淺析硬質(zhì)聚氨酯泡沫對埋地管道的影響

馬麗紅（天津愛德加科技有限公司，天津　301600）

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淺析硬質(zhì)聚氨酯泡沫對埋地管道的影響

馬麗紅
（天津愛德加科技有限公司，天津301600）

摘要：硬質(zhì)聚氨酯泡沫為城市集中供熱管道保溫層的常用材料，能夠讓熱力管道最大限度地減少熱量損失。但是在應(yīng)用過程中，短期失效并引發(fā)腐蝕現(xiàn)象多有出現(xiàn)，大大影響了使用效果。為解決這一問題，提高管道性能，本文主要就硬質(zhì)聚氨酯泡沫對埋地管道的影響及預(yù)防措施進(jìn)行簡單闡述。

關(guān)鍵詞：硬質(zhì)聚氨酯泡沫；埋地管道；固體電解質(zhì)；陰極保護(hù)

0. 前言

硬質(zhì)聚氨酯泡沫指的是把有機(jī)多異氰酸酯、多元醇化合物還有各種助劑等在一定比例下混合在一起所得到的一種多分子材料，又可稱為泡沫塑料。這種材料黏附性強(qiáng)，可和磚石、木材、金屬等材料任意粘貼，密度小、耐老化、耐溫，密度及軟硬度能夠隨意改變，多用在埋地管道中做管中管的保溫層，以讓熱力管道能最大限度減少熱量損失。但是在應(yīng)用過程中，短期失效并引發(fā)腐蝕現(xiàn)象多有出現(xiàn)，影響使用效果。本文主要就硬質(zhì)聚氨酯泡沫對埋地管道的影響及預(yù)防措施進(jìn)行簡單闡述。

1. 硬質(zhì)聚氨酯泡沫結(jié)構(gòu)及性能

城市集中供熱管道多采用的為直埋方式，管道需要能夠承受一定壓力，因此，SY/T0415-1996《埋地鋼質(zhì)管道硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對埋地鋼質(zhì)管道外的硬質(zhì)聚氨酯泡沫結(jié)構(gòu)及性能做了如下規(guī)定：硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫防腐層應(yīng)為防腐層-保溫層-防護(hù)層所組成的一個(gè)3層防腐復(fù)合結(jié)構(gòu)，硬質(zhì)聚氨酯泡沫為保溫層材料，聚乙烯塑料為保護(hù)層材料。硬質(zhì)聚氨酯泡沫作為保溫層材料在性能上需要滿足（表1）：

對防腐指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，我們可以看出在保溫防腐層中，影響防腐性能的主要指標(biāo)是水解氯、酸值及異氰酸根含量。多異氰酸酯同潮濕空氣接觸之后，其內(nèi)的氯能夠水解生成一些酸性腐蝕性物質(zhì)，這種物質(zhì)就是水解氯，此物質(zhì)不僅對多異氰酸酯性能造成不良影響，同時(shí)還會讓管中管保溫層內(nèi)生成能夠讓鋼管出現(xiàn)腐蝕的氯離子。城市集中供熱管道要做到防腐保溫，硬質(zhì)聚氨酯泡沫在性能上需要能夠短期耐受130℃高溫，長期耐受100℃高溫。

表1城市供熱管道硬質(zhì)聚氨酯泡沫性能要求

2. 硬質(zhì)聚氨酯泡沫對埋地管道的影響

硬質(zhì)聚氨酯泡沫對埋地管道所產(chǎn)生的影響主要為以下兩種：

2.1加速管道腐蝕

保溫管線運(yùn)行過程中，保溫層進(jìn)水使管道腐蝕速度加快。硬質(zhì)聚氨酯泡沫強(qiáng)度不高，運(yùn)輸過程還有施工過程中極易損壞，一旦進(jìn)水，不但不能對鋼管起到保護(hù)作用，還會讓鋼管腐蝕速度加快，尤其在低洼地段更是如此，分析原因主要為：

（1）硬質(zhì)聚氨酯泡沫水解，產(chǎn)生氯離子，周圍環(huán)境變?yōu)樗嵝裕焊稍餇顩r下，硬質(zhì)聚氨酯泡沫不會出現(xiàn)腐蝕，但一旦防護(hù)層出現(xiàn)破損，水就是通過泡沫向內(nèi)浸透，產(chǎn)生聚氨基甲酸酯，而聚氨基甲酸酯會進(jìn)一步水解，水解中會有酸性介質(zhì)析出。此外還有一部分氯離子存在于殘留的異氰酸酯中，氯離子同異氰酸根還有水會產(chǎn)生水解反應(yīng)，生成胺及二氧化碳。氯離子體積小，擁有良好的穿透性，能讓陽極去極化加強(qiáng)，加快鋼管腐蝕速度。殘留的多元醇在潮濕空氣中也會被氧化，環(huán)境內(nèi)酸值增加，腐蝕速度加快。

（2）硬質(zhì)聚氨酯泡沫內(nèi)水分能腐蝕管道：鋼管等金屬材料在與不同含氧量溶液接觸過程中會出現(xiàn)一個(gè)氧濃差電池，氧濃度小，金屬電位低，為陽極；氧濃度高，金屬電位高，為陰極；硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫層一旦破壞，水分會自泡沫進(jìn)入到保溫層同管道之間，這些水分自行排除困難，特別是雨季內(nèi)，水分含量增加，管道多處于半干半濕狀態(tài)，管道短距離中出現(xiàn)氧濃差電池腐蝕增加。

2.2管道保護(hù)失效

在某種狀況下，管道管線陰極的保護(hù)電流減少，當(dāng)這些電流小于最小保護(hù)電流的時(shí)候，管道就不會得到有效保護(hù)，從而會讓管道出現(xiàn)腐蝕。從管線運(yùn)行狀況分析，管體腐蝕位置同聚乙烯保護(hù)層的位置不一定重合，除非管外壁處所貼近的防腐層出現(xiàn)損壞或是失效，且破壞點(diǎn)位于聚乙烯防護(hù)層的缺陷段或者是破損點(diǎn)。

3. 硬質(zhì)聚氨酯泡沫對埋地管道的防腐改進(jìn)措施

城市集中供熱管道運(yùn)行過程中，要避免硬質(zhì)聚氨酯泡沫對埋地管道的腐蝕作用，提高管線運(yùn)行壽命，需要對硬質(zhì)聚氨酯泡沫防腐性能進(jìn)行改進(jìn)，對管道腐蝕加以控制。具體來講，需要從如下方面來改進(jìn)：

3.1陰極保護(hù)技術(shù)的改進(jìn)

傳統(tǒng)陰極保護(hù)技術(shù)是通過犧牲陽極還有在陰極外加電流來實(shí)現(xiàn)的，保護(hù)中將土壤看作電解質(zhì)，利用這些土壤電解質(zhì)同管道之間形成電流回路。對管道來講，保溫層內(nèi)的管道，因保護(hù)層、保溫層間存在高絕緣電阻率，在這種電阻率下，土壤同管道間電流回路難以形成及實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)陰極保護(hù)的效果被大大制約。為提高陰極保護(hù)效果，我們可以通過固體電解質(zhì)來加強(qiáng)陰極保護(hù)的效果。固體電解質(zhì)指的是在被保護(hù)金屬管道的表面涂刷導(dǎo)電固體電解質(zhì)，隨后在電解質(zhì)之上再涂敷具備電子導(dǎo)電能力的一層陽極層，涂刷完成之后將直流電源的負(fù)極同被保護(hù)金屬相連接，將正極同陽極層相連接，利用通電極化效應(yīng)來提高陰極保護(hù)的效果。這種技術(shù)當(dāng)前在儲油罐底板及罐頂這些容易屏蔽的區(qū)域中應(yīng)用較多，陰極保護(hù)效果好。地下直埋管道系統(tǒng)中，防腐保溫層絕緣性高，在這種環(huán)境下，管道陰極保護(hù)能夠通過固體電解質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，可以說為一種簡單且行之有效的保護(hù)方法。

而對陰極保護(hù)犧牲陽極的實(shí)現(xiàn)方式是在管道附近土壤內(nèi)安裝上犧牲陽極的材料。如果這些犧牲陽極材料被安裝于管道外的保溫層中，保溫層進(jìn)水之后能夠?qū)Ρ毓芫€做好陰極保護(hù)。這種犧牲陽極材料陰極保護(hù)方法已經(jīng)應(yīng)用于膠青線上，并取得了滿意效果。在膠青線下，將陽極加工為30mm厚的瓦狀，每三根管布置一片，讓陽極存在于管體及夾克之間的這一層環(huán)形泡沫之中，在布置過程中陽極需在管道下布置，并用鋁熱焊將銅電纜連接到管道上，這種保護(hù)方式下，焊點(diǎn)周圍就能夠?qū)崿F(xiàn)良好防腐。

3.2泡沫質(zhì)量及工藝的改進(jìn)

當(dāng)前城市地下直埋管道系統(tǒng)中所使用的硬質(zhì)聚氨酯泡沫其浸水之后的析出液，pH值小于7.0，在這一pH值下，管道周圍是酸性環(huán)境，鋼管長期處于這種環(huán)境中容易出現(xiàn)腐蝕。而硬質(zhì)聚氨酯泡沫一旦添加了阻燃劑，這樣的泡沫一旦浸水，pH值會更低，在這種酸堿值下，鋼管腐蝕性自然加大。此外，硬質(zhì)聚氨酯泡沫發(fā)泡工藝也會影響泡沫性能，發(fā)泡工藝高，泡沫閉孔率高，水分難以進(jìn)入泡沫內(nèi)，鋼管腐蝕的可能性就被大大降低?？梢哉f對硬質(zhì)聚氨酯泡沫發(fā)泡工藝進(jìn)行改進(jìn)，能提高泡沫質(zhì)量，阻擋水分進(jìn)入到保溫層，并阻止水分在保溫層內(nèi)的蔓延，能夠讓水分進(jìn)入保溫層后的酸性環(huán)境大大改善，讓管體腐蝕危害大大降低。

3.3補(bǔ)口技術(shù)及質(zhì)量的改進(jìn)

從城市地下直埋管道運(yùn)行現(xiàn)狀可以看出，夾克破損還有補(bǔ)口失效是泡沫層中地下水滲入，管體出現(xiàn)腐蝕的一個(gè)主要原因。管線補(bǔ)口技術(shù)及質(zhì)量同管道保溫防腐整體性能直接相關(guān)。而補(bǔ)口技術(shù)及質(zhì)量的改進(jìn)能阻止泡沫層進(jìn)水，降低管體腐蝕危害，提高管線使用壽命。

結(jié)語

當(dāng)前很多學(xué)者對城市地下直埋管道系統(tǒng)中硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫層內(nèi)管道腐蝕的原因進(jìn)行了大量研究，從研究中可以證實(shí)，保溫層進(jìn)水為管道腐蝕的主要因素。要減少腐蝕危害，提高管線壽命應(yīng)從改進(jìn)陰極保護(hù)技術(shù)、改進(jìn)泡沫質(zhì)量、改進(jìn)補(bǔ)口技術(shù)幾方面來避免保溫層進(jìn)水，提高管線防腐性能。

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中圖分類號：TU532

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