给水管网腐蚀控制技术的研究现状

刘宏亮，王 运，林英姿

（1.吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室；2.吉林建筑大学城市水资源与水环境修复工程实验室；3.吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春130118；4.长春水务集团有限责任公司，长春130012）

0 引言

给水管网是给水设施中重要的组成部分，但由于管道内壁及外壁被腐蚀，致使水体中的微生物和细菌总数、浊度、色度、TOC、总铁、锰和一些有机物等含量升高，严重影响了供水水质安全。通过了解管道产生腐蚀现象的机理，我们可以采取一些相应的防腐措施，有效地控制了给水管网腐蚀现象的发生，不但可以提高供水水质安全，而且可以达到节省运行费用的目的。

1 管道腐蚀的分类

按照给水管网腐蚀产生的机理，腐蚀现象可分为微生物腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。仅仅由于化学作用引起的腐蚀称为化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生电流而产生的腐蚀［1］。金属管道腐蚀过程中，化学腐蚀和电化学腐蚀多是共同作用的。而微生物腐蚀是因为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影响腐蚀过程，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［2］。铁细菌能吸收亚铁盐和排出氢氧化铁，因而会使管道形成凸起物，造成结瘤。硫酸盐还原菌在厌氧条件下可把硫酸盐还原成硫化物，加快了管道腐蚀结垢的速度。

影响电化学腐蚀的因素有很多，如钢管和铸铁管被氧化时，管壁表面可生成一层氧化膜，腐蚀的速度因氧化膜的作用将会越来越慢，有时甚至可保护金属不再被进一步腐蚀。但是氧化膜必须在完全并且牢固地覆盖在管壁上，同时没有透水微孔的条件下，才能对管壁起到保护作用。同时水中的溶解氧可引起金属腐蚀，水中含氧量越多，腐蚀越严重。水的pH值明显影响金属管的腐蚀速度，pH值越低腐蚀越快，中等pH值时并不影响腐蚀速度，而pH值高时因金属管表面形成保护膜，腐蚀速度减慢。水的含盐量对腐蚀的影响是含盐量越高则腐蚀越快。

2 管道防腐的影响因素

许多物理、化学和生物因素都会影响管道腐蚀的产生及腐蚀速度。一些因素在其他条件作用下，能够加快腐蚀速度，因此控制影响因素能够较好地减少腐蚀现象的发生。影响作用最显著的有流速、温度、pH值、碱度、溶解氧等因素。

（1）流速：较高的流速可以加快管壁传质速率，增加溶解氧转化速率进而增强腐蚀，或者加速形成保护垢层而阻止腐蚀。滞水状况也会激发铸铁管道的借点腐蚀或斑点腐蚀。

（2）温度：腐蚀会随着温度的升高而加速。然而温度高时，碳酸钙会在管壁上沉积形成保护膜，影响了供水能力。

（3）pH值：pH值与水中氢离子活度有关，腐蚀反应中，氢离子作为电子的接受体，pH值低会使腐蚀过程加速。当pH值低于5时，铜和铁腐蚀的很快。pH值大于9时，这两种金属通常不发生腐蚀。

（4）碱度：碱度主要由碳酸根离子和重碳酸根离子形成，它为水中pH值的改变提供了缓冲能力。同时，它还有助于在管道壁上形成具有保护作用的金属碳酸盐，防止管道水泥衬里或石棉水泥衬里中钙的溶解。

（5）溶解氧：氧是电化学中重要反应组分，它可以接收金属释放的电子，成为腐蚀电池的正极；同时与阴极释放出来的氢反应，防止氢的聚集，而这种聚集可能阻碍反应的进行。氧还会与腐蚀产生的溶解性亚铁离子发生反应，生成不溶性氢氧化铁。水中溶解氧体积分数越高，其扩散动力越大，单位时间内被腐蚀掉的金属管道就越多。Sarin和Schock等人［3－5］认为当管网水中溶解氧体积分数较高时，有利于无内衬的铸铁管中的钝化膜的形成；而氧化剂体积分数较低时，根据Kuch机理［6］，致密层将会发生化学反应而产生裂隙，Fe2＋就会释放到水中，被溶解氧氧化成Fe3＋，进而管道被腐蚀。

（6）总溶解性固体：总溶解性固体越多，体积分数越大，导电率越高，造成电子流动性越大，促进电化学腐蚀。

（7）硬度：硬度表示水中钙镁离子的数量。离子体积分数越高导电率越高，电子流动性越大，越易腐蚀。

（8）细菌：附着在管壁上的微生物细菌会改变水的pH值，还会产生加剧电化学腐蚀的溶解氧。铁细菌产生不溶性氢氧化铁，沉积在管壁上形成突起；硫酸盐还原细菌可以产生硫化氢，继而生成硫酸，加剧腐蚀。

3 管道防腐的措施及方法

管道外防腐的方法通常可分为两大类：电化学防腐蚀法，覆盖防腐蚀法。两种方法既可单独使用，又可结合起来使用。

3.1 覆盖防腐蚀法

采用覆盖防腐蚀法进行防腐时首先要对管道外表面进行清洁处理，清洁处理可采用机械或化学处理的方法。机械处理可采用擦锈处理或喷砂处理。前者是最简单的方法，通常用于施工现场管道接口部位防腐前的处理。后者是用压力约0.4MPa以上的空气将钢砂等研磨材料喷射到管道表面的方法。化学处理可采用酸洗法或脱脂法。酸洗法是指使用硫酸、盐酸等酸溶液溶解管外壁的氧化层、铁锈的方法。若将金属管壁上的油脂去除则成为脱脂法。

金属管道的表面经过处理后即可涂防腐层，使管材表面与外界环境隔离，从而达到防腐的目的。埋地的钢管应根据周围土壤腐蚀性的不同，选用正常防腐层、加强防腐层或特强防腐层。防腐涂料有聚氨酯石油沥青、煤焦油磁漆、石油沥青、煤焦油沥青、水泥砂浆、环氧煤沥青、环氧粉末及内衬涂料等。现阶段应用较多的材料为塑化沥青软胶带、环氧树脂粉末、环氧煤沥青和石油沥青。

塑化沥青软胶带，以塑料及编织袋为基板包以改性塑化沥青制成卷材，分热缠、冷缠两种。热缠在使用时用喷灯在卷材上喷烤使沥青溶化，气温低时对管身局部喷烤然后缠包。冷缠则不必加温，对环境无污染。

环氧树脂粉末是一种比较典型的热固性材料，未交联的环氧树脂成热塑性，性能相对较差。但加入了固化剂交联固化之后，便能够获得较好的性能。环氧树脂熔融状态下黏度低，表面顺滑，涂层致密并无气孔，防腐蚀性比较强。由于环氧树脂内的烃基对被涂物附着力好，涂层黏结力高，另外涂膜硬度高，耐划伤性、化学稳定性也很好，所以同其他粉末涂料相比，防护性能最好［7］。

环氧煤沥青的性能优于普通石油沥青，其具有涂层致密，耐潮湿、耐盐碱、耐海水、与金属黏结好等优点［8］，但受紫外线照射作用后容易在涂层的表面发生粉化。

采用石油沥青进行防腐具有较好的黏结性、绝缘性和不透水性，并且可以耐多种腐蚀介质的侵蚀，原料来源广、成本低、技术成熟，是我国普遍采用的一种外防腐层。一般给水管道中铸铁管和球墨铸铁管的外壁均已涂沥青防腐层。

3.2 电化学防腐蚀法

3.2.1 排流法

当金属管道遭受来自外界杂散电流的电化学腐蚀时，管道的腐蚀处于阳极电位。若在该处管道和电源之间用低电阻导线连接起来，使散杂电流不经过土壤而直接回到变电站去，就可以防止腐蚀，这就是排流法，排流法适用于距离变电站较近的金属管道。

3.2.2 阴极保护法

由于电化学腐蚀过程中只有阳极才受到腐蚀，因此阴极保护法就是使管道成为阴极来防止腐蚀。此法分为外加电流法和牺牲阳极法。

外加电流法是将废铁等埋在金属管道附近作为阳极，与直流电阳极相连，电源的阴极接在管线上从而使被保护的管道成阴极。此法在土壤电阻率较高或金属管道外露时使用较为适宜。牺牲阳极法是用比金属管道电位低的金属材料作为阳极，用导线把阳极与管道相连接，利用两种金属之间的电位差产生防腐蚀电流的一种方法，牺牲阳极法适用于电位高于镁、镁铝合金的金属管道防腐中。

4 结语

在给水管网中完全消除腐蚀是很困难的，现有技术通常是减少或抑制腐蚀。控制腐蚀最有效的方法是调整水质、添加保护性防护层及替换成抗腐蚀的管材。同时正确解决管道内的沉积锈蚀，利用管道刮管与涂衬技术是改善供水管网安全供水条件的重要措施。

［1］马立艳.给水排水管网系统［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［2］赵云梅.地下给水管网防腐处理措施研究［J］.科技资讯，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.油气集输管道防腐涂层研究［J］.管道技术与设备，1997，5：7－12.

［8］胡士信，董旭.我国管道防腐层技术现状［J］.油气储运，2004，23（7）：4－8.