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钢管是管道的主要材料。天然气输送钢管是板(带)经过深加工而形成的较特殊的冶金产品。管道钢的组织形态,由于工艺技术的差别,各厂商生产的管道钢存在一定的差异。20世纪60年代,一般采用X52钢级,70年代采用X60、X65钢级,80-90年代以X70钢为主。外国一些国家输气管道已开始采用X80钢。随着管道钢研究的不断发展,加拿大等国已铺设了X100和X120管道钢的试验段。我国在冀宁联络线管道工程中,首次把X80级管道钢用于7.71km的试验段。长达4843km的西气东输二线干线管道全部采用了直径为1219mm的X80钢级管道钢,将输气压力提高到12Mpa。一般来说,X80钢为铁素体和贝氏体双相组织,X100管道钢为贝氏体组织,X120管道钢为超低碳贝氏体和马氏体。对于天然气管道的管材来说,强度、韧性和可焊性是三项最基本的质量控制指标
管道特点
1)输气管道系统是个连续密闭输送系统。
2)从输送、储存到用户使用,天然气均处于带压状态。
3)由于输送的天然气比重小,静压头影响远小于液体,设计时高差小于200米时,静压头可忽略不计,线路几乎不受纵向地形限制。
4)不存在液体管道水击危害。
5)发生事故时危害性大,波及范围广。管道一旦破裂,释放能量大,撕裂长度较长,排出的天然气遇有明火,还易酿成火灾。
2.结构设计
(1)设计思想
我国大量钢管采用高频螺旋电弧焊技术,这造成焊缝处比钢管基体高出200~300μm,因此,SY/T 4013—95[2]规定,焊缝处的防腐层厚度推荐采用原钢管基体防腐层厚度的90%为其合格值。而钢管采用高频直线电弧焊技术的西方国家,如加拿大CAN/CSA—Z245.21,德国DIN 30670,意大利SOCOTHERM等标准并未对焊缝处作严格规定。因此,怎样处理好防腐层厚度降低成本,又不至于影响埋地管道及其焊缝处的防腐性能,就是本研究工作的主要工作。
注:LD—低密度;LLD——线性低密度;MD——中密度;HD—高密度。
另外,很新的加拿大标准[3]对钢管防腐层的厚度进行了新的要求,其与国内对应的高密度(HD))聚乙烯层明显减薄,这就意味在不影响钢管防腐性能的前提下,降低了原材料成本。
同时,也有学者认为,三层PE的防腐性能主要取决于环氧底漆的厚度和致密程度[4],依据是PE层的作用在腐蚀防护的同时,增强防腐层的表面抗冲击力,便于防腐管在运输和埋地时回填。但聚乙烯的脆性在温变或环境应力的作用下,容易发生开裂,腐蚀介质就会直接腐蚀钢质管体。因此,环氧底漆既起PE层与钢质管体的粘接作用,又起防腐作用。
(2)设计依据
根据行业标准SY/T 4013—95,加拿大国家标准CAN/CSA—Z245.21—98以及三层复合结构各结构层的作用,本研究工作初步对三层PE复合结构的厚度进行调整,其目的在于不影响防腐性能的同时,降低材料成本。
(3)设计参数
环氧底漆:120~150μm。
其目的在于完全遮盖和填平SY/T 4013—95要求的50~70μm的锚纹深度(尤其是焊缝处的焊坑),粘接PE层和钢质管体,并在PE层如果开裂后能有效阻挡腐蚀介质的侵蚀。
粘胶剂层:200μm左右。
其目的在于粘接PE层和环氧底漆层。
聚乙烯层:1.5mm左右,焊缝处≥1.2mm。
其目的在于起第1道防腐层作用,同时提高防腐管在运输和管沟内回填的抗冲击能力。
(4)测试指标
参照SY/T 4013—95的有关环氧粉末的性能指标、熔结环氧涂层的性能指标、三层结构用胶粘剂的性能指标、聚乙烯混合料的压制片材性能指标、聚乙烯层,的性能指标、防腐层的性能指标。