在同等成本下單層聚乙烯熱融粉末涂層抗沖擊能力優(yōu)于環(huán)氧粉末涂層，連接補(bǔ)口、補(bǔ)傷工藝成熟，操作方便。

5) 單層聚乙烯與3PE外涂層相比，具有均勻的覆蓋層厚度，克服了聚乙烯三層復(fù)合結(jié)構(gòu)（俗稱3PE）的側(cè)向擠出纏繞使焊縫前坡變薄的致命缺陷；

6) 單層聚乙烯與3PE外涂層相比，不存在焊縫處的陰極保護(hù)"死區(qū)"，粉末"淋涂"技術(shù)類似粉末噴涂技術(shù)，防腐層與管體100%接觸，消除了3PE側(cè)向擠出纏繞時(shí)可能造成的焊縫后坡的空鼓（見圖4），提高了陰極保護(hù)的效率。

圖4. 3PE可能產(chǎn)生的焊縫空腔現(xiàn)象

四、給水涂塑管選擇內(nèi)環(huán)氧、外聚乙烯為最佳防腐工藝組合

大口徑內(nèi)環(huán)氧、外聚乙烯防腐鋼塑復(fù)合管產(chǎn)品技術(shù)是我從國內(nèi)的實(shí)際情況出發(fā)，仔細(xì)的研究了各種涂層的特性、 加工工藝后，將日本單層聚乙烯涂層和美國的環(huán)氧粉末涂層技術(shù)進(jìn)行巧妙的融合后推出的新型產(chǎn)品，它經(jīng)過多年不斷的研究、完善和應(yīng)用，驗(yàn)證了管道內(nèi)環(huán)氧粉末涂層、外壁單層聚乙烯涂層是一種鋼管防腐的最優(yōu)方案，目前已成為市場廣泛應(yīng)用的一種主流產(chǎn)品。

該防腐方案集聚乙烯、環(huán)氧樹脂優(yōu)異的防腐蝕性能和鋼質(zhì)管道超強(qiáng)的抗變形能力于一身，內(nèi)涂層衛(wèi)生安全、對水質(zhì)無影響，也能抵抗部分酸、堿、鹽及未經(jīng)處理的污水 的侵蝕，綜合成本低，是一種比較完美的組合方案。既可應(yīng)用在城市供、排水管網(wǎng)和 遠(yuǎn)距離輸送各種水質(zhì)的自來水、污水、中水、海水的管道，也可作為油氣及油氣混合介質(zhì)的輸送管道，是符合綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能的優(yōu)良產(chǎn)品。

內(nèi)環(huán)氧、外聚乙烯防腐鋼塑復(fù)合管道是由鋼管為基體、內(nèi)壁采用衛(wèi)生級(jí)熔結(jié)環(huán)氧粉末、 外壁采用線性低密度聚乙烯熱噴涂一次形成有效的內(nèi)外防腐涂層具有以下特點(diǎn)：

1）管道內(nèi)壁環(huán)氧涂層防污抗蛀不會(huì)被海洋或污水中的甲貝、菌類等微生物站污蛀附。用做給水管道完全符合CJ/T120-2008標(biāo)準(zhǔn)

2）管道內(nèi)壁環(huán)氧涂層光滑，流體摩擦阻力小于PCCP和球墨鑄鐵管道。

3）管道內(nèi)壁環(huán)氧涂層防腐蝕性能優(yōu)于普通PCCP和球墨鑄鐵管道，尤其適和中水和污水的輸送。

4）管道外壁的單層聚乙烯粉末涂層，具有很強(qiáng)的耐土壤腐蝕性能，綠色環(huán)保。

5）內(nèi)環(huán)氧外PE涂層管道的管件規(guī)格齊全，能適應(yīng)各種安裝需要。

6）內(nèi)環(huán)氧外PE涂層管道可采用電焊、卡箍、法蘭等多種連接形式。

7）直連電焊補(bǔ)口及補(bǔ)傷方法簡便可靠。

8）內(nèi)環(huán)氧粉末涂層與外單層聚乙烯涂層的設(shè)計(jì)壽命相當(dāng)、均可達(dá)到50年以上。有效地提高了材料的利用率，符合國家提倡的綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能方針。

采用最優(yōu)粉末

與世界500強(qiáng)美國杜邦公司合作，聯(lián)合研發(fā)ZWPEPE專用浸塑粉末

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