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大口径钢质给水管道的防腐层选择与应用

发表时间：2021/6/16 来源：《城市建设》2021年6月作者：张巍

[导读] 钢管具有高强度、耐高压、振动、轻量化、管段长、少接口、易于加工的管道和管件、缩短的施工时间、易于打开和维护。广泛应用于大直径钢管腐蚀层的选择和应用。随着经济的快速增长和城市化，供水部门正在建设越来越多的水源和大口径输水管。

天津市管道工程集团有限公司张巍 300041

摘要：钢管具有高强度、耐高压、振动、轻量化、管段长、少接口、易于加工的管道和管件、缩短的施工时间、易于打开和维护。广泛应用于大直径钢管腐蚀层的选择和应用。随着经济的快速增长和城市化，供水部门正在建设越来越多的水源和大口径输水管。
关键词：大口径钢质给水管道；防腐层；选择与应用
        由于我国国内管线的发展，主要水管采用钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土钢管(PCP)等形式。钢管是大型水管的重要组成部分，原因是资金、设计建筑习惯、地质条件以及今后的维护制约，钢管在大口径供水管道占很大比例。
        一、管道腐蚀原因及其危害
        供水管道的腐蚀，特别是钢的腐蚀，可大致分为两类:化学腐蚀(包括细菌)和电化学腐蚀(包括泄漏)。管道与周围环境之间位移响应引起的腐蚀。通常称为化学腐蚀。当pH值、温度和土壤厚度有利于某些细菌，特别是硫酸还原时，这些细菌也可能腐蚀姿态，也称为化学腐蚀。化学腐蚀不仅发生在管外，而且发生在管内。在许多情况下，管道输送含有氧气等材料的水(例如残存的药剂量、水质等)也可能有一定的影响侵蚀性。水管的内壁或多或少具有腐蚀性，通常称为水管内壁的腐蚀。防止管道腐蚀主要理论是:
        1.氧化理论:由于碳氢化合物(H2CO2)，铁变成碳酸铁，然后由水中的氧气氧化产生氢氧化铁。2.过氧化理论:首先从铁的水反应合成氢氧化亚铁，氢气和水中后来形H2O2，它们反应合成氢氧化铁。
        3.电化学理论；腐蚀是由电化学反应引起的。首先是氢氧化铁与碱性水中氧化的氢氧化铁形成膜层，停留在金属表面。在酸性水中，先与水的碳化形成的二氧化碳相结合形成铁碳酸[Fe(HCO3)2]，然后与水氧化形成浮水沉淀形成的氢氧化铁。此外，还存在腐蚀现象，这可能是由于微型电池或氧气电池的浓缩池机制造成的。当水接触管道中的铁时，腐蚀通过各种途径发生，在管道氧化皮或管道粗糙表面的裂缝中形成小的腐蚀细胞，这些细胞开始腐蚀，并在水流方向形成薄膜或外壳。过了一段时间，它变成了一个大小不等的瘤状结垢，里面装满了氧化铁和硬壳中的硫铁。氧化和循环腐蚀伴随着在生锈的壳中不断积累盐，使铁锰细菌能够依靠盐的氧化繁殖，特别是在靠近管道壁的地方。氧气含量低于外界，更有利于铁细菌的生存。铁锰细菌在生存过程中吸收铁盐，清除氢氧化铁中的大量沉淀，在管壁下形成腐蚀现象。因此水中氧气是电腐蚀的开始，硫酸盐还原菌是腐蚀的原因，铁细菌是管道大规模腐蚀的另一个原因。(1)微腐蚀。当来自不同金属结构的管道接触到地面时，它们是不等的，就像两种不同的金属在同一个电解质中一样。不同金属结构的两部分金属管之间的电位差可能形成腐蚀电池。例如，钢管的焊缝熔渣与管道的母材之间的电位差可能高达0.275v，这就是钢管泄漏经常发生在焊缝。(2)宏电池。长距离金属管道沿线土壤性质的差异导致管道本身和腐蚀电池形成的可能性较小。所谓电位差腐蚀往往是这两个腐蚀电池结合的结果。（3）管道杂散电流的腐蚀。地下杂散电流腐蚀管道是外部因素引起的电化学腐蚀的一个特殊例子，类似于电解过程。土壤中的散射电流来自两个来源:一些直流输电网使用土壤作为接地电路。一些接触土壤接触的导体由于绝缘差而漏电。由于杂散电源电位高，电流大，电化学腐蚀比单作用腐蚀严重得多。管道内部和外部的腐蚀会严重影响管道的正常运行和使用寿命。首先，管道的腐蚀降低了供水能力，增加了电力消耗，这不仅在经济上而且在社会上对供水公司的运作产生了重大影响，因为供水数量和压力不足。第二，水污染。管道内壁腐蚀时产生一定量的Fe(0h)。浮在水中，水质受到污染，产生红色水。三是降低管道强度。由于铁管腐蚀，铁管结构的初始组成发生了变化，有效结构降低，管道的初始性能和强度丧失。在外力作用下，正在运行的管线可能会爆炸。

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四是管道损坏腐蚀时，损坏零件的性能会降低。受腐蚀影响，受损部位的腐蚀状况可能恶化，导致管道损坏和漏水。
        二、管道防腐的种类及其效果分析
        管道腐蚀主要由与腐蚀性土壤或水和空气接触引起。形成这种电化学腐蚀的必要条件是:在两个不同的电位置存在两个双层电池；存在电解质；形成电流电路的条件。
        1.防腐层石油沥青。19世纪以来，防腐层一直用于钢管的外部保存。主要优点是良好的防腐性能，材料容易获得，价格低廉，施工过程简单。其主要缺点是吸水率高、老化容易、土壤强度低、抗热性低、植物根部渗透性低、机械强度低。同时对环境和施工人员也有一定的危害今天，在环境保护和人类安全方面，这种保存材料正在逐渐淡化。
        2.煤焦油瓷漆。与石油沥青一样，煤焦油瓷漆有着悠久的应用历史。从沥青到原来的纯煤焦油瓷漆，今天使用的煤粉和滑石粉等添加剂，都被改造成了今天的煤焦油瓷漆。它对细菌摄入量、化学腐蚀、植物根系渗透具有较强的抵抗力，吸水率低，隔热强度略高于沥青。其主要缺点是毒性高、土应力强度低、机械强度低、流动温度高、低温脆弱和热稳定性低。这种材料由于对人类和环境的不利影响而逐渐被树脂涂料所取代，消费大幅下降。
        3.环氧煤沥青。是在煤焦油瓷漆的基础上研制的。由环氧树脂和沥青混合料制成，具有足够的溶剂。该防腐材料具有良好的粘附性、良好的保温性能、较强的耐水性和较高的抗沥青机械强度。比油底泥和煤泥磁漆更方便使用。与时俱进，自然凝固。这些材料的主要缺点是:(1)凝固过程中的凝固时间和环境脆弱性。尤其是在低温下，凝固效果较低。（2）它污染环境。环氧沥青的溶解度通常约占总量的25%。在使用过程中，这些溶剂必须挥发才能凝固。其中大多数溶剂是芳烃(苯、甲苯、二甲苯等)，不仅污染环境，而且对人类构成危险。（3）涂层质量不易保证。由于手工操作，甲、乙混合不正确，混合不均匀，玻璃织物含有大量蜡，可能影响涂层质量。同时溶剂挥发留下了很多针眼涂层经电火花加工试验合格，凝固一段时间后不合格。（4）原材料质量的不确定性。由于市场竞争激烈，一些制造商为了降低成本、减少油漆中使用环氧树脂或在建筑工程中添加更多溶剂而稀释涂料。这会影响防腐层的内部质量。环氧沥青和沥青沥青尽管存在问题，但由于成本低、物质便利、简单的施工工艺、良好的耐蚀性和管理习惯，仍广泛用于供水管道，特别是大口径管道。这两种材料仍然是水工行业大口径钢管的主要防腐层。
        4.塑化沥青胶带。基板材料是聚乙烯(PE)和编织带，用改性塑料沥青涂复防腐辊。它可以分为冷和热缠。热缠主要用于冬季温度低于-10 c时的现场加热。通常使用冷缠，该材料具有工艺简单、使用方便、绝缘性能好、耐氧性、耐水性、抗冲击性、无污染性以及对环境和人体的损害等特点。主要缺点是:(1)粘附不好，容易出现空鼓，管壁面处理不当，鼓焊好容易起飞时容易出现起飞现象。（2）影响阴极保护效果。由于聚乙烯绝缘性能良好，阴极电流在实施阴极保护时不易通过管道将变为穿过地面和复土厚度直至管道表面的阴极。此外，还有空鼓和裸露，为腐败创造了条件。
        适当的管道养护措施不仅可以延长管道的使用寿命，还可以减少渗漏，确保水质，降低管网维护成本。因此，对每一个环节都进行了深入的考虑和分析。适当的养护和养护措施直接关系到安全和优质的供水。
参考文献：
［1］李玉．给水排水管道工程施工及验收规范【s】．北京：中国建筑工业出版社。2019．
［2］玩涛.钢制压力容器(GBl50)．中华人民共和圆国家标准．2019
［3］郝莉.给水排水管道工程施工及验收规范(GB50268)．中华人民共和圆国家标准．2019