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1、专 论大、 中口径长距离输水管道防腐蚀技术罗志翔 (扬子石油化工设计院 南京 210048)摘 要 介绍了大、 中口径长距离输水钢管的各种防护技术的特点、 应用现状和发展趋势。主题词 大、 中口径长距离输水管道 防护技术CORROSION CONTROL TECHNOLOGY FOR LARGE OR MEDIUMSIZED UNDER- GROUND STEEL PIPELINE CARRYING WATER FOR LONG DISTANCELuo Zhixiang (Yangzi Pectrochemical Design Institute,Nanjing210048)Abstract
2、 T his paper describes the present situation of application and prospects of various corrosion control technologies for large or medium-sized underground steel pipes carrying water for long distance.Keywords Large or medium-sized underground steel pipes carrying water for long distance Corrosion con
3、trol technology1 概 述各种输水管线( 海水、 浑水、 工业水、 生活饮用水等管线) 是城市公共设施的重要组成部分, 是城市和工业企业生存和发展的生命线。 近年来, 随着城市规 模的扩大、 工业企业的发展和饮用水水源地的变迁,各大、 中城市的长距离引水、 输水工程相继出台, 大、 中口径给水管道工程相继上马。由于传统的铸铁给 水管存在耐压性能差、 施工不便等缺陷, 在大、 中口径长距离输水管线中已普遍采用碳钢道管。但钢管 自身也存在不耐腐蚀的缺点, 由于长期处于土壤中受各种矿物盐、 氧、 水分、 杂散电流、 微生物的腐蚀和本身输送介质( 水和水中的溶解氧、 CO2、 Cl-等)
4、 的 腐蚀和磨损, 使输水管线发生腐蚀穿孔( 或断裂) , 造成泄漏事故。 缩减埋地管道的使用寿命, 不仅造成材 料的浪费, 甚至影响正常的生活、 生产。 因此, 发展和实施埋地输水管道的防腐蚀工程技术已成为保证输 水管道长期安全运行极为重要的措施。2 输水钢管防腐蚀技术的现状和发展目前, 根据埋地输水钢管在土壤中的不同腐蚀机理和输送介质本身的腐蚀机理, 国内外防腐蚀专家在地下输水管道防护理论和实践方面取得了丰硕 的成果, 发展了许多新技术、 新工艺和新产品。输水 钢管的内防护技术有水泥砂浆衬里、 聚烯烃膜衬里、涂料衬里等, 外防护技术有涂层防护、 聚乙烯粘带防护、 聚乙烯套管防护、 牺牲阳极
5、的阴极保护、 外加电流的阴极保护等。 各种防腐蚀技术的实施, 使输水管 道的使用寿命和安全得到了保证, 防止了水的二次污染, 提高了钢管的输水能力, 取得了显著的经济效 益。 2. 1 水泥砂浆衬里技术埋地输水管道水泥砂浆衬里防护技术是在钢管 内壁均匀地喷涂( 或涂抹) 一层水泥砂浆而使钢管得到保护。砂浆主要依靠水分子和铁原子之间的范德 华力衬贴在管壁上, 形成 813mm 的附着层, 使钢铁和输送介质隔离。 水泥砂浆衬里有三种方法: 内挤 涂一次成型法、 车载抛涂法和单根管材离心预制法。在大、 中口径钢管中目前较多地采用车载抛涂法 离心甩涂压光, 涂层均匀, 厚度容易控制, 界面附着力强。由
6、于水泥砂浆具有价廉易和无污染的特 点, 从人体健康和工程造价综合考虑, 它是目前输水管道内防腐蚀的常用方案。 近年在大、 中口径地下输 水管道工程内防护设计中已普遍采用, 并且取得了明显的经济效益和社会效益。 管道内水泥砂浆衬里几十年前在国外已普遍使用, 国内早期未予重视, 技术理论没有深入研究, 专 用设备没有配套开发故进展缓慢。 近十年来, 该技术在国内已发展成熟, 水泥砂浆已从单一材料品种发 展到聚合物水泥砂浆、 粉煤灰掺加料、 新型外加剂的 改性品种, 这对提高涂层的抗渗透能力、 改善表面光滑程度、 提高防护寿命十分有利。在工艺装备方面,109第 21卷第 3期 2000 年 3 月腐
7、蚀与防护 CORROSION 在抛涂设备上设 置了灰浆消耗监控报警装置和工业闭路摄像装置, 使涂层质量得到了保证。2. 2 聚烯烃薄膜衬里 采用聚烯烃塑料薄膜内衬技术是近年借鉴国外 旧管道翻衬法修复工艺开发出来的三层结构主 防护层-增强层- 增粘层的聚烯烃膜内衬, 采用三层 复合共挤成膜, 膜厚 0. 20. 5mm。 它与钢管之间的 粘合, 也采用底、 中、 面三层聚烯烃粘合胶, 这是聚烯 烃材料的特点, 目的是为了增强附着力, 充分发挥各自功能。 目前内衬方法有两种: 真空法先将复合 膜牵引到位, 由一端充气使薄膜胀开, 在另一端把管 壁、 薄膜之间抽成真空, 尽量减少壁、 膜之间的空鼓,
8、 使薄膜贴紧 管内壁; 翻衬法 使用压力大于 0. 2MPa的空气, 利用压差原理将聚烯烃薄膜翻衬在 管壁上。上述两种方法在衬膜之前都必须事先处理 钢管内表面( 喷砂、 化学除锈、 高压水清垢或机械除锈等) , 然后分层涂胶, 最后复衬, 胶粘定型。目前在 大、 中口径输水管道聚烯烃薄膜衬里较多使用翻衬 法, 一次翻衬长度可达 1km。 聚烯烃薄膜衬里防护法的优点是无污染、 表面 光滑和防腐蚀性能较好, 但存在价格较高、 施工不好 时粘接复合度差的缺点。 目前大、 中口径地下输水管 道工程内防腐蚀设计中尚较少采用。2. 3 防腐蚀涂料衬里 埋地钢管的内防腐蚀涂料品种繁多, 国内早期 多用于输油
9、、 输气管道。 对于输水管道的内防腐蚀涂 料, 由于要求涂料本身必须对水无污染, 品种相对较 少。 近年来有关部门也开发了一些低毒的有机涂料。 中国石油天然气总公司工程技术研究院研制生产的 8701 环氧树脂防护涂料, 它是由环氧树脂、 新型改 性胺固化剂、 颜填料及助剂组成的双组分常温固化涂料, 该涂料具有固体含量高、 溶剂污染小、 固化温 度低、 涂层耐酸、 碱、 盐、 耐水性能优异等特点, 经卫 生部门对 8701 涂料进行了理论和毒理学评价, 认为 可作为饮用水容器和输送管道的内防护涂料。并在 大庆油田引松花江水工程、 大连市引水工程、 长庆油 田生活水管线等工程上应用。 2. 4 外
10、防腐蚀涂料外防腐蚀涂料是应用最广的防护方法。近几十 年来, 我国先后从国外引进和开发了多种管道外防 护涂层技术, 包括石油沥青防护层、 环氧煤沥青涂 料、 煤焦油瓷漆、 环氧煤沥青玻璃鳞片涂料、 聚氨酯 石油沥青重防腐蚀涂料等等。外防腐蚀涂料大多采用环氧型、 环氧酚醛型、 聚氨酯型和漆酚型等主要基 料, 底漆掺和铁红类、 铬黄类等具有钝化性能的颜填 料, 中间层、 面层掺加鳞片或玻璃微珠, 以提高抗渗 透能力。目前在我国大、 中口径埋地输水管道较普遍使 用的是石油沥青-玻璃布和环氧煤沥青-玻璃布。石 油沥青防护是一种较老的技术, 它的优点是成本较 低, 但在现场加热石油沥青既不方便又污染空气,
11、 且 使用寿命较短, 已逐渐被环氧煤沥青替代。 环氧煤沥 青-玻璃布是一种比石油沥青-玻璃布更先进, 操作 更简便, 费用稍高的一种防护方法。 由两种材料在使用前临时混合, 但必须特别注意要保证其混合比例 正确。 实际施工中, 玻璃布包扎工序较长, 不易扎紧、 贴服, 吊装时易损坏, 修复不方便, 特别是钢管接口 处不易施工好, 给管道腐蚀留下隐患。 在环氧煤沥青 的基础上, 研制开发了环氧煤沥青玻璃鳞片涂料, 它 兼备环氧煤沥青的优良耐蚀性和鳞片涂料的施工简 单的特性, 具有较好的耐磨性、 抗渗性, 施工周期大大缩短。在煤沥青中加入煤粉、 煤焦油馏份、 填料等 添加剂经高温改性后即成为具有象
12、搪瓷一样的光亮 和耐腐蚀, 又对钢铁具有很强的附着力的煤焦油瓷 漆, 煤焦油瓷漆是世界上使用历史悠久、 应用普遍的 防护材料。通过长期的应用实践, 证明其粘结性好、 防护效果优、 使用寿命长、 价格低廉, 在施工和质检 方面也积累了丰富的经验, 至今仍是国外主要的管道防腐蚀材料之一。但它也同样存在污染环境的缺 点。除了应用于输油、 输气管道外, 煤焦油瓷漆在国 内的大、 中口径输水管道工程应用尚为数不多。 近年来, 我国又陆续研究开发和引进了用于埋 地管道外防腐蚀的熔结环氧粉末涂层、 熔结快速固 化环氧涂料、 熔结环氧-胶-挤塑聚乙烯防护层等新 型防腐蚀技术和产品, 颇有发展前途。 2. 5
13、聚乙烯( PE) 冷缠防护胶粘带防护胶带是人造聚乙烯材料与由人造橡胶、 树 脂和添加填料、 增塑剂、 润滑剂、 防老剂调制的沥青 合成的, 具有弹性且一面有粘性。使用前, 先在已经 处理的钢管外壁上涂一层速干底漆, 然后将胶带用 手或机械器具缠在管道上, 钢管和包裹材料施工时 无需加热。对于大、 中口径输水钢管, 为使胶带与管 道达到紧密的粘结效果, 一般采用电动机械缠带机,此机器可自动清理管道外壁、 涂刷底漆和缠胶带。 聚 乙烯胶带防护层具有无污染、 绝缘强度高、 耐高温、 耐冲击、 耐湿, 能随温度的变化热胀冷缩等特点, 设 计防护年限超过 30a, 与阴极保护联合使用效果尤 佳。近年来在
14、杭州、 上海等城市输、 引水管道工程中110罗志翔: 大、 中口径长距离输水管道防腐蚀技术已采用聚乙烯冷缠带与阴极保护联合保护作为防腐 蚀措施。 1997 年, 宁波安达胶带制品有限公司又开发和 投产了热复合防腐蚀聚乙烯胶带, 产品性能明显高于涂布型胶带, 有些指标性能已接近和超过国外同 类产品。 2. 6 阴极保护 地下金属管道因腐蚀造成的危害和损失已逐渐 引起各国的高度重视, 为此各发达国家相应采取经 济有效的措施是防护涂层和阴极保护配合使用。阴 极保护投资少( 长输管道只占工程投资总额的 1%左右) 、 管理简单, 可有效延长管道寿命一倍以上。 70 年代以来, 欧美各发达工业国家纷纷立
15、法: “ 禁止未 加阴极保护而只用防腐蚀涂层的地下金属管道使 用” 。 在我国, 阴极保护起步较晚, 由于各主管部门对 地下管线运行的安全意识和对防腐蚀的重要性的认 识上存在着较大差异, 很多地下管线只施加防护涂 料而未采取阴极保护措施。70 年代后期北京、 上海等大城市对地下金属管道引进了阴极保护技术, 并 在小范围内应用。 目前, 很多城市在自来水、 热力、 煤 气、 浑水、 工业水管道上都不同程度地陆续推广使用 了涂料和阴极保护的双重防腐蚀措施。 由于资金、 安 全意识以及工业体制等条件的限制, 我国尚未制订 城市地下管线必须施加阴极保护的强制性法规。但 城市地下金属管道采用防护涂层加阴
16、极保护已是发展的必然趋势, 从工业发展的持续、 高效和安全运行 考虑, 国家在这方面应尽快立法。 阴极保护是一项成熟的、 经济效益十分显著的 电化学保护技术, 将被保护的金属管道进行阴极极 化, 使电位负移到金属表面阳极的平衡电位、 消除其 电化学不均匀性所引起的腐蚀电池, 使金属免遭腐 蚀。 它可以成倍地延长金属管道的使用寿命, 阴极保 护与防护涂料联合使用时, 阴极保护使涂层缺陷处和毛细孔处钢管免遭腐蚀, 延长涂料的使用寿命; 涂 层则可以降低阴极保护所需要的保护电流, 扩大阳 极的保护范围, 减少阳极安装数量, 使阴极保护电流 均匀分布于钢管表面, 提高阴极的保护效果。 两者的 保护相辅相成, 使腐蚀保护强度大大提高, 腐蚀控制 成本降低。 阴极保护分外加电流法和牺牲阳极法, 它 们的基本原理和保护效果是相同的, 二者各有优缺点。遇到具体工程时, 应按保护范围的大小、 土壤环 境、 费用情况、 周围管线布置, 因地制宜地选择阴极 保护的方法。 对于牺牲阳极和强制电流两种方法, 设 计时可参考 埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计 规范 ( SY/
