劉宏亮，王 運，林英姿

（1.吉林建筑大學(xué)松遼流域水環(huán)境教育部重點實驗室；2.吉林建筑大學(xué)城市水資源與水環(huán)境修復(fù)工程實驗室；3.吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，長春130118；4.長春水務(wù)集團有限責(zé)任公司，長春130012）

0 引言

給水管網(wǎng)是給水設(shè)施中重要的組成部分，但由于管道內(nèi)壁及外壁被腐蝕，致使水體中的微生物和細(xì)菌總數(shù)、濁度、色度、TOC、總鐵、錳和一些有機物等含量升高，嚴(yán)重影響了供水水質(zhì)安全。通過了解管道產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象的機理，我們可以采取一些相應(yīng)的防腐措施，有效地控制了給水管網(wǎng)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，不但可以提高供水水質(zhì)安全，而且可以達(dá)到節(jié)省運行費用的目的。

1 管道腐蝕的分類

按照給水管網(wǎng)腐蝕產(chǎn)生的機理，腐蝕現(xiàn)象可分為微生物腐蝕、化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。僅僅由于化學(xué)作用引起的腐蝕稱為化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指金屬材料與電解質(zhì)溶液接觸，通過電極反應(yīng)產(chǎn)生電流而產(chǎn)生的腐蝕［1］。金屬管道腐蝕過程中，化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕多是共同作用的。而微生物腐蝕是因為給水系統(tǒng)存在鐵細(xì)菌、硫酸鹽氧化（還原）菌、黏液異養(yǎng)菌群、硝酸鹽氧化（還原）菌等微生物，它們往往直接參與和影響腐蝕過程，形成微生物腐蝕，其中最常見的是鐵細(xì)菌和硫酸鹽氧化（還原）菌［2］。鐵細(xì)菌能吸收亞鐵鹽和排出氫氧化鐵，因而會使管道形成凸起物，造成結(jié)瘤。硫酸鹽還原菌在厭氧條件下可把硫酸鹽還原成硫化物，加快了管道腐蝕結(jié)垢的速度。

影響電化學(xué)腐蝕的因素有很多，如鋼管和鑄鐵管被氧化時，管壁表面可生成一層氧化膜，腐蝕的速度因氧化膜的作用將會越來越慢，有時甚至可保護金屬不再被進一步腐蝕。但是氧化膜必須在完全并且牢固地覆蓋在管壁上，同時沒有透水微孔的條件下，才能對管壁起到保護作用。同時水中的溶解氧可引起金屬腐蝕，水中含氧量越多，腐蝕越嚴(yán)重。水的pH值明顯影響金屬管的腐蝕速度，pH值越低腐蝕越快，中等pH值時并不影響腐蝕速度，而pH值高時因金屬管表面形成保護膜，腐蝕速度減慢。水的含鹽量對腐蝕的影響是含鹽量越高則腐蝕越快。

2 管道防腐的影響因素

許多物理、化學(xué)和生物因素都會影響管道腐蝕的產(chǎn)生及腐蝕速度。一些因素在其他條件作用下，能夠加快腐蝕速度，因此控制影響因素能夠較好地減少腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。影響作用最顯著的有流速、溫度、pH值、堿度、溶解氧等因素。

（1）流速：較高的流速可以加快管壁傳質(zhì)速率，增加溶解氧轉(zhuǎn)化速率進而增強腐蝕，或者加速形成保護垢層而阻止腐蝕。滯水狀況也會激發(fā)鑄鐵管道的借點腐蝕或斑點腐蝕。

（2）溫度：腐蝕會隨著溫度的升高而加速。然而溫度高時，碳酸鈣會在管壁上沉積形成保護膜，影響了供水能力。

（3）pH值：pH值與水中氫離子活度有關(guān)，腐蝕反應(yīng)中，氫離子作為電子的接受體，pH值低會使腐蝕過程加速。當(dāng)pH值低于5時，銅和鐵腐蝕的很快。pH值大于9時，這兩種金屬通常不發(fā)生腐蝕。

（4）堿度：堿度主要由碳酸根離子和重碳酸根離子形成，它為水中pH值的改變提供了緩沖能力。同時，它還有助于在管道壁上形成具有保護作用的金屬碳酸鹽，防止管道水泥襯里或石棉水泥襯里中鈣的溶解。

（5）溶解氧：氧是電化學(xué)中重要反應(yīng)組分，它可以接收金屬釋放的電子，成為腐蝕電池的正極；同時與陰極釋放出來的氫反應(yīng)，防止氫的聚集，而這種聚集可能阻礙反應(yīng)的進行。氧還會與腐蝕產(chǎn)生的溶解性亞鐵離子發(fā)生反應(yīng)，生成不溶性氫氧化鐵。水中溶解氧體積分?jǐn)?shù)越高，其擴散動力越大，單位時間內(nèi)被腐蝕掉的金屬管道就越多。Sarin和Schock等人［3－5］認(rèn)為當(dāng)管網(wǎng)水中溶解氧體積分?jǐn)?shù)較高時，有利于無內(nèi)襯的鑄鐵管中的鈍化膜的形成；而氧化劑體積分?jǐn)?shù)較低時，根據(jù)Kuch機理［6］，致密層將會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生裂隙，F(xiàn)e2＋就會釋放到水中，被溶解氧氧化成Fe3＋，進而管道被腐蝕。

（6）總?cè)芙庑怨腆w：總?cè)芙庑怨腆w越多，體積分?jǐn)?shù)越大，導(dǎo)電率越高，造成電子流動性越大，促進電化學(xué)腐蝕。

（7）硬度：硬度表示水中鈣鎂離子的數(shù)量。離子體積分?jǐn)?shù)越高導(dǎo)電率越高，電子流動性越大，越易腐蝕。

（8）細(xì)菌：附著在管壁上的微生物細(xì)菌會改變水的pH值，還會產(chǎn)生加劇電化學(xué)腐蝕的溶解氧。鐵細(xì)菌產(chǎn)生不溶性氫氧化鐵，沉積在管壁上形成突起；硫酸鹽還原細(xì)菌可以產(chǎn)生硫化氫，繼而生成硫酸，加劇腐蝕。

3 管道防腐的措施及方法

管道外防腐的方法通常可分為兩大類：電化學(xué)防腐蝕法，覆蓋防腐蝕法。兩種方法既可單獨使用，又可結(jié)合起來使用。

3.1 覆蓋防腐蝕法

采用覆蓋防腐蝕法進行防腐時首先要對管道外表面進行清潔處理，清潔處理可采用機械或化學(xué)處理的方法。機械處理可采用擦銹處理或噴砂處理。前者是最簡單的方法，通常用于施工現(xiàn)場管道接口部位防腐前的處理。后者是用壓力約0.4MPa以上的空氣將鋼砂等研磨材料噴射到管道表面的方法?；瘜W(xué)處理可采用酸洗法或脫脂法。酸洗法是指使用硫酸、鹽酸等酸溶液溶解管外壁的氧化層、鐵銹的方法。若將金屬管壁上的油脂去除則成為脫脂法。

金屬管道的表面經(jīng)過處理后即可涂防腐層，使管材表面與外界環(huán)境隔離，從而達(dá)到防腐的目的。埋地的鋼管應(yīng)根據(jù)周圍土壤腐蝕性的不同，選用正常防腐層、加強防腐層或特強防腐層。防腐涂料有聚氨酯石油瀝青、煤焦油磁漆、石油瀝青、煤焦油瀝青、水泥砂漿、環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧粉末及內(nèi)襯涂料等?，F(xiàn)階段應(yīng)用較多的材料為塑化瀝青軟膠帶、環(huán)氧樹脂粉末、環(huán)氧煤瀝青和石油瀝青。

塑化瀝青軟膠帶，以塑料及編織袋為基板包以改性塑化瀝青制成卷材，分熱纏、冷纏兩種。熱纏在使用時用噴燈在卷材上噴烤使瀝青溶化，氣溫低時對管身局部噴烤然后纏包。冷纏則不必加溫，對環(huán)境無污染。

環(huán)氧樹脂粉末是一種比較典型的熱固性材料，未交聯(lián)的環(huán)氧樹脂成熱塑性，性能相對較差。但加入了固化劑交聯(lián)固化之后，便能夠獲得較好的性能。環(huán)氧樹脂熔融狀態(tài)下黏度低，表面順滑，涂層致密并無氣孔，防腐蝕性比較強。由于環(huán)氧樹脂內(nèi)的烴基對被涂物附著力好，涂層黏結(jié)力高，另外涂膜硬度高，耐劃傷性、化學(xué)穩(wěn)定性也很好，所以同其他粉末涂料相比，防護性能最好［7］。

環(huán)氧煤瀝青的性能優(yōu)于普通石油瀝青，其具有涂層致密，耐潮濕、耐鹽堿、耐海水、與金屬黏結(jié)好等優(yōu)點［8］，但受紫外線照射作用后容易在涂層的表面發(fā)生粉化。

采用石油瀝青進行防腐具有較好的黏結(jié)性、絕緣性和不透水性，并且可以耐多種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，原料來源廣、成本低、技術(shù)成熟，是我國普遍采用的一種外防腐層。一般給水管道中鑄鐵管和球墨鑄鐵管的外壁均已涂瀝青防腐層。

3.2 電化學(xué)防腐蝕法

3.2.1 排流法

當(dāng)金屬管道遭受來自外界雜散電流的電化學(xué)腐蝕時，管道的腐蝕處于陽極電位。若在該處管道和電源之間用低電阻導(dǎo)線連接起來，使散雜電流不經(jīng)過土壤而直接回到變電站去，就可以防止腐蝕，這就是排流法，排流法適用于距離變電站較近的金屬管道。

3.2.2 陰極保護法

由于電化學(xué)腐蝕過程中只有陽極才受到腐蝕，因此陰極保護法就是使管道成為陰極來防止腐蝕。此法分為外加電流法和犧牲陽極法。

外加電流法是將廢鐵等埋在金屬管道附近作為陽極，與直流電陽極相連，電源的陰極接在管線上從而使被保護的管道成陰極。此法在土壤電阻率較高或金屬管道外露時使用較為適宜。犧牲陽極法是用比金屬管道電位低的金屬材料作為陽極，用導(dǎo)線把陽極與管道相連接，利用兩種金屬之間的電位差產(chǎn)生防腐蝕電流的一種方法，犧牲陽極法適用于電位高于鎂、鎂鋁合金的金屬管道防腐中。

4 結(jié)語

在給水管網(wǎng)中完全消除腐蝕是很困難的，現(xiàn)有技術(shù)通常是減少或抑制腐蝕?？刂聘g最有效的方法是調(diào)整水質(zhì)、添加保護性防護層及替換成抗腐蝕的管材。同時正確解決管道內(nèi)的沉積銹蝕，利用管道刮管與涂襯技術(shù)是改善供水管網(wǎng)安全供水條件的重要措施。

［1］馬立艷.給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［2］趙云梅.地下給水管網(wǎng)防腐處理措施研究［J］.科技資訊，2010（1）：137.

［3］Sarin P，Snoeyink V L，Bebel J，etc.Physical－chemical characteristics of corrosion scales in old iron pipes［J］.Water Research，2001，35（12）：2961－2969.

［4］Sarin P，Jonathan A Clement，Vernon L Snoeyink，etc.I－ron release from corroded，unlined cast－iron pipe［J］.A－merican Water Works Association，2003，95（11）：85－96.

［5］Schock M R.Internal corrosion and deposition control［M］.McGraw Hill Inc：Water Quality and Treatment 5thEdition，AWWA，1999.

［6］Kuch A.Investigations of the reduction and re－oxidation kinetics of iron （Ⅲ）oxide scale formed in waters［J］.Corrosion Science，1988，28（3）：221－231.

［7］高莉敏.油氣集輸管道防腐涂層研究［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，1997，5：7－12.

［8］胡士信，董旭.我國管道防腐層技術(shù)現(xiàn)狀［J］.油氣儲運，2004，23（7）：4－8.