TPEP防腐钢管

外3PE内熔结环氧防腐钢管是以钢管为基材，外壁采用三层结构聚乙烯防腐，内壁采用热熔环氧树脂粉末防腐在高温220℃的条件下，形成钢塑合金层。简称TPEP防腐钢管。（T，三层英文Three的首写字母，PE指聚乙烯，EP指环氧树脂）。 TPEP防腐是国内乃至国外最先进防腐，使用寿命长达50年以上。

国内输水、电工程项目中使用的TPEP防腐管道是由中沃管道研发生产，外3PE内熔结环氧复合钢管的应用解决了管道的内外防腐问题，管道糙率小、内壁光滑、水力性能良好。通过设计实例分析得出：与同管径管材相比，钢塑复合管的管路损失可以降低30％以上；在输送相同流量的情况下，其管径可以减小一级，从而降低了成本，减少了能耗，在长距离输水、输气过程中优先推荐外3PE内熔结环氧复合钢管。

 

一、输水管道的现状

供水管网是城市运行的生命线，爆管、断水、低压都会威胁安全供水。保障输送的水质安全卫生对管道要求是非常重要的，水厂输出再好的水，经过不良管道可能也会出现问题，因此国家要求供水企业要不间断地保障将出厂的自来水安全、有效、可靠地通过管网输送到每一个用户。

长距离输水钢管道将受到各种环境介质的腐蚀，在多种腐蚀因素中电化学腐蚀和生物腐蚀是主要的。在大口径（DN>600）输水工程中，推荐使用钢塑复合管和球墨铸铁管，但成本上钢塑复合管更具有优势。下图1为常用几种管材的综合造价比较。由图中可见DN600是钢塑管和球铁管的成本分水岭，管径超过600mm，球铁管的综合成本将急剧增高。

由于钢管具有优越的延展性、整体性和便捷的施工操作性, 既适用于埋地敷设, 又可用于跨越架空、过河倒虹和顶管施工。对钢管及其配件，采用防腐蚀涂层对其内、外壁表面实施屏蔽，是最方便、最常用的防护手段。经内外防护后的钢塑复合管性价比很高，它是钢管与塑料管优良性能的结合体，既有钢管的强度和钢度，又有塑料的耐化学腐蚀、无污染、内壁光滑、不积垢、流体阻力小等优点，美国和日本等发达国家已有50年以上的使用历史。

给水钢管内外涂塑工艺是目前国内最先进的防腐技术，它集钢材优越的机械性能与高分子材料卓越的耐化学腐蚀性能于一体，极大地延长了钢管的使用寿命，具有独特的防腐耐酸碱性、抗磨损、无结垢、助润滑、耐负压等优越性，可替代衬塑管、镀锌管、不锈钢管、铜管等。将高分子防腐粉末涂料，通过特殊的设备将其均匀地涂覆于金属管道的内外表面，经固化和塑化后在金属管道内外表面形成一层均匀、致密、光滑的塑料涂层，成为一种新型的钢塑复合管。

内外涂塑钢塑复合管可有效防止水质的二次污染，对提高水质有明显的作用。涂塑钢管在发达国家的使用已比较成熟，如美国、日本等国的输水管道有80％～90％的管材采用涂塑钢管。内外涂塑钢塑复合管的优势和特性，符合建设给排水要求，完全符合CJ/T120-2008及GB/T5750-2006标准，近年来受到广大客户的高度赞扬和肯定。

二、 给水涂塑钢管内防腐涂层综合性能分析:

2.1管道内防腐涂层种类

a)单层聚乙烯涂层

b)环氧粉末涂层

管道内涂敷层主要有两个功能：

·防腐，提高输水管线的使用寿命；

·减阻，提高输水管线的输水能力。

2.1.1 环氧树脂的分子结构与性能

双酚A型环氧树脂的各结构单元赋予树脂不同的功能，见图2

1)环氧基和羟基赋予树脂反应性，使树脂固化物具有很强的内聚力和粘接力；

2)醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和粘附力；

3)醚键和C-C链使大分子具有柔顺性；

4)苯环赋予聚合物以耐热性和刚性；

5)异丙基也赋与环氧大分子具有一定的刚性；

6)-C-O-键的键能高，从而提高了树脂的耐碱性。

图2 双酚A环氧树脂各结构单元赋于树脂的性能

· 环氧树脂卓越的附着力

环氧树脂经与固化剂反应，充分交联之后才发挥其优良性质，最突出的是其与接触物的附着力。这是由于其分子中含有极性的羟基、醚键等，即使对湿面也能有一定的附着。其附着机理与图2的搭扣机理有关。由于羟基和醚基的极性使环氧树脂分子和相邻表面之间产生引力，而且环氧基和含活泼氢的金属表面形成化学键，因此大大提高了其对金属表面的附着力及耐化学防腐性能。

固化时体积收缩率仅有2%左右，而且环氧分子中的醚键使分子链便于旋转，可消除内应力，所以附着力高。

图2 环氧树脂附着力搭扣原理

·环氧树脂的化学性

环氧树脂中含有亲水的羟基及醚键，但该树脂中的双酚A链段（二个苯环和一个异丙基，共15个碳原子的烃基）则有疏水性，两个苯环的刚性屏蔽了羟基和醚键，保持了整体涂层的耐水性。固化后的环氧树脂的玻璃化温度较高，有利于其耐水性。环氧树脂分子中没有酯键，耐碱性优良。在腐蚀微电池的阴极部位呈碱性。一般优良的防腐蚀涂层必须有耐碱性和附着力，所以环氧树脂是优良的防蚀涂料的基料。

·环氧树脂的老化性能

环氧树脂中含有醚键，涂层经日光紫外线照射后易降解断链，其链式反应可见图3

图3. 环氧树脂的老化断链反应

所以环氧涂层不耐户外日晒，涂层易失去光泽，然后粉化，不宜作户外用面漆。环氧涂层老化破坏主要表现为逐渐粉化而涂层减薄。

2.1.2 聚乙烯的分子结构与性能

聚乙烯粉末涂料是目前钢管涂塑的主要原料，且以线性低密度为主。线性低密度是乙烯和—烯烃的共聚物，其分子结构和密度有较大变化，它的结构、结晶度和密度介于高密度聚乙烯和低密度聚乙烯之间，虽然也是线性结构，但分子排列整齐，支链短小且有规则，导致分子间排列不紧密，破坏了分子链段的近程有序性，降低了聚乙烯分子的结晶倾向，因此抗冲击性能好，结构通式为

R为：CH3（甲基）；C2H5（乙基）；C4H9（异丁基）

由结构可看出聚乙烯是以—CH2—为主体的链状高分子聚合物，R侧链或支链的存在会降低聚乙烯的结晶度。

聚乙烯的分子结构使其具有优异的耐环境应力裂化性能及耐腐蚀性能。

2.2两种内防腐涂层综合比较

1) EP附着力更强。涂层与钢管内表面的附着力与涂塑钢管的使用寿命有密切关系，而涂层的附着力主要取决于所用防腐涂层材料的自身性能。环氧（EP）涂层附着力强，远大于聚乙烯涂层的附着力。环氧树脂结构中含有不易水解的脂肪基（－C－）和醚键（－C-O-C-），能够产生电磁引力。另外，在固化过程中活泼的环氧基和钢材表面上的游离氢键起反应而形成牢固的化学键，从而赋予环氧固化物对钢管基材以极好的附着力以及抗阴极剥离能力。

2）EP具有更优异的防腐蚀性能

环氧树脂固化涂层，含有稳定的苯环、醚键等，结构致密，耐酸、耐碱、耐有机溶剂、耐水。漆膜对金属附着力好，结构气孔小，使各种腐蚀介质难以渗透到金属表面，所以耐腐蚀性极好。

3）EP固化收缩率低

环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，通过加成反应方式进行固化，固化过程中没有水和其它挥发性副产物放出。另外，环氧树脂本身具有仲羟基，再加上环氧基固化时派生的部分残留羟基，它们的氢键缔合作用使分子排列紧密，因此环氧树脂的固化收缩率是热固性树脂中最低的品种之一，一般为1～2％。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度；

4）PE塑料的热容较大（熔融时吸收热量大，冷却时放出的热量也多），因此当内层防腐使用PE涂塑时，随着塑膜厚度增大，在冷却时体积收缩也大，内应力就随之增大。防腐要求越高，所需涂膜厚度越大，这就使厚塑膜的耐环境应力开裂随膜厚增加而变差。

5）环氧粉末与单层聚乙烯内涂层相比，成本较低，使用寿命长，现场连接补口工艺成熟、操作方便；

6）EP涂层具有很高的玻璃化温度，应用温度范围宽，能在–30～100℃之间保持最佳性能；环氧粉末（EP）涂层使用用温度高于涂聚乙烯PE产品，消防管道更加适用。

熔结环氧粉末涂料（FBE）国外最早开发于上世纪50年代，在60年代实现了工业化生产。由于FBE具有优良的机械性能、抗腐蚀性能和耐久性能，所以被广泛应用于陆上、水下、海底等管线的防腐涂装，为处于各种环境中的管线长期低维护运行提供了可靠的保证。40多年来，经过不断的发展完善，这项技术已经走向成熟。迄今为止，全球已有20余万公里以上的管道使用了熔结环氧粉末，铺设于世界各地—从陆地到海洋，从城市到乡村，从赤道到极地，从平原到山地、河流、湖泊，从西伯利亚草原到非洲沙漠，从美洲大陆到中东海湾，都有熔结环氧粉末的应用实例。

熔结环氧粉末涂层能够在各种极端的气候条件和苛刻的机械应力作用、化学介质侵蚀的环境中得到广泛应用，足以证明熔结环氧粉末涂层是一种可靠的保护涂层，经得起实践和时间的考验。

据美国《管道文摘》统计，熔结环氧粉末防腐层以其优良的机械性能和防腐性能、极强的附着力和与阴极保护相融性等特点，一直是世界管道工程的首选防腐层。

三、给水涂塑钢管外防腐涂层综合性能分析:

1．管道外防腐涂层种类

a) 环氧粉末涂层

b) 3PE涂层

c) 单层聚乙烯涂层

2．三种外防腐涂层综合比较

1）EP粉末防水性较差（吸水率较高，达到0.83％），给阴极保护设计带来一定的困难。

2）PE涂层柔韧、冲击力优；不易因形弯而发生脆性断裂。

3）涂塑钢管的使用环境恶劣，不仅要求外涂层具有较强的抗腐蚀能力，还必须具备抵御大气、土壤、阳光的侵蚀，即要有防紫外线辐射和由于风化而使塑膜变质老化的能力。在这一点上，PE粉末明显要优于环氧粉末。环氧粉末户外暴晒3-5个月会失光、泛黄，半年就产生粉化现象。

4）单层聚乙烯与环氧粉末外涂层相比，在同等成本下单层聚乙烯热融粉末涂层抗冲击能力优于环氧粉末涂层，连接补口、补伤工艺成熟，操作方便。

5) 单层聚乙烯与3PE外涂层相比，具有均匀的覆盖层厚度，克服了聚乙烯三层复合结构（俗称3PE）的侧向挤出缠绕使焊缝前坡变薄的致命缺陷；

6) 单层聚乙烯与3PE外涂层相比，不存在焊缝处的阴极保护“死区”，粉末“淋涂”技术类似粉末喷涂技术，防腐层与管体100%接触，消除了3PE侧向挤出缠绕时可能造成的焊缝后坡的空鼓（见图4），提高了阴极保护的效率。

图4. 3PE可能产生的焊缝空腔现象

四、给水涂塑管选择内环氧、外聚乙烯为最佳防腐工艺组合

大口径内环氧、外聚乙烯防腐钢塑复合管产品技术是我从国内的实际情况出发，仔细的研究了各种涂层的特性、 加工工艺后，将日本单层聚乙烯涂层和美国的环氧粉末涂层技术进行巧妙的融合后推出的新型产品，它经过多年不断的研究、完善和应用，验证了管道内环氧粉末涂层、外壁单层聚乙烯涂层是一种钢管防腐的最优方案，目前已成为市场广泛应用的一种主流产品。

该防腐方案集聚乙烯、环氧树脂优异的防腐蚀性能和钢质管道超强的抗变形能力于一身，内涂层卫生安全、对水质无影响，也能抵抗部分酸、碱、盐及未经处理的污水 的侵蚀，综合成本低，是一种比较完美的组合方案。既可应用在城市供、排水管网和 远距离输送各种水质的自来水、污水、中水、海水的管道，也可作为油气及油气混合介质的输送管道，是符合绿色、环保、低碳、节能的优良产品。

内环氧、外聚乙烯防腐钢塑复合管道是由钢管为基体、内壁采用卫生级熔结环氧粉末、 外壁采用线性低密度聚乙烯热喷涂一次形成有效的内外防腐涂层具有以下特点：

1）管道内壁环氧涂层防污抗蛀不会被海洋或污水中的甲贝、菌类等微生物站污蛀附。用做给水管道完全符合CJ/T120-2008标准

2）管道内壁环氧涂层光滑，流体摩擦阻力小于PCCP和球墨铸铁管道。

3）管道内壁环氧涂层防腐蚀性能优于普通PCCP和球墨铸铁管道，尤其适和中水和污水的输送。

4）管道外壁的单层聚乙烯粉末涂层，具有很强的耐土壤腐蚀性能，绿色环保。

5）内环氧外PE涂层管道的管件规格齐全，能适应各种安装需要。

6）内环氧外PE涂层管道可采用电焊、卡箍、法兰等多种连接形式。

7）直连电焊补口及补伤方法简便可靠。

8）内环氧粉末涂层与外单层聚乙烯涂层的设计寿命相当、均可达到50年以上。有效地提高了材料的利用率，符合国家提倡的绿色、环保、低碳、节能方针。

采用最优粉末

与世界500强美国杜邦公司合作，联合研发ZWPEPE专用浸塑粉末