TPEP防腐鋼管

外3PE內熔結環氧防腐鋼管是以鋼管為基材，外壁采用三層結構聚乙烯防腐，內壁采用熱熔環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指環氧樹脂）。 TPEP防腐是國內乃至國外最先進防腐，使用壽命長達50年以上。

國內輸水、電工程項目中使用的TPEP防腐管道是由中沃管道研發生產，外3PE內熔結環氧復合鋼管的應用解決了管道的內外防腐問題，管道糙率小、內壁光滑、水力性能良好。通過設計實例分析得出：與同管徑管材相比，鋼塑復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，從而降低了成本，減少了能耗，在長距離輸水、輸氣過程中優先推薦外3PE內熔結環氧復合鋼管。

 

一、輸水管道的現狀

供水管網是城市運行的生命線，爆管、斷水、低壓都會威脅安全供水。保障輸送的水質安全衛生對管道要求是非常重要的，水廠輸出再好的水，經過不良管道可能也會出現問題，因此國家要求供水企業要不間斷地保障將出廠的自來水安全、有效、可靠地通過管網輸送到每一個用戶。

長距離輸水鋼管道將受到各種環境介質的腐蝕，在多種腐蝕因素中電化學腐蝕和生物腐蝕是主要的。在大口徑（DN>600）輸水工程中，推薦使用鋼塑復合管和球墨鑄鐵管，但成本上鋼塑復合管更具有優勢。下圖1為常用幾種管材的綜合造價比較。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, 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、外壁表面實施屏蔽，是最方便、最常用的防護手段。經內外防護后的鋼塑復合管性價比很高，它是鋼管與塑料管優良性能的結合體，既有鋼管的強度和鋼度，又有塑料的耐化學腐蝕、無污染、內壁光滑、不積垢、流體阻力小等優點，美國和日本等發達國家已有50年以上的使用歷史。

給水鋼管內外涂塑工藝是目前國內最先進的防腐技術，它集鋼材優越的機械性能與高分子材料卓越的耐化學腐蝕性能于一體，極大地延長了鋼管的使用壽命，具有獨特的防腐耐酸堿性、抗磨損、無結垢、助潤滑、耐負壓等優越性，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，通過特殊的設備將其均勻地涂覆于金屬管道的內外表面，經固化和塑化后在金屬管道內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合管。

內外涂塑鋼塑復合管可有效防止水質的二次污染，對提高水質有明顯的作用。涂塑鋼管在發達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。內外涂塑鋼塑復合管的優勢和特性，符合建設給排水要求，完全符合CJ/T120-2008及GB/T5750-2006標準，近年來受到廣大客戶的高度贊揚和肯定。

二、 給水涂塑鋼管內防腐涂層綜合性能分析:

2.1管道內防腐涂層種類

a)單層聚乙烯涂層

b)環氧粉末涂層

管道內涂敷層主要有兩個功能：

·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 環氧樹脂的分子結構與性能

雙酚A型環氧樹脂的各結構單元賦予樹脂不同的功能，見圖2

1)環氧基和羥基賦予樹脂反應性，使樹脂固化物具有很強的內聚力和粘接力；

2)醚鍵和羥基是極性基團，有助于提高浸潤性和粘附力；

3)醚鍵和C-C鏈使大分子具有柔順性；

4)苯環賦予聚合物以耐熱性和剛性；

5)異丙基也賦與環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環氧樹脂各結構單元賦于樹脂的性能

· 環氧樹脂卓越的附著力

環氧樹脂經與固化劑反應，充分交聯之后才發揮其優良性質，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。其附著機理與圖2的搭扣機理有關。由于羥基和醚基的極性使環氧樹脂分子和相鄰表面之間產生引力，而且環氧基和含活潑氫的金屬表面形成化學鍵，因此大大提高了其對金屬表面的附著力及耐化學防腐性能。

固化時體積收縮率僅有2%左右，而且環氧分子中的醚鍵使分子鏈便于旋轉，可消除內應力，所以附著力高。

圖2 環氧樹脂附著力搭扣原理

·環氧樹脂的化學性

環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（二個苯環和一個異丙基，共15個碳原子的烴基）則有疏水性，兩個苯環的剛性屏蔽了羥基和醚鍵，保持了整體涂層的耐水性。固化后的環氧樹脂的玻璃化溫度較高，有利于其耐水性。環氧樹脂分子中沒有酯鍵，耐堿性優良。在腐蝕微電池的陰極部位呈堿性。一般優良的防腐蝕涂層必須有耐堿性和附著力，所以環氧樹脂是優良的防蝕涂料的基料。

·環氧樹脂的老化性能

環氧樹脂中含有醚鍵，涂層經日光紫外線照射后易降解斷鏈，其鏈式反應可見圖3

圖3. 環氧樹脂的老化斷鏈反應

所以環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。環氧涂層老化破壞主要表現為逐漸粉化而涂層減薄。

2.1.2 聚乙烯的分子結構與性能

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，其分子結構和密度有較大變化，它的結構、結晶度和密度介于高密度聚乙烯和低密度聚乙烯之間，雖然也是線性結構，但分子排列整齊，支鏈短小且有規則，導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晶傾向，因此抗沖擊性能好，結構通式為

R為：CH3（甲基）；C2H5（乙基）；C4H9（異丁基）

由結構可看出聚乙烯是以—CH2—為主體的鏈狀高分子聚合物，R側鏈或支鏈的存在會降低聚乙烯的結晶度。

聚乙烯的分子結構使其具有優異的耐環境應力裂化性能及耐腐蝕性能。

2.2兩種內防腐涂層綜合比較

1) EP附著力更強。涂層與鋼管內表面的附著力與涂塑鋼管的使用壽命有密切關系，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。環氧（EP）涂層附著力強，遠大于聚乙烯涂層的附著力。環氧樹脂結構中含有不易水解的脂肪基（－C－）和醚鍵（－C-O-C-），能夠產生電磁引力。另外，在固化過程中活潑的環氧基和鋼材表面上的游離氫鍵起反應而形成牢固的化學鍵，從而賦予環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具有更優異的防腐蝕性能

環氧樹脂固化涂層，含有穩定的苯環、醚鍵等，結構致密，耐酸、耐堿、耐有機溶劑、耐水。漆膜對金屬附著力好，結構氣孔小，使各種腐蝕介質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

環氧樹脂具有很強的內聚力，分子結構致密，通過加成反應方式進行固化，固化過程中沒有水和其它揮發性副產物放出。另外，環氧樹脂本身具有仲羥基，再加上環氧基固化時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％。環氧樹脂固化時的收縮性低，產生的內應力小，這也有助于提高粘附強度；

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

5）環氧粉末與單層聚乙烯內涂層相比，成本較低，使用壽命長，現場連接補口工藝成熟、操作方便；

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

熔結環氧粉末涂料（FBE）國外最早開發于上世紀50年代，在60年代實現了工業化生產。由于FBE具有優良的機械性能、抗腐蝕性能和耐久性能，所以被廣泛應用于陸上、水下、海底等管線的防腐涂裝，為處于各種環境中的管線長期低維護運行提供了可靠的保證。40多年來，經過不斷的發展完善，這項技術已經走向成熟。迄今為止，全球已有20余萬公里以上的管道使用了熔結環氧粉末，鋪設于世界各地—從陸地到海洋，從城市到鄉村，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，都有熔結環氧粉末的應用實例。

熔結環氧粉末涂層能夠在各種極端的氣候條件和苛刻的機械應力作用、化學介質侵蝕的環境中得到廣泛應用，足以證明熔結環氧粉末涂層是一種可靠的保護涂層，經得起實踐和時間的考驗。

據美國《管道文摘》統計，熔結環氧粉末防腐層以其優良的機械性能和防腐性能、極強的附著力和與陰極保護相融性等特點，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，達到0.83％），給陰極保護設計帶來一定的困難。

2）PE涂層柔韌、沖擊力優；不易因形彎而發生脆性斷裂。

3）涂塑鋼管的使用環境惡劣，不僅要求外涂層具有較強的抗腐蝕能力，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化而使塑膜變質老化的能力。在這一點上，PE粉末明顯要優于環氧粉末。環氧粉末戶外暴曬3-5個月會失光、泛黃，半年就產生粉化現象。

4）單層聚乙烯與環氧粉末外涂層相比，在同等成本下單層聚乙烯熱融粉末涂層抗沖擊能力優于環氧粉末涂層，連接補口、補傷工藝成熟，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合結構（俗稱3PE）的側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“死區”，粉末“淋涂”技術類似粉末噴涂技術，防腐層與管體100%接觸，消除了3PE側向擠出纏繞時可能造成的焊縫后坡的空鼓（見圖4），提高了陰極保護的效率。

圖4. 3PE可能產生的焊縫空腔現象

四、給水涂塑管選擇內環氧、外聚乙烯為最佳防腐工藝組合

大口徑內環氧、外聚乙烯防腐鋼塑復合管產品技術是我從國內的實際情況出發，仔細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氧粉末涂層技術進行巧妙的融合后推出的新型產品，它經過多年不斷的研究、完善和應用，驗證了管道內環氧粉末涂層、外壁單層聚乙烯涂層是一種鋼管防腐的最優方案，目前已成為市場廣泛應用的一種主流產品。

該防腐方案集聚乙烯、環氧樹脂優異的防腐蝕性能和鋼質管道超強的抗變形能力于一身，內涂層衛生安全、對水質無影響，也能抵抗部分酸、堿、鹽及未經處理的污水 的侵蝕，綜合成本低，是一種比較完美的組合方案。既可應用在城市供、排水管網和 遠距離輸送各種水質的自來水、污水、中水、海水的管道，也可作為油氣及油氣混合介質的輸送管道，是符合綠色、環保、低碳、節能的優良產品。

內環氧、外聚乙烯防腐鋼塑復合管道是由鋼管為基體、內壁采用衛生級熔結環氧粉末、 外壁采用線性低密度聚乙烯熱噴涂一次形成有效的內外防腐涂層具有以下特點：

1）管道內壁環氧涂層防污抗蛀不會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標準

2）管道內壁環氧涂層光滑，流體摩擦阻力小于PCCP和球墨鑄鐵管道。

3）管道內壁環氧涂層防腐蝕性能優于普通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，具有很強的耐土壤腐蝕性能，綠色環保。

5）內環氧外PE涂層管道的管件規格齊全，能適應各種安裝需要。

6）內環氧外PE涂層管道可采用電焊、卡箍、法蘭等多種連接形式。

7）直連電焊補口及補傷方法簡便可靠。

8）內環氧粉末涂層與外單層聚乙烯涂層的設計壽命相當、均可達到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、環保、低碳、節能方針。

采用最優粉末

與世界500強美國杜邦公司合作，聯合研發ZWPEPE專用浸塑粉末