王 瓊

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

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河道敷設供熱管道防腐問題的研究

王 瓊

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

介紹了供熱管道內外部的腐蝕機理，從選用耐腐蝕材料、水質、外護管、管道沖洗等方面，闡述了過河管道腐蝕的防范措施，并提出了埋地套管內管道的新型防腐方法，旨在確保供熱管線的安全運行。

供熱管道，腐蝕機理，套管，直埋敷設

0 引言

在“十二五”期間，人們的生活水平穩步上漲，幸福指數越來越高，對于居住環境的要求更是精益求精，集中供熱已成為北方地區市政建設不可缺少的部分。在集中供熱熱水管網敷設過程中，管道直埋敷設方式憑借著建設投資低、沿途熱損失小、防腐絕緣性能好、占地少、施工快等特點，迅速成為市政供熱管網敷設的主流敷設方式[1]。但對于一些特殊位置的供熱管道直埋敷設的處理還缺乏典型工程案例和成熟的理論指導，本文就供熱管道過河直埋敷設防腐問題做一個有益的探討，針對河床腐蝕的特點，采取相應的保護措施，確保供熱管線的安全，對供熱管道的設計、施工和運行也有一定的參考價值。

1 供熱管道內部腐蝕機理

1)化學腐蝕。

氧氣對供熱管道的化學腐蝕反應如下:

4Fe+3O2=2Fe2O3

二氧化碳本身的化學性質比較穩定，對金屬管道沒有腐蝕性，但二氧化碳與水結合就生成了具有腐蝕性的碳酸，碳酸對金屬管道就具有了一定的腐蝕性。碳酸與鐵反應生成松散的碳酸亞鐵，這些腐蝕產物受到水流沖擊后很快脫落，從而又能形成新的腐蝕[2，3]。

2)電化學腐蝕。

電化學腐蝕機理與化學腐蝕完全不同，電化學腐蝕又可以稱為原電池腐蝕，供熱管道內部存在雜質，雜質與金屬管道之間會產生不同程度的電解反應，雖然電解比較微弱，但對金屬管道的腐蝕確實比較嚴重的。在實際運行中，電化學腐蝕和沖擊腐蝕同時作用，會加劇腐蝕速度，例如彎頭腐蝕就是這樣的情況[2，3]。

3)沖擊腐蝕。

沖擊腐蝕又稱為機械磨損，沖擊腐蝕比前兩種腐蝕更加嚴重，危害也更大。沖擊腐蝕產生的原因很多，其主要原因是管道施工完成后，沒有對管道內進行徹底的沖洗，殘留了砂子、土壤、其他顆粒等，在介質的推動下，對管道及管件內壁沖刷[2，3]。

4)交替腐蝕。

交替腐蝕特別能體現在間歇運行中，在運行過程中以沖擊腐蝕為主，在停止運行時，以化學腐蝕和電化學腐蝕為主。在運行過程中，水流沖擊又會把管道表面的腐蝕薄膜沖掉，加劇管道的腐蝕。

2 供熱管道外部腐蝕機理

對于過河直埋敷設，過河段管道長時間泡在河水中，其主要腐蝕金屬管道的外部，腐蝕機理主要以電化學腐蝕為主，也有少量的化學腐蝕。外部腐蝕主要分為土壤腐蝕、大氣腐蝕和接觸腐蝕。

2.1 土壤腐蝕

土壤的成分比較復雜，含有鹽類和物質的溶液及水分，其作用的供熱管道上造成嚴重的腐蝕，所以一般不允許鋼管與外界土壤直接接觸，一般要求外護有良好的防水性。其腐蝕主要為電化學腐蝕，由于土壤成分分布的不均勻性，其表現出來的是局部腐蝕，極易造成管道穿孔甚至斷裂[2，3]。

2.2 大氣腐蝕

大氣腐蝕除了電化學腐蝕外還有化學腐蝕，不論哪種反應都有水的參與，在施工中應該注意防銹漆的質量和涂刷厚度，并在保溫層外部做好防水。大氣的溫度和濕度對腐蝕有很重要的作用。

2.3 接觸腐蝕

管道與酸性或者堿性物質直接接觸，會直接產生嚴重的腐蝕。當管道兩點存在不同的電位時，電子會從一側移向另一側，從而產生電勢差[2]。

3 過河管道腐蝕的防范措施

3.1 選用耐腐蝕材料

過河段局部改變材料是防腐措施中最簡單有效的方式，常用的碳鋼對抗腐蝕性并不明顯，要充分了解敷設的環境，相應的耐腐蝕的材料才是正確的選擇[4,5]。

3.2 水質問題

供熱管道腐蝕速率與水質的pH值有很大的關系，水質呈堿性或者強堿性，其與管道表面金屬反應會產生一層保護膜，減緩腐蝕的進行，如果水質呈酸性，其會加速管道的腐蝕，故過河段要控制好河水的酸堿性，最好選擇在堿性水域內敷設管道。

3.3 外護管

過河段可以采用鋼套鋼保溫管，外護鋼管采用加強防腐措施，在河兩岸外伸一定長度后過渡為高密度聚乙烯外護，對工作鋼管外表面刷三遍耐高溫樹脂防腐漆，外護鋼管外表面涂熔結環氧粉末。熔結環氧粉末涂層具有穩定的電絕緣性，減緩了腐蝕的速度；具有優良的金屬基體結合力；其熱膨脹系數與鋼管相近，耐冷熱性能好。

如果過河也采用高密度聚乙烯外護，主要問題是保溫接口外護要做好防水，一般采用雙層密封保護，先用熱熔套再用熱縮帶封口。

3.4 加強管道沖洗

在施工過程中要加強管理，清理施工中管內殘余的鐵屑和泥沙等，正式運行前要把管內沖洗干凈。一般過河處為管線的低點，為防止雜質堆積于河底管道，一般在上游方向加除污器，運行幾個采暖季確定管中水質干凈時拆除。

3.5 停暖期濕保護

停暖以后，管內仍然注滿軟化水，并保持一定壓力，使管道處于封閉的滿水狀態，防止空氣中的氧氣和二氧化碳進入管道，造成化學腐蝕。這種方法稱為濕保護，已經被同行認可。

3.6 犧牲陽極的陰極保護法

犧牲陽極陰極保護的原理是利用不同金屬的電位差異，為受保護的金屬提供電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態，金屬表面各點電位降低到同一負電位，使金屬表面各點之間不再有電位差，不再有電子的流動，金屬原子不再失去電子而變成離子溶入溶液。最終達到減緩腐蝕的目的。由于在實現陰極保護過程中，較活潑的金屬被腐蝕，所以，被稱為犧牲陽極陰極保護。

此種方法成本高，一般用于腐蝕性比較強的環境下來保護工作管道，常用的陽極材料有鎂、鋅和鋁。根據水質情況選擇陽極材料的重量和布置間距[5]。

4 埋地套管內管道的新型防腐方法

埋地管道在穿越鐵路、公路、河流時普遍采用外套管來增加強度，保護管道，加套管后金屬管道的陰極保護環境被改變，陰極保護效果受到影響，并且影響管道在線監測的完整性，根據現場調查發現，在沒有第三方破壞的情況下，套管內管道的外部腐蝕依舊是整個管道最易發生安全隱患的地方。

目前國內外在套管穿越處緩解管道腐蝕的主要方法是：在套管處環形空間內隔一定距離安裝絕緣支撐，以保持良好的絕緣性能，在套管兩端使用絕緣材料密封，防止土壤和水分進入套管；考慮到套管對陰極保護外加電流的電屏蔽作用，套管內管道得不到強制電流保護，所以通常在套管內管道上安裝帶狀或鐲式犧牲陽極進行腐蝕保護；傳統的套管內管道腐蝕保護方法主要缺點為：隨著時間的推移和地層結構的變化，端部密封的完整性會被地下水的進入而破壞，隔離襯墊被溶解，同時也會造成套管與管道之間的短路，這些因素都增加了套管穿越處管道外腐蝕發生的風險。

針對目前保護套管內管道腐蝕技術存在的不足，提供一種新的防腐方案，該防腐方案從防止水和土壤等雜質進入套管，確保緩蝕劑防腐效果和可使強制陰保電流流至管道，確保管道陰極保護效果兩個方面為套管內管道提供全面腐蝕保護。將氣相緩蝕劑和水以一定壓力注入環形空間，同時在凝膠劑添加裝置處添加凝膠劑，凝膠劑在進入環形空間吸收水分轉化為凝膠，填充整個環形空間。氣相緩蝕劑隨著分子自動擴散，在整個套管內壁和管道表面形成緩蝕劑膜，有效緩減套管內管道的腐蝕，包括大氣腐蝕、液/固相間腐蝕等；凝膠填充物可防止地下水及土壤等雜質進入環形空間，并允許陰保電流流至管道，提高套管穿越處管道的安全系數。

5 結語

供熱管道過河敷設由于架空敷設比直埋腐蝕成本高、施工周期長、維修量大等問題，現在更多的工程選擇直埋敷設，直埋敷設最大的問題是管道的防腐和放水問題，通過6種防腐措施的論述，基本上涵蓋了供熱管道所有腐蝕的情況。管道特殊地段的敷設在設計、施工和運行中一定要注意管道的防腐問題,這樣才能確保供熱管線的安全運行。

[1] 王 飛,張建偉.直埋供熱管道工程設計[M].北京：中國建筑工業出版社,2007:92-97.

[2] 杜玉玲，王坤忠，王 建.埋地鋼質熱水供熱管網的腐蝕與防護[J].黑龍江科技信息，2007(4)：41.

[3] 李建剛.供熱管網的腐蝕問題探討[J].山西機械，1999(S1)：65-66.

[4] 于 寧.直埋熱力管道土壤腐蝕與防護[J].管道技術與設備，2002(1)：44.

[5] 王貴強.供熱管道的防腐蝕研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009：1-76.

Study of the anticorrosion of the directly buried cross-river heating pipeline

Wang Qiong

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Combining with the corrosion mechanism of internal and external river channel heating pipeline, from the selection of corrosion resistant materials, water quality, external casing, pipeline flushing and other aspects, elaborated the prevention measures of river channel pipeline corrosion, and put forward the new anticorrosion methods of buried casing inside the pipeline, to ensure the safety operation of heating pipe line.

heating pipe, corrosion mechanism, casing, directly burying

1009-6825(2016)30-0139-02

2016-08-19

王 瓊(1982- )，女，工程師

TU833

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