王 瓊

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

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河道敷設(shè)供熱管道防腐問題的研究

王 瓊

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

介紹了供熱管道內(nèi)外部的腐蝕機(jī)理，從選用耐腐蝕材料、水質(zhì)、外護(hù)管、管道沖洗等方面，闡述了過河管道腐蝕的防范措施，并提出了埋地套管內(nèi)管道的新型防腐方法，旨在確保供熱管線的安全運(yùn)行。

供熱管道，腐蝕機(jī)理，套管，直埋敷設(shè)

0 引言

在“十二五”期間，人們的生活水平穩(wěn)步上漲，幸福指數(shù)越來越高，對于居住環(huán)境的要求更是精益求精，集中供熱已成為北方地區(qū)市政建設(shè)不可缺少的部分。在集中供熱熱水管網(wǎng)敷設(shè)過程中，管道直埋敷設(shè)方式憑借著建設(shè)投資低、沿途熱損失小、防腐絕緣性能好、占地少、施工快等特點(diǎn)，迅速成為市政供熱管網(wǎng)敷設(shè)的主流敷設(shè)方式[1]。但對于一些特殊位置的供熱管道直埋敷設(shè)的處理還缺乏典型工程案例和成熟的理論指導(dǎo)，本文就供熱管道過河直埋敷設(shè)防腐問題做一個(gè)有益的探討，針對河床腐蝕的特點(diǎn)，采取相應(yīng)的保護(hù)措施，確保供熱管線的安全，對供熱管道的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行也有一定的參考價(jià)值。

1 供熱管道內(nèi)部腐蝕機(jī)理

1)化學(xué)腐蝕。

氧氣對供熱管道的化學(xué)腐蝕反應(yīng)如下:

4Fe+3O2=2Fe2O3

二氧化碳本身的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，對金屬管道沒有腐蝕性，但二氧化碳與水結(jié)合就生成了具有腐蝕性的碳酸，碳酸對金屬管道就具有了一定的腐蝕性。碳酸與鐵反應(yīng)生成松散的碳酸亞鐵，這些腐蝕產(chǎn)物受到水流沖擊后很快脫落，從而又能形成新的腐蝕[2，3]。

2)電化學(xué)腐蝕。

電化學(xué)腐蝕機(jī)理與化學(xué)腐蝕完全不同，電化學(xué)腐蝕又可以稱為原電池腐蝕，供熱管道內(nèi)部存在雜質(zhì)，雜質(zhì)與金屬管道之間會(huì)產(chǎn)生不同程度的電解反應(yīng)，雖然電解比較微弱，但對金屬管道的腐蝕確實(shí)比較嚴(yán)重的。在實(shí)際運(yùn)行中，電化學(xué)腐蝕和沖擊腐蝕同時(shí)作用，會(huì)加劇腐蝕速度，例如彎頭腐蝕就是這樣的情況[2，3]。

3)沖擊腐蝕。

沖擊腐蝕又稱為機(jī)械磨損，沖擊腐蝕比前兩種腐蝕更加嚴(yán)重，危害也更大。沖擊腐蝕產(chǎn)生的原因很多，其主要原因是管道施工完成后，沒有對管道內(nèi)進(jìn)行徹底的沖洗，殘留了砂子、土壤、其他顆粒等，在介質(zhì)的推動(dòng)下，對管道及管件內(nèi)壁沖刷[2，3]。

4)交替腐蝕。

交替腐蝕特別能體現(xiàn)在間歇運(yùn)行中，在運(yùn)行過程中以沖擊腐蝕為主，在停止運(yùn)行時(shí)，以化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕為主。在運(yùn)行過程中，水流沖擊又會(huì)把管道表面的腐蝕薄膜沖掉，加劇管道的腐蝕。

2 供熱管道外部腐蝕機(jī)理

對于過河直埋敷設(shè)，過河段管道長時(shí)間泡在河水中，其主要腐蝕金屬管道的外部，腐蝕機(jī)理主要以電化學(xué)腐蝕為主，也有少量的化學(xué)腐蝕。外部腐蝕主要分為土壤腐蝕、大氣腐蝕和接觸腐蝕。

2.1 土壤腐蝕

土壤的成分比較復(fù)雜，含有鹽類和物質(zhì)的溶液及水分，其作用的供熱管道上造成嚴(yán)重的腐蝕，所以一般不允許鋼管與外界土壤直接接觸，一般要求外護(hù)有良好的防水性。其腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕，由于土壤成分分布的不均勻性，其表現(xiàn)出來的是局部腐蝕，極易造成管道穿孔甚至斷裂[2，3]。

2.2 大氣腐蝕

大氣腐蝕除了電化學(xué)腐蝕外還有化學(xué)腐蝕，不論哪種反應(yīng)都有水的參與，在施工中應(yīng)該注意防銹漆的質(zhì)量和涂刷厚度，并在保溫層外部做好防水。大氣的溫度和濕度對腐蝕有很重要的作用。

2.3 接觸腐蝕

管道與酸性或者堿性物質(zhì)直接接觸，會(huì)直接產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。當(dāng)管道兩點(diǎn)存在不同的電位時(shí)，電子會(huì)從一側(cè)移向另一側(cè)，從而產(chǎn)生電勢差[2]。

3 過河管道腐蝕的防范措施

3.1 選用耐腐蝕材料

過河段局部改變材料是防腐措施中最簡單有效的方式，常用的碳鋼對抗腐蝕性并不明顯，要充分了解敷設(shè)的環(huán)境，相應(yīng)的耐腐蝕的材料才是正確的選擇[4,5]。

3.2 水質(zhì)問題

供熱管道腐蝕速率與水質(zhì)的pH值有很大的關(guān)系，水質(zhì)呈堿性或者強(qiáng)堿性，其與管道表面金屬反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一層保護(hù)膜，減緩腐蝕的進(jìn)行，如果水質(zhì)呈酸性，其會(huì)加速管道的腐蝕，故過河段要控制好河水的酸堿性，最好選擇在堿性水域內(nèi)敷設(shè)管道。

3.3 外護(hù)管

過河段可以采用鋼套鋼保溫管，外護(hù)鋼管采用加強(qiáng)防腐措施，在河兩岸外伸一定長度后過渡為高密度聚乙烯外護(hù)，對工作鋼管外表面刷三遍耐高溫樹脂防腐漆，外護(hù)鋼管外表面涂熔結(jié)環(huán)氧粉末。熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層具有穩(wěn)定的電絕緣性，減緩了腐蝕的速度；具有優(yōu)良的金屬基體結(jié)合力；其熱膨脹系數(shù)與鋼管相近，耐冷熱性能好。

如果過河也采用高密度聚乙烯外護(hù)，主要問題是保溫接口外護(hù)要做好防水，一般采用雙層密封保護(hù)，先用熱熔套再用熱縮帶封口。

3.4 加強(qiáng)管道沖洗

在施工過程中要加強(qiáng)管理，清理施工中管內(nèi)殘余的鐵屑和泥沙等，正式運(yùn)行前要把管內(nèi)沖洗干凈。一般過河處為管線的低點(diǎn)，為防止雜質(zhì)堆積于河底管道，一般在上游方向加除污器，運(yùn)行幾個(gè)采暖季確定管中水質(zhì)干凈時(shí)拆除。

3.5 停暖期濕保護(hù)

停暖以后，管內(nèi)仍然注滿軟化水，并保持一定壓力，使管道處于封閉的滿水狀態(tài)，防止空氣中的氧氣和二氧化碳進(jìn)入管道，造成化學(xué)腐蝕。這種方法稱為濕保護(hù)，已經(jīng)被同行認(rèn)可。

3.6 犧牲陽極的陰極保護(hù)法

犧牲陽極陰極保護(hù)的原理是利用不同金屬的電位差異，為受保護(hù)的金屬提供電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，金屬表面各點(diǎn)電位降低到同一負(fù)電位，使金屬表面各點(diǎn)之間不再有電位差，不再有電子的流動(dòng)，金屬原子不再失去電子而變成離子溶入溶液。最終達(dá)到減緩腐蝕的目的。由于在實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)過程中，較活潑的金屬被腐蝕，所以，被稱為犧牲陽極陰極保護(hù)。

此種方法成本高，一般用于腐蝕性比較強(qiáng)的環(huán)境下來保護(hù)工作管道，常用的陽極材料有鎂、鋅和鋁。根據(jù)水質(zhì)情況選擇陽極材料的重量和布置間距[5]。

4 埋地套管內(nèi)管道的新型防腐方法

埋地管道在穿越鐵路、公路、河流時(shí)普遍采用外套管來增加強(qiáng)度，保護(hù)管道，加套管后金屬管道的陰極保護(hù)環(huán)境被改變，陰極保護(hù)效果受到影響，并且影響管道在線監(jiān)測的完整性，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在沒有第三方破壞的情況下，套管內(nèi)管道的外部腐蝕依舊是整個(gè)管道最易發(fā)生安全隱患的地方。

目前國內(nèi)外在套管穿越處緩解管道腐蝕的主要方法是：在套管處環(huán)形空間內(nèi)隔一定距離安裝絕緣支撐，以保持良好的絕緣性能，在套管兩端使用絕緣材料密封，防止土壤和水分進(jìn)入套管；考慮到套管對陰極保護(hù)外加電流的電屏蔽作用，套管內(nèi)管道得不到強(qiáng)制電流保護(hù)，所以通常在套管內(nèi)管道上安裝帶狀或鐲式犧牲陽極進(jìn)行腐蝕保護(hù)；傳統(tǒng)的套管內(nèi)管道腐蝕保護(hù)方法主要缺點(diǎn)為：隨著時(shí)間的推移和地層結(jié)構(gòu)的變化，端部密封的完整性會(huì)被地下水的進(jìn)入而破壞，隔離襯墊被溶解，同時(shí)也會(huì)造成套管與管道之間的短路，這些因素都增加了套管穿越處管道外腐蝕發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

針對目前保護(hù)套管內(nèi)管道腐蝕技術(shù)存在的不足，提供一種新的防腐方案，該防腐方案從防止水和土壤等雜質(zhì)進(jìn)入套管，確保緩蝕劑防腐效果和可使強(qiáng)制陰保電流流至管道，確保管道陰極保護(hù)效果兩個(gè)方面為套管內(nèi)管道提供全面腐蝕保護(hù)。將氣相緩蝕劑和水以一定壓力注入環(huán)形空間，同時(shí)在凝膠劑添加裝置處添加凝膠劑，凝膠劑在進(jìn)入環(huán)形空間吸收水分轉(zhuǎn)化為凝膠，填充整個(gè)環(huán)形空間。氣相緩蝕劑隨著分子自動(dòng)擴(kuò)散，在整個(gè)套管內(nèi)壁和管道表面形成緩蝕劑膜，有效緩減套管內(nèi)管道的腐蝕，包括大氣腐蝕、液/固相間腐蝕等；凝膠填充物可防止地下水及土壤等雜質(zhì)進(jìn)入環(huán)形空間，并允許陰保電流流至管道，提高套管穿越處管道的安全系數(shù)。

5 結(jié)語

供熱管道過河敷設(shè)由于架空敷設(shè)比直埋腐蝕成本高、施工周期長、維修量大等問題，現(xiàn)在更多的工程選擇直埋敷設(shè)，直埋敷設(shè)最大的問題是管道的防腐和放水問題，通過6種防腐措施的論述，基本上涵蓋了供熱管道所有腐蝕的情況。管道特殊地段的敷設(shè)在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中一定要注意管道的防腐問題,這樣才能確保供熱管線的安全運(yùn)行。

[1] 王 飛,張建偉.直埋供熱管道工程設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007:92-97.

[2] 杜玉玲，王坤忠，王 建.埋地鋼質(zhì)熱水供熱管網(wǎng)的腐蝕與防護(hù)[J].黑龍江科技信息，2007(4)：41.

[3] 李建剛.供熱管網(wǎng)的腐蝕問題探討[J].山西機(jī)械，1999(S1)：65-66.

[4] 于 寧.直埋熱力管道土壤腐蝕與防護(hù)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2002(1)：44.

[5] 王貴強(qiáng).供熱管道的防腐蝕研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009：1-76.

Study of the anticorrosion of the directly buried cross-river heating pipeline

Wang Qiong

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Combining with the corrosion mechanism of internal and external river channel heating pipeline, from the selection of corrosion resistant materials, water quality, external casing, pipeline flushing and other aspects, elaborated the prevention measures of river channel pipeline corrosion, and put forward the new anticorrosion methods of buried casing inside the pipeline, to ensure the safety operation of heating pipe line.

heating pipe, corrosion mechanism, casing, directly burying

1009-6825(2016)30-0139-02

2016-08-19

王 瓊(1982- )，女，工程師

TU833

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