城市给水管网腐蚀机理及防护措施.pdf_第1页
城市给水管网腐蚀机理及防护措施.pdf_第2页
城市给水管网腐蚀机理及防护措施.pdf_第3页
全文预览已结束

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

2 0 08正 第 3期 麓 Pi pe l i ne 技 术 Te c h ni q ue 设 各 Eq ui p me n t 2 0 0 8 No 3 城市给水管网腐蚀机理及 防护措施 杨宏涛 , 丛苹, 周荣敏 ( 郑州大学环境与水利学院, 河南郑州4 5 0 0 0 1 ) 摘要: 针对给水管道腐蚀的危害性, 从给水管网腐蚀机理出发, 提 出可通过提高出厂水质、 加强管网水质监测、 采用非 金属管材、 管道涂衬、 阴极保护、 加缓蚀剂、 高压水射流清洗等措施, 控制给水管网的腐蚀, 以提 高给水管网的水质, 防止管 网水质 的二 次污染。 关键词: 给水管网; 腐蚀机理; 措施 中图分类号: T U 5 0 3 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 0 8 ) 0 3 0 0 5 0 0 2 M e c h a ni c s o f Co r r o s i o n o n Pi pe Ne t wo r ks o f W a t e r S up pl y a nd Pr e v e nt i o n M e a s ur e s YANG Ho n g t a o , C ONG P i n g , Z HOU Ro n g rai n ( S c h o o l o f E n v i r o n me n t a n d Wa t e r C o n s e r v a n c y o f Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y, Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Ag a i n s t t h e h a r mf u l n e s s o f t h e c o r r o s i o n s o f p i p e n e t wo r k s f o r wa t e r s u p p l y , i t p u t s f o r w a r d ma n y me a s u r e s f r o m t h e a ng l e o f me c h a n i c s o f c o rro s i o n, s uc h a s i mpr o v i ng t h e q u a l i t y of wa t e r,r e i n f o r c i ng t he wa t e r q ua l i t y mo ni t o r i n g of p i pe n e t wo r k s, u s i n g n o n m e t a l p i p e s , p a i n t c o a t ,c a t h o d i c p r o t e c t i o n , a n d p ip e w a s h i n g , t o r e d u c e t h e c o rr o s i o n a n d u p g r a d e t h e q u a l i t y o f w a t e r s u p p l y a n d p r e v e n t s e c o n d a r y wa t e r p o l l u t i o n Ke y w o r d s : p ipe n e t w o r k s of w a t e r s u p p l y ; m e c h a n i c s o f c o rr o s i o n ; m e a s u r e s 0 引言 管道腐蚀是造成管网水质二次污染的主要原因, 不仅可能 导致管网水的浊度、 色度、 细菌种类和数量、 有毒重金属含量等 水质指标恶化, 而且可能引起管壁变薄及穿孔漏水 , 缩短管道 使用寿命 , 降低管道输水能力和增加输水能耗等 。从引起管 道腐蚀的机理出发, 提出通过采取防腐措施, 可有效防止供水 管网腐蚀的形成, 提高给水管网水质。 1 给水管道的腐蚀机理 1 1 电化学腐蚀 金属管道的内腐蚀首先是电化学腐蚀 的过程, 并受阴极过 程控制 。以钢管为例, 阳极过程中, 铁以离子形式进入水中, 同时将电子留在金属中; 水中 H 和氧吸收电子被还原而产生 吸氧或 析 氢腐 蚀。在管 壁 生成 F e( O H) : , 进一 步 氧化 成 F e ( O H) , 附着于管壁面。主要的反应式如下: F e F e 。 +2e一 0 502+H20 +2eu 20H 一 2 H +2eu H2 F e +2 0H一 一 F e ( 0 H) 。 4 F e ( o H) 2 + 0 2 + H 2 0 F e ( O H ) 3 1 2 微 生物腐蚀 给水系统存在铁细菌、 硫酸盐氧化( 还原 ) 菌、 黏液异养菌 群、 硝酸盐氧化( 还原) 菌等微生物 , 它们往往直接参与和干扰 腐蚀过程 , 形成微生物腐蚀, 其中最常见的是铁细菌和硫酸盐 氧化( 还原) 菌和黏液异养菌群。 收稿 日期 : 2 0 0 71 1 2 8 收修改稿 日期 : 2 0 0 71 20 5 铁细菌是一种特殊的营养菌类, 它依靠铁盐的氧化, 以及 在有机物含量极少的清洁水中, 利用细菌本身生存过程 中所产 生的能量而生存。由于铁细菌在生存期间能排出超过其本身 体积 4 9 9 倍的 F e ( O H) , 所以有时能使水管严重堵塞; 另外, 铁 细菌又常在管内壁附着生长形成结瘤 , 形成氧浓差局部腐蚀。 常见的参与金属腐蚀的铁细菌为: 嘉氏铁柄杆菌属 G a l l i o n e l l a、 铁细菌属 C mo t h r i x 、 纤毛菌属 L e p t o t h r i x 、 球衣菌属 S p h a e rot i l u s 及鞘铁细菌 S i d e r o c a p s a 不同属的铁细菌其特性不同, 适宜的生 长条件及影响因素各有差别 , 因此, 需要对不同管路进行针对 性的研究, 有针对性地提出腐蚀控制策略。 硫酸盐氧化( 还原) 菌一种腐蚀性很强的厌氧细菌, 它常存 在于管内壁上, 在没有氧气的条件下 , 在金属管道电化学过程 中主要在阴极起极化剂作用 , 能反硫酸盐还原成硫化物, 这样 就加快了管道的腐蚀结垢速度。据报道 , 在铁、 硫细菌参与 下的腐蚀速度会增大 3 0 0 5 0 0倍。 黏液异养菌群主要是通过菌群的代谢形成黏泥或管垢 , 为 硫酸盐还原菌提供厌氧环境 , 同时可降低水质或造成管道堵 塞。在各个领域有报道的黏液异养菌包括节细菌属 A r t h r o b a c t e r 、 奈瑟氏球菌属 N e i s s e r i a 、 芽孢杆菌属 B a c i l l u s 、 黄杆菌属 F l a - v o b a c t e r i u m、 不动细菌属 A c i n e t o b a c t e r 、 库特氏菌属 K u r t h i a、 微 球菌属 Mi c r o c o c c u s 、 葡萄球菌 属 S t a p h y l o c o c c u s 、 棒状 杆菌属 C o ryn e b a c t e r i u m 真菌包括镰孢属 F u s a r i u m、 毛霉属 Mu c o r 、 青霉 属 P e n i c i l l i u m、 曲霉属 A s p e r 6 1 1 u s 、 黏帚菌属 G l i c l a d i u m、 链格孢 Al t e r na r i a 1 3 水质 的影 响 1 3 1 p H 值 维普资讯 第 3期 杨宏涛等: 城市给水管网腐蚀机理及防护措施 5 1 p H值呈中性时, 腐蚀速度不受 p H值影响; p H值偏酸性 时, 发生放氢反应 , 腐蚀速度加剧; p H偏碱性时, 腐蚀速度 随 p H值增加而减小。p H值发生变化时, F e ( O H ) 。 部分脱水生成 铁锈( F e O 。 H : O) 沉积于管壁, 由于 F e : O 。较松散 , 故对管壁 不会产生致密保护层。 1 3 2 水 中溶解性物质 水中溶解性固体 ( T D S ) 增加 , 其导电率增加, 局部电流也 增加, 同时腐蚀产物离开金属表面, 会导致腐蚀速度加快。水 中溶解的离子对管道的腐蚀也有影响, 其中水 中溶解的阳离子 为 c u 、 F e 等氧化性重金属离子时, 则对阴极极化过程有害; 而 c a 、 z n 、 F e 则产生防蚀作用。如果水中含 C a 、 Mg 盐较多, 由于水中的重碳酸钙在钢表面形成碳酸钙膜, 阻止了 溶解氧的扩散, 所以腐蚀性小。c l 一 等卤族元素是产生点蚀和 应力腐蚀的原因之一, S O ;或 N O 3-比 c l 一 影响小, P O ; 一 、 s i o ; 等有缓蚀作用。另外 , 水中溶解氧的消耗也会加快管道的腐蚀 速度。 1 4流速的影响 腐蚀速度开始随流速增加而增加, 这是由于管壁表面溶氧 增多 , 加快阴极吸氧速度。当流速增加到一定程度 , 氧到达管 表面的速度可建立起氧化条件, 使钢铁钝化, 腐蚀速度急剧下 降。直到流速增加到更高, 出现机械破坏表面保护层, 腐蚀速 度重新增加。 1 5 温度的影响 研究表明: 在敞口体系中, 温度在到达 8 0前 , 腐蚀速率 随温度升高而增加, 后又逐渐降低; 而在封闭系统中, 腐蚀速率 随温度升高而不断增加。 2 给水管道腐蚀 的防治措 施 2 1 提高 出厂水质 提高出厂水质是控制给水管道腐蚀的根本途径 J 。每种 水都具有腐蚀性 , 其强弱与水的理化特征和所接触材料的表面 性质有关。一般情况下, 与水质恶化有关的腐蚀主要受生物过 程调控 , 可对消毒工艺和消毒类型进行调整。氯仍是 国内主要 的消毒剂, 在使用氯进行消毒处理时, 应注意两种错误的倾向: 一 些水厂没有对 出厂水进行消毒 , 因此即使出厂水质较好, 管 网水质也很难保证 , 有些水厂加氯量偏大 , 虽然加氯量越多, 消 毒效果越好 , 但是加氯量越多, 副作用也越大, 因此应该避免。 2 2 加 强管网水质 监测 建立管网腐蚀监测系统有利于尽早发现和预报水质恶化 情况, 便于水厂和用户采取对策 ; 收集和积累水质的基本运行 数据, 为水厂的运行管理提供理论依据, 为水系统内腐蚀 的控 制研究提供试验数据。有关资料表明 : 影响水的腐蚀性指标 通常有 p H值、 碱度、 硬度和溶解性的固体 , 这些参数用于计算 腐蚀指数( 例如 l J I 指数、 c I 指数、 A I 指数), 分析水的腐蚀性。 因此, 可根据原水水质和管材选择确定水质分析项 目。例如 , 铸铁管和球墨铸铁管及钢管测定 F e 、 Mg 、 D o 、 色度、 导电率、 p H、 碱度、 硬度 ; 凝土管和石棉水泥管测定导电率 、 p H、 碱度和 c a硬 度, 石棉水泥管测石棉纤维。 2 3采用非金属管材 预应力或自应力钢筋混凝土管、 聚氯乙烯( P V C )管、 P V C 管的衍生品硬质聚氯乙烯( U P V C) 管、 玻璃钢 聚氯乙烯( F P R P V C ) 复合管、 玻璃钢 聚丙烯( P E P P P ) 复合管等塑料管 , 具有 质量轻、 耐腐蚀、 管壁光滑、 水流阻力小、 防垢等优点, 建议在室 内管道和管网末端大量采用。最近, 中、 高密度聚乙烯塑料管 也在国外广泛使用。它比一般的聚氯 乙烯管强度更好, 可耐腐 蚀和防止内部结垢 , 造价比钢管低。这种管材施工多用焊接, 可以连接很长, 有的连成 3 k m长再敷到沟内。 2 4 管道涂衬 对于一些有轻微腐蚀和结垢的管道, 定期安排进行管道冲 洗、 消毒 , 冲洗后进行涂衬 , 以减缓管道腐蚀的速度; 对于新敷 设的管道, 一次性处理后可大大延长使用寿命。管道常用附加 内衬的方法主要有两种类型: 水泥砂浆衬里和环氧树脂涂衬。 2 4 1水泥砂 浆衬 里 水泥砂浆衬里是在管道的内部喷涂砂浆, 靠 自身的结合和 管壁的支托 , 结构牢靠。它的粗糙系数比金属小, 对管壁能起 到物理性能保障, 同时也能起到防腐的化学性能。水泥与金属 管壁接触 , 能形成很低的p H值。 2 4 2环氧树脂涂衬 使用环氧树脂和硬化剂混合后的反应型树脂 , 可以形成快 速、 强劲、 耐久的涂膜, 它具有耐磨性、 柔软性 、 紧密性。喷涂 0 5 1 m m厚即可达到防腐要求, 经 2 h的养护后便可投入清 洗 、 排水 。 2 5 阴极保护 阴极保护是保护水管的外壁免受土壤侵蚀的方法。根据 腐蚀电池原理 , 两个 电极 中只有阳极金属发生腐蚀, 所以阴极 保护的原理就是使金属成为阴极, 以防止腐蚀。 2 5 1 消耗 阳极 材料法 如使用 A 1 、 Mg 、 Z n等, 隔一定距离用导线连接到管线( 阴 极) 上, 在土壤中形成电路 , 结果是阳极腐蚀 , 管线得到保护 , 如 图 1所示 。 、Ms 、 z n等阳极材料 图 1 不用外加 电流的 阴极保护法 2 5 2通入 直流电法 在管线附近的废铁和直流电源的阳极连接, 电源的阴极接 到管线上, 因此可防止腐蚀 , 在土壤电阻率高( 约2 5 0 0 1 2 c m) 或金属管外露时使用较宜, 如图 2所示。 一 图2应用外加 电流的阴极保护法 2 6 加缓蚀剂 主要是在金属表面形成一层薄膜 , 将金属( 下转第6 2页) 维普资讯 6 2 Ma y 2 0 0 8 廉小 恳 流量 ( r n e h 一 ) 流量 , ( m h ) 图 3 未熟化聚合物 混合液流 图 4 未熟化聚合 物混合 液流 经普 通 钢管 起 、 终 点黏 经塑料 合 金 复合 管 起 、 度对 比图 终点黏 度对 比图 聚合物溶液在普通钢管中的黏度平均损失率为 3 2 8 , 存 在流量大( 即流速大) 黏度损失高的变化趋势。 ( 2 ) 未熟化的聚合物混合液无论在普通钢管还是塑料合金 复合管的流动过程中, 其黏度均没有降低 , 反而增高, 如图3 、 图 4所示 。 说明聚合物溶液在管道流动中确实存在熟化现象。可能 是管道中的机械剪切转变成促进聚合物进一步溶解的搅拌动 力, 促使聚合物溶液在管道中熟化。 通过实验可以发现, 聚合物混合液在管道 中黏度的增加 比 例随管中流量的增加而增加, 但管道中的机械剪切作用存在正 负不同影响关系, 随着流量增加, 这种 由机械剪切转变成聚合 物溶解搅拌动力, 有可能成为聚合物溶液降解机械剪切力, 由 于实验设备限制, 未能测到其拐点, 其流量的影响关系有待于 进一步探讨。 4 结束语 实验说明了管道中的机械剪切作用对于聚合物溶液存在 正负影响关系, 在 3次采油实际生产中, 将对聚合物溶液的降 解机械剪切力转化为促进聚合物进一步溶解的搅拌动力, 促使 聚合物溶液在管道中熟化, 对 3次采油实施低成本、 高水平、 高 效益、 可持续发展具有重大意义。 实验证明了采用管道熟化的可能性, 但聚合物溶液管道熟 化技术参数、 熟化工艺流程则有待进一步研究。 作者简介: 倪玲英( 1 9 6 4 一 ) , 教授 , 从事教学和油气田开发科研工作。 ( 上接第5 1页) 表面覆盖起来 , 从而与腐蚀介质隔绝, 防止金属 腐蚀。缓蚀剂所形成的膜有氧化物膜、 沉淀物膜和吸附膜 3种 类型。已经应用的有氧化物型缓蚀剂、 水中离子型缓蚀剂和金 属离子沉淀膜型缓蚀剂。 2 7 高压水射流清洗 目前 , 多采用高压水射流对管网进行周期性清洗 , 高压水 射流清洗原理是用高压泵打出高压水 , 并使其经水管到达喷嘴 再把高压力低流速的水转换为低压力高流速的射流 , 以其很高 的冲击动能 , 连续不断地作用在被清洗表面 , 从而使垢物脱 落, 恢复管道通水能力, 抑制腐蚀发生, 实现高效、 节能的清洗 效果 。 3 结束语 由于影响管道腐蚀的环境因素很多 , 不同的防腐蚀技术有 各 自的使用条件和局限性。在工程实际中应当针对不同给水 管道的实际情况和技术经济条件 , 选用经济、 简单有效的防腐 技术。为了进一步寻求新型高效的给水管道防腐技术与方法, 有待于进行更深入的管道腐蚀机理研究与探索。 参考文献 : 1 任基成, 费杰 城市供水管网系统二次污染及防治 北京: 中国建 筑工业 出版社 , 2 0 0 6 2 伊学农 , 任群 , 王 国华 , 等 给水 排水管 网优化工程 设计与运 行管 理 北京 : 化学工业 出版社 , 2 0 0 6 3 朱云巧 试论给水管道腐蚀的防治 中国科技信息, 2 0 0 5 ( 1 8 ) : 1 1 4 4 S I N G L E Y E J T h e s e a r c h f o r a c o r r o s i o n i n d e x A WWA , 1 9 8 1, 7 3 ( 1 1 ): 5 7 9 5 8 2 5 严 煦世 , 范 瑾初 给水 工 程 4版 北京 : 中国建 筑 工业 出版 社 , 1 9 9 9 6 秦 国治 , 田志明高压水 射流清 洗技术 及其应 用 管 道技术 与设 备 , 2 0 0 1 ( 1 ) : 3 8 4 0 7 侯广玉, 孙忠芳, 尚教庆, 等 供水管道腐蚀成因及机理分析 油气 田地面工程2 0 0 4 , 2 3 ( 8 ) : 5 45 5 8 司清华 供水管网腐蚀的原 因分析及措施 河南化工, 2 0 0 5 , 2 2 ( 6 ) : 4 1 4 2 作者简介 : 杨宏 涛( 1 9 8 2 一 ), 研究方 向为给水排水工程 。 ( 上接 第 6 0页) 2 2 力学性能 对材料进行拉伸试验, 试验方法按标准 G B T 2 2 8 -2 0 0 2 执行, 验收标准按照 D I N 1 7 2 5 -1 9 8 3执行。 2 3 外观 、 尺寸 、 形 状位 置公 差检查 对照图纸、 技术协议以及 J B T 1 0 6 1 7 -2 0 0 6要求检查。 2 4 水压试验 压力表精度等级为 1 5 ; 试验时采用有约束试验, 试验压力 0 9 6 MP a ; 水中 C l 一 含量不超过2 5 m g L ; 保

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论