靳勇
(山西二建集團有限公司,山西 太原 030000)
供暖管道主要用于幫助建筑物抵御冬天的寒冷溫度。雖然供暖管道在夏季會停止使用,但大部分鋪設在地下,因此無論是否處于工作狀態(tài),供暖管道仍可能面臨隨時損壞的危險,其中最嚴重的是腐蝕的威脅。
供熱管道的腐蝕會顯著增加其內壁的粗糙度,從而導致流量減少。在惡性循環(huán)中,更多的沉積物腐蝕和管道外包裝可能導致供熱管道堵塞,從而影響正常的冬季供暖。由于管道腐蝕,管道壁上沉積的壁厚很容易不均,由于壁厚減小和管道壁部分壓力不均,管道壽命縮短,從而增加了加熱期間管道破裂的風險因此,必須注意供熱管道腐蝕的危險,確保及時維護和保養(yǎng)管道。
首先,土壤對供熱管道有一定的影響。對供熱管道鋪設情況的深入分析表明,對于室外供熱管道,只要供熱管網絕緣和油漆工作順利進行,一般不會出現嚴重腐蝕問題。但是,在目前的供熱管道安裝過程中,許多供熱管道在鋪設后會在不同程度上暴露在地面上。在這種情況下,由于土壤中的雜質較多,管道容易受到一定程度的影響,從而增加了腐蝕的風險。深入分析表明,土壤對供熱管道的影響有多種表現形式:①土壤溫度。一般而言,當土壤溫度升高時,電化學反應在不同程度上加速,而電化學反應在管道中引起不同程度的腐蝕,反應加速,腐蝕速度顯提高;此外,地面溫度的升高在一定程度上影響管道的電阻率,而電阻率的變化在不同程度上影響管道的腐蝕;②土壤鹽含量。物理研究表明,土壤中鹽的存在與電導率呈正相關,因此在放置管道的位置測量鹽的存在時,管道的腐蝕速度會顯著提高;③土壤中的水和氣體含量。當管道鋪設在地下時,土壤中的鹽含量不僅會對管道產生一定的腐蝕性,而且水和氣體含量也會在一定程度上影響管道的腐蝕,土壤中的水含量與氣體含量相互作用,從而產生明顯的負關系。在這一過程中,一旦土壤中的水和天然氣含量達到相容的水平,兩者之間的腐蝕就會最大化,特別是在干燥和潮濕條件不穩(wěn)定、濕度和氣體不斷變化以及管道腐蝕急劇增加的土壤中。此外,電流可能會對加熱管道產生不同的影響。通常,如果繞著繞線的管有電力傳輸方式,則不同大小和方向的電流會顯示在樓板上;如果繞著管或接地裝置切斷電源,則大量或少量的電流也會顯示在樓板上。對這些流量進行的深入分析表明,大多數流量是連續(xù)的,有時一小部分流量相互交叉,但無論如何都會導致管道腐蝕,并影響熱水系統(tǒng)的使用壽命。
至于內部腐蝕,腐蝕的主要原因是管道內部與加熱環(huán)境之間的摩擦引起的電化學反應,盡管加熱通常是通過水或蒸汽進行的。因此,在加熱過程中,由于持續(xù)生產溶解氧,對供熱管道的腐蝕作用非常大。與此同時,由于供熱管道中溶解氧不易分散,供熱管道中溶解氧濃度增加,管道腐蝕越來越嚴重,更糟糕的是運行不正常。此外,由于供熱管道使用pH在6~9之間的工業(yè)用水,溶解在水中的氧氣增多,加速了供熱管道的腐蝕,大大縮短了其使用壽命。供熱管道中使用的加熱環(huán)境通常是熱水如果溫度過高,能量和水的氧含量就會增加,氧離子也會增加,從而有效促進鐵離子的增加,降低供熱管道中的阻力,侵蝕供熱管道。此外,在供熱管道中,熱水流量也會增加氧離子,并在一定程度上促進氧離子的傳播,形成腐蝕管道的腐蝕性物質,從而對管道的腐蝕產生一定影響。與此同時,熱水流量的速度和由此產生的腐蝕的去除加劇了供熱管道中的腐蝕。在供熱管道運行過程中,由于熱水鹽含量隨時間增加,管道內的電導率可能會提高,從而導致管道的某些腐蝕。與此同時,由于管道中存在其他溶解氣體,這些氣體在熱水管道內不斷移動,導致溶解氣體的化學變化和供熱管道的腐蝕。例如,熱水含有某些物質,如氧離子、碳離子和相應的硫化氫,因此二氧化碳,甚至某些腐蝕性化學物質,會隨著兩種電流的變化而形成,從而加劇管道中的腐蝕。
供熱管道主要由熱水供給,因此管道內水溫升高會提高反應的活化程度,從而使熱水中氧氣含量增加,金屬表面氧氣擴散加速,鐵離子擴散增加。許多實驗研究表明,溶解氧濃度保持不變,但隨著溫度升高,管道腐蝕加速,熱水的沸騰狀態(tài)是管道腐蝕最嚴重的時期。此外,熱水速度可能會影響管道的腐蝕程度。熱水流量越快,含氧離子的擴散速度就越快,水流越快,腐蝕性物質就越多,暴露了已經腐蝕的管道內壁,增加了供熱管道的腐蝕。
地面上有許多方向和大小不同的電流,可能來自電力運輸或地下電纜接地裝置。土壤中的泄漏電流通??梢苑譃橹绷麟姾徒涣麟姡@可能對供熱管道的外墻產生重大影響,甚至加劇其腐蝕,如圖1所示。
圖1 供熱管道外墻腐蝕
必須要加強供熱管道的內管道防腐蝕能力,確保供熱的水質符合規(guī)定標準,而這也是提高供熱管道防腐蝕能力最為有效的途徑。應該降低供熱水質的溶解氧濃度,并對pH進行有效地控制。熱水的溫度應該在滿足供熱需求的前提下,進行合理地控制,盡可能避免超過腐蝕臨界溫度值。當供熱系統(tǒng)停止工作時,應該對供熱管道內的熱水進行清理,避免水中的雜質在夏季供熱系統(tǒng)停止使用的期間對供熱管道造成腐蝕影響。應該加強供熱管道中水雜質等各方面參數的檢測力度,這樣可以更有針對性地對供熱管道內的腐蝕問題進行控制,可以在熱水中加入一些軟化水,也能夠起到良好的保養(yǎng)供熱管道的作用。
管道外墻養(yǎng)護措施多種多樣,有保護直埋管道、電化學養(yǎng)護技術、選擇合適的加熱參數、中國供熱管道中主要使用的垂直涂層等三種方式,管道由保護管組成在外保護管和工作鋼管焊接過程中,如果焊接不到位,容易出現腐蝕問題,當然也受環(huán)境因素的影響,因此必須在干燥環(huán)境中焊接,其次,放置管道的位置必須清潔,不能有裸露的石頭。電氣化學保存技術主要是通過陰極保護合理調節(jié)管道溫度層的溫度,即通過陰極電流穿過要保護的金屬,使金屬偏振光,使金屬偏移選擇合適的加熱參數也可以產生更好的防腐蝕效果。一般來說,當加熱系統(tǒng)的水溫超過100℃時,溫度層中的水就會流失。加熱系統(tǒng)溫度過高,管道內壁腐蝕加速,因此加熱人員應合理調整加熱參數,并在合理范圍內進行控制。
改善供熱管道的養(yǎng)護,需要提高供熱管道的使用率。①改變原有供熱管道的化學成分,優(yōu)化管道的組成,提高自身的耐蝕性;②開發(fā)了新材料,一方面有助于提高加熱性能,另一方面具有很強的耐腐蝕性能。其中,雙層融合環(huán)氧粉末技術是我國熱管研發(fā)的新方向,取得了一定的科研成果。在液體樹脂循環(huán)技術的研發(fā)領域,我們正在加大對這一領域的科學投入,努力使供熱管道新材料的研發(fā)與全球發(fā)展水平相一致。在研究和開發(fā)新材料方面,國家應提供適當的財政支助,以確保研究和開發(fā)資金仍然足以刺激研究人員的工作。
通過改變陰極情況控制管道的運行環(huán)境,并開展室外熱球保護工作。一般來說,保護陰極管道需要確保電流通過適當的陰極電流,從而使電流在金屬上兩極分化,在這種情況下,管道的金屬外殼會出現負電偏移,從而降低金屬管道的溶解速度。該防腐蝕措施一般適用于天然氣長距離輸送,供熱管道防腐蝕保護仍處于研究階段,供熱人員必須根據實際防腐蝕作業(yè)進行研究。此外,許多研究和實踐表明,由于加熱管道對溫度敏感,只要加熱參數符合防腐蝕控制,就可以根據其實際操作選擇適當的加熱參數。
總體而言,無論是在管道鋪設設計、管道使用還是對外部環(huán)境的反應能力方面,仍有許多工作要做,以提高供暖系統(tǒng)中供熱管道的維修能力。我們需要深入分析供熱管道腐蝕的原因,采取有力措施,有效提高供熱管道的整體安全性和可靠性。