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供水管网的腐蚀与防腐
供水管网所用管材一般分为金属管材和非金属管材,就目前管网来看,大管径管道一般采用金属管材,包括铸铁管、球墨铸铁管以及钢管,小口径管道一般采用非金属管,包括给水尼龙管、给水ppr管,但仍有部分管道及管件使用钢管或钢制管件连接。由于北方冬季气温较低,一般干线管道和城区管网都是埋地敷设,这样对管网的防腐要求就非常高,好的防腐可以避免因管道腐蚀而造成管网漏水,避免管道内部增加摩阻,污染水质,相反则给管网带来很大麻烦,可见管道防腐对管网有多么的重要。
  为了延长管道的使用寿命,避免金属腐蚀,污染水质,从世界上有供水工程开始,人们就对埋地金属管道的腐蚀机理、防腐方法、涂层结构等进行了不懈的探索与研究,已形成多种防腐体系。
  
  一.管道的腐蚀
  
  腐蚀是金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏。
  金属腐蚀按其性质可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接和介质接触起化学作用而引起金属离子的溶解过程。而电化学腐蚀是金属和电解质组成原电池所发生的电解过程。金属在土壤、水或潮气等电解质溶液中,一般都发生电化学腐蚀。埋地管道外腐蚀的原因比较复杂,一般归纳为以下3种原因:
  (1)电化学腐蚀——由于土壤是固态、液态、气态3种物质所组成的复杂混合物,土壤颗粒间充满空气、水和各种盐类,使土壤具有电解质溶液的特征,埋地管道裸露的金属(如涂层被机械破坏,微生物破坏等),就和土壤电解质组成了原电池,导致金属的电化学腐蚀。
  (2)杂散电流对管道的腐蚀——由于外界漏电影响,土壤中有杂散电流通过管道,因而发生电解作用,使管道腐蚀。
  (3)细菌作用引起的腐蚀——据研究,微生物参与腐蚀的过程中,不同种类细菌的腐蚀行为,条件各不相同,例如在缺氧土壤中存在厌氧的硫酸盐还原菌,它能将可溶的硫酸盐转化为硫化氢,使土壤中h+浓度增加,加速了埋地管道的腐蚀作用。
  对埋地管道腐蚀调查与研究表明,埋地管道外壁绝缘层的损坏是造成管道遭受土壤腐蚀的主要原因,为了保证管线长期安全生产,针对土壤腐蚀的特点,可以从以下几个途径来制止腐蚀的发生和降低腐蚀程度:
  (1)选用耐腐蚀的管材;
  (2)增加管道与土壤之间的过渡电阻,减小腐蚀电流,如采用石油沥青、煤焦油瓷漆、粘胶带、环氧粉末、三层pe等绝缘层,使绝缘层电阻较大,绝缘层的致密性很好(无针孔),从而把腐蚀电流减少到最小程度;
  (3)采用电法保护(阴极保护和牺牲阳极保护),一般电法保护应与绝缘层保护相结合,以减小保护电流的消耗。
  
  二.管道的防腐
  
  国内过去多采用石油沥青防腐层,近年来,我国陆续研究开发了聚乙烯夹克(两层结构)、熔结环氧粉末涂层、聚乙烯胶粘带和煤焦油瓷漆等防腐技术,取得了较好的防腐效果。但在实际应用中,也暴露出这些防腐技术的不足之处,如两层结构聚乙烯夹克的粘结性较差,熔结环氧粉末层的机械性能较低,煤焦油瓷漆的环境污染问题以及聚乙烯胶粘带的施工质量难以保证等,因此,欧洲一些国家于上世纪80年代以来,研究开发并成功应用了溶解环氧/挤出聚乙烯三层结构防腐涂层技术,这是目前国际上认为最先进的管道外防腐技术。
  挤出聚乙烯包覆涂层,以其优异的物理机械性能,良好的耐化学腐蚀性能,极低的水、氧渗透性和低环境污染,被公认是当前最有发展前途的防腐材料之一。但是,非极性的聚乙烯涂层与极性的钢管表面粘接性差,为了解决这一问题,人们采用了多种方法。传统的方法是在聚乙烯涂层与钢管之间涂一层“软基”玛蹄脂或橡胶粘结剂或“硬基”聚乙烯共聚物底胶,形成两层涂层结构。而有些国家则采用高温熔结聚乙烯粉末的方法,但无论是两层结构涂层还是熔结聚乙烯粉末涂层,都存在两个缺点:一是阴极剥离强度弱,二是与钢材的粘结性能低且不稳定,尤其在较高温度下更为明显。为了更好地解决聚乙烯图层的钢管表面的粘结问题,以德国、意大利为代表的欧洲国家,于80年代广泛采用了三层聚烯烃管道防腐涂层(以下简称三层pe)。这种涂层结构包括:环氧底漆、共聚物中间层、聚乙烯外涂层,三层结构防腐层将熔结环氧粉末涂层和挤压聚烯烃防腐层的机械特性等优点结合起来,从而显著改善各自的性能。对熔结环氧粉末涂层抗机械破坏性能弱的缺点得到弥补;使两层结构的挤压聚烯烃防腐层,粘结性能差的弱点得到改善,大大提高了防腐层的抗阴极剥离性能和机械强度。

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供水管网的腐蚀与防腐

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