金属管道的腐蚀及防腐对策.pdf

金 属 管 道 的 腐 蚀 及 防 腐 对 策 成纯赞 湖南省第六建筑工程公司 长沙 410007 摘要 介绍了金属管道腐蚀的危害及实例 简述了化学腐蚀 电化学腐蚀和由于安装原因造成 的管道腐蚀 提出了覆盖层保护法 加强运行维护管理和精心施工 合理选用管材管件等防腐措施 关键词 金属管道 化学腐蚀 电化学腐蚀 防腐 1 金属管道腐蚀的危害 金属及金属管道腐蚀是一个世界性的问题 用 于建筑设备配管的金属管道由于直接接触各种易产 生腐蚀的介质 其腐蚀问题尤为突出 建筑设备配 管的金属管道按材质分主要有钢管 含镀锌钢管 铸铁管 不锈钢管 铜管 铝管等 按用途分有生活 生产的冷 热给水管 蒸汽及其它气体 污废水排水 凝结水 消防给水管等 因钢管的用量最大 最容易 腐蚀 本文将予以重点讨论 111 金属管道腐蚀程度的鉴别方法 可用表 1来表述 指安装前内外壁检查 112 金属管道的腐蚀及其使用寿命 腐蚀将严重影响金属管道使用寿命 随着时间 的推移 金属管道的腐蚀是不可避免的 即使做了 表 1 金属管道腐蚀程度鉴别方法 腐蚀程度表面情况颜色 去锈工具及方法 去锈后表面状况 钢 材 轻锈 浮锈 呈 较 均 匀 细 粉末 黄或 淡红 用粗布或棕刷 轻微损伤氧化膜 中锈 迹锈 呈粉末状 红褐 淡赭 硬棕刷 钢丝刷 部分氧化膜脱落 表面粗糙或锈眼 重锈 层锈 片 状 锈 层 或 凸起锈斑 暗褐 红黄 硬钢丝刷 钢丝刷 呈现麻坑 水渍 受雨 海 水侵 蚀呈水纹印迹 灰黑 暗红 麻布 轻者无 锈痕 重 者有印痕 铜 材 水纹印 呈 平 滑 水 纹 状暗印 褐色麻布留平滑印痕 迹锈 呈 不 平 或 平 水纹 黑 浅绿 粗麻布 棕刷稍呈粗糙 绿锈 凸 起 成 斑 点 或层状 深绿硬棕刷呈麻坑 锌 铝 材 白浮锈呈细粉末白用布 留有平滑暗灰色 锈印 白迹锈有斑点或水纹白用布稍呈粗糙 白重锈凸起白麻布呈现小坑 防腐涂层 其涂层也会逐渐老化而丧失其防腐蚀性 能 金属管道的腐蚀有多方面因素 主要原因可用 表 2 来表述 表 2 金属管道腐蚀的主要原因 主 要 原 因相 关 因 素 材料的性能管道 管件的材质 设计选用标准配管方法和防腐措施 施工及验收标准施工方法和质量监督验收 维护及检修标准运行维修管理及实施 运行条件管内流体性状 环境影响 建筑物条件配管位置 建筑物用途 我国目前尚未对设备管道的使用年限作出规 定 而使用年限的概念对于设计 施工和运行维修 人员来说是很重要的 现将日本耐久委员会有关标 准摘编为表 3 管道的实际耐用年限 Y 可按下式求得 Y YBA B C D E F 式中 YB 管道的标准耐用时间 a A 配管方法系数 例如螺纹连接为 017 表 3 建筑设备管道的标准耐用时间 YB 年限 介质 管材 给水热水排水冷却水 蒸汽 凝结水 消防水 油类 铸铁管6060 普通镀锌钢管202020 无缝镀锌钢管2020301530 无缝钢管20202020 聚氯乙烯内衬钢管403030 不锈钢管3030302030 铜管30203060 硬聚氯乙烯管40404040 注 单位为 a 给水排水 Vol130 No111 200493 B 设计标准系数 良好设计为 112 一般设 计为 1 不良设计为 018 C 施工标准系数 精心施工为 112 一般施 工为 1 不良施工为 018 D 维修标准系数 进行水处理为 112 定期 维修为 1 不维修为 018 E 用水量系数 正常水量为 110 水量过多 为 018 F 场地和环境系数 条件特差水质为 018 地下埋设时 一般地区普通水质为 110 一般地区特差水质为 018 地区及水质 皆差时为 016 113 管道腐蚀实例及分析 从笔者参与的对金属管道及容器的拆装 维修 和用户回访情况看 腐蚀是普遍存在的 其程度与使 用年限 材质优劣 施工及维修质量 安装环境等均 有密切联系 使用年限超过 10 年的镀锌给水管 管内壁普遍 出现锈蚀 热水管尤为严重 螺纹接头处严重被蚀至 折断 镀锌不良 俗称冷镀锌 的管道使用不到 3 年 即到处穿蚀漏水 不得不更换 有的未做相应处理 管内壁锈蚀及结垢严重 有的维修管理无人过问 管 壁层锈成块状脱落 阀门开关不灵 直等到系统无法 运行时才进行大修 有的管道长期处在恶劣环境中 受腐蚀而不加保护 大大降低管道使用寿命 有一实 例是对安装仅 2 年的消防给水钢管进行改造 在放 水拆除时 排出的水呈黑色 经冲洗 015 h 后 水才 开始清澈 可见锈蚀之严重 总的看来 钢管腐蚀最严重 镀锌钢管略有改 善 铸铁管有不同程度腐蚀 但比钢管要好 铜管及 不锈钢管 少量 多为运行管理人员重视 经常擦拭 表面很少见腐蚀 但在小型冷库的铜管曾发现有绿 色锈斑 显然与维护不良有关 日本的石田繁夫曾对 84 个工程实例的各种管 道设施的腐蚀情况作过详细调查 其中有不同工程 办公楼 商店 住宅 旅馆 医院 工厂 银行 新闻 社 不同管材 钢管 镀锌钢管 铸铁管 不锈钢管 铜管 塑料管 和不同介质 冷 热水 冷却水 蒸汽 凝结水 排水 结论是 金属管道腐蚀普遍存在 他 指出 这都是一些失败的例子 但就是现在 我们 仍有这一类过失 0言外之意是 人们尽管在千方百 计防止金属管道腐蚀 但要完全消除腐蚀 至少现在 还不可能 将石田繁夫调查的情况作一分析 对认识管道 腐蚀还是有一定帮助的 现在按不同管材来加以综 述 1 镀锌钢管从使用 1 年到 17 年的 共 10 例 均有不同程度腐蚀 其中有 1 例埋地安装仅 1 年就 因局部腐蚀而穿孔 装在室内的消防管 因使用频率 不高 内壁锈蚀严重 出现瘤状物 但未穿孔 2 钢管从使用 6 个月至 18 年的 5 例 内壁均 全部腐蚀 其中 1 例为使用 18 年的蒸汽凝结水管 管壁明显减薄 另 1 例使用 6 个月的冷却水管在水 泵吸入侧的内壁全部出现黑色腐蚀 且有剥离 3 铸铁管用于冷却水 1 例 使用 6 个月 外观 未见异常 内壁有黄色结晶物 这是排烟中的 SO2 溶于水中所致 4 铜管 13 例 运行时间从 3 个月到 16 年 3 个 月 多数为冷热水给水管 其中 1 例 2 年 10 个月的 黄铜管因脱锌而产生腐蚀 立管因应力破裂而漏水 一例运行到 6 年 因脱锌腐蚀而折损 紫铜管 6 例 使用 9 年到 16 年 出现不同程度不同深度方向腐 蚀 或受重复应力破损而出现漏水部位 青铜管用于 给水隔屏时 运行 5 个月 出现溃蚀 5 不锈钢水管 水槽及水箱 6 例 运行 9 个月 至 2 年 6 个月 其中运行 1 年至 2 年 6 个月的水槽 在气层部位有因残氯蒸发而引起腐蚀 9 个月至 1 年的热水管法兰盘出现应力裂缝漏水和小孔腐蚀 114 金属管道腐蚀的危害 1 管壁厚度减薄 降低了管道的承压能力 严 重时会低于设计压力 产生爆管 带来严重后果 2 管内壁沉积锈蚀物或结成瘤状物 增大管内 壁的摩阻系数 减少管道的有效截面积 降低流量 3 管道锈蚀穿孔时 导致介质外流 造成污染 并产生经济损失 4 严重锈蚀系统会造成阀门 水泵 减压阀等 过水设施出现渣滓沉积卡堵 导致系统不能正常运 行直至瘫痪 消防系统的消火栓可能打不开 自动 喷淋头可能被堵死或喷水强度大大减小 不能达到 灭火效果 94 给水排水 Vol130 No 111 2004 5 严重锈蚀系统不但影响生产生活的正常进 行 还会损失工料 破坏建筑构件及装修 造成经济 损失 必须拆除更新 6 给水管道系统腐蚀时 会污染甚至严重污染 水质 影响使用 危害人体健康 用于生产时 会对产 品产生不利影响 2 金属管道腐蚀的原因 金属腐蚀是指金属与周围接触到的气体或液体 进行化学反应而腐蚀的过程 基本上可分为化学腐 蚀和电化学腐蚀两大类 此外 还有冲蚀 介质温度 影响和生物腐蚀等 本文不作讨论 211 化学腐蚀 指金属单纯由于化学作用而引起的腐蚀 例如 金属在干燥空气中或非电解质溶液 酒精 汽油 苯 等 中的腐蚀 例如铁在高温下跟氧气直接反应产 生氧化铁 皮状 氯气与钢铁或其他金属直接反应 而发生腐蚀 铁 铝 锌等在干燥空气中也可被氧化 而形成一层氧化膜 铝形成的 Al2O3膜层比较致密 牢固 有一定的隔离保护作用 可防止其下层金属接 触腐蚀性物质而进一步被腐蚀 铁的氧化膜则质地 疏松 容易吸水 反而促使下层金属腐蚀 总之 化 学腐蚀的化学反应较简单 仅仅是金属跟氧化剂之 间的氧化 还原反应 212 电化学腐蚀 金属接触到电解质溶液 发生原电池效应 比较 活泼的金属原子失去电子而被氧化 腐蚀过程中有 电流产生 叫电化学腐蚀或电化腐蚀 例如 钢铁在 潮湿空气中 表面吸附一层薄薄的水膜 纯水是弱电 解质 它能电离出少量的H 和 OH 同时由于空气 里的 CO2的溶解 使水里的 H 增多 结果在钢铁 表面形成了一层电解质溶液薄膜 它跟钢铁的铁和 少量的碳 或其它杂质 恰好构成了原电池 因此 钢铁制品的表面就形成了无数微小的原电池 在这 些原电池里 铁是负极 碳是正极 这时作为负极的 铁就失去电子而被氧化 Fe 2e Fe2 在正极 溶 液里的H 得到电子而被还原 最后产生氢气在碳 的表面放出 2H 2e H2 这种腐蚀通常叫析氢 腐蚀 如果钢铁表面水膜酸性很弱或呈中性 在负 极上也是铁失去电子而被氧化成 Fe2 而在正极上 主要是溶解于水膜里的氧气得到电子而被还原 Fe 2e Fe2 2H2O O2 4e 4OH 这种腐蚀叫吸 氧腐蚀 从本质上看 电化学腐蚀和化学腐蚀都是铁等 金属原子失去电子而被氧化的过程 而电化腐蚀过 程伴有电流产生 化学腐蚀过程却没有 在一般情况 下 两种腐蚀往往同时发生 造成电化学腐蚀的外 因主要是大气中的二氧化碳 二氧化硫 氨 氧等成 分及材料表面的灰尘 锈蚀伤痕等 内因则是金属 材料的电位不同 化学成分及材料内部的组织的不 均匀性等 此外 相对湿度的因素也很重要 当达到 金属材料内部临界湿度时 腐蚀速度将急剧增大 钢 材的临界湿度约为 70 需要说明的是电极电位 高的银 铜等 不易失去电子变为离子 所以不易腐 蚀 锌 铬 镍等虽具有负电极电位 但在空气中能 生成具有保护作用的氧化膜 使表面的电极电位向 正的方向明显跃变 此现象叫钝化 因此也具有相 当好的耐蚀能力 不锈钢由于含有镍 铬等易于钝 化的元素 奥氏体不锈钢具有单相组织 所以耐蚀性 很好 而一般钢材 不具有均匀的多相组织 故耐蚀 能力很低 213 其它原因 1 材质不良 金相组织含有超标的杂质 或管 壁有小孔 或内壁粗糙 或镀锌 铬层附着不牢固 不 能很好地起保护作用 2 设计不良 如将室外的管道沟兼作排水沟 沟内相对湿度很高 管外壁靠地一侧经常有凝结水 给电化学腐蚀提供了有利条件 有些管道在使用后 水不能完全排空 在管壁 空气 水三者同时接触处 的界面电化学腐蚀严重 有的立管穿过污水或小便 槽 同样存在此弊端 3 施工安装不良时 对镀锌钢管进行了套丝或 焊接 减薄了管壁及破坏了镀锌层 而又不作防腐处 理 或者没有对管道系统进行清洗或吹扫 管内存积 大量残渣和积水 为腐蚀创造了条件 4 管理维护不良 发现了锈蚀或渗漏等问题 不及时作除锈补漆和检修排除故障 或因不按时进 行巡视检查 没有及时发现被严重腐蚀的管段 导致 腐蚀加剧 产生严重后果 3 防腐对策 1 做好金属管道的防腐层处理 将管道与其所 给水排水 Vol130 No111 200495 处的外部环境隔绝 即所谓覆盖层保护法 一般管 道的防腐处理包括除油 除锈及酸洗等表面清理 然后是刷防锈漆 刮管涂衬或喷涂塑料防腐层 一 种传统的防腐涂层是沥青防腐涂料 即用冷底子油 打底 涂覆沥青后外包玻璃丝布 上面再涂沥青 俗 称 二油一布0 特需加强防腐的管段也有做 三油二 布0的 此措施多用于埋地钢管的防腐 实践证明是 有效的 此外 在管道外壁包扎塑料带防腐层 在管 壁内外涂水泥砂浆掺胶层都很经济简便 可供选用 管道因套丝煨弯 焊接而破坏了镀锌层的 要加强防 腐处理 可能时应重新镀锌 2 合理选用管材及阀件 镀锌钢管应内外热 镀锌 即浸锌 不得有脱锌 空穴锈蚀现象 埋地给 水管尽量采用铸铁管或承压塑料管 对水质要求严 格的系统要采用铜管 不锈钢管或塑料管 管件阀 件的选用应与管材配套 并能抵抗环境及介质造成 的腐蚀 例如在 CO2灭火系统或氧气系统宜采用 不锈钢阀件 3 设计时应考虑管道的外部环境和管内介质 进行合理设计 尽量避免管道穿过严重腐蚀性环境 或易受到机械损坏的场所 如大气中有较多腐蚀性 气体 管道应尽量埋地敷设 管道沟不能兼作排水 沟 并应使其气流通畅 减小管沟内湿度 对于热水 和蒸汽管道 水质要作处理 4 精心施工 严格按规范操作 管道应按规定 放一定坡度 使其能自然排空 避免沉渣积水 供水 供汽管道在验收前 应进行冲洗和吹洗保证管内清 洁 非工作状态时管内不充水或气体的管道 在冲 洗后应用压缩空气吹干 镀锌钢管的连接应首选卡 箍连接 其次才是螺丝连接和法兰连接 且在螺丝外 露处和法兰施焊处一定要加强防锈处理 镀锌钢管 不得直接焊接或在系统中采用非镀锌管件 如果钢 管规定要镀锌且必须焊接 应该在焊接拼装后再镀 锌 然后进行二次安装 不论钢管 铜管或不锈钢管 的焊接 必须遵守焊接规范 保证焊缝饱满且必须焊 透 不得在接口处的管内壁出现凹槽 因为凹槽积水 将导致腐蚀产生 5 加强运行维护管理 经常性地对管道系统 进行外观检查 发现有脱漆 锈蚀及渗漏 应及时处 理 还要执行定期全面检查维修制度 对经常充水 而不运行的水消防管道 应进行周期性试运行 以冲 洗管道 除去沉积物和保持系统通畅 以免出现火灾 时系统不能正常启动而造成严重后果 4 结语 金属管道的腐蚀及防腐对策是一个很大的课 题 本文以讨论建筑给排水金属管道的腐蚀问题为 主 对于埋地金属管道经过特殊腐蚀性地段 例如 盐碱地带 高酸性地带 适宜硫酸盐还原菌生存繁殖 地带 存在