供熱管道的腐蝕原因及防腐措施

靳勇

（山西二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

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(huì)停止使用，但大部分鋪設(shè)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(shí)損壞的危險(xiǎn)，其中最嚴(yán)重的是腐蝕的威脅。

1 供熱管道腐蝕的危害性分析

供熱管道的腐蝕會(huì)顯著增加其內(nèi)壁的粗糙度，從而導(dǎo)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(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)因此，必須注意供熱管道腐蝕的危險(xiǎn)，確保及時(shí)維護(hù)和保養(yǎng)管道。

2 熱水供熱管網(wǎng)的腐蝕及其原因

2.1 供熱管道的外腐蝕

首先，土壤對供熱管道有一定的影響。對供熱管道鋪設(shè)情況的深入分析表明，對于室外供熱管道，只要供熱管網(wǎng)絕緣和油漆工作順利進(jìn)行，一般不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)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(shè)后會(huì)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(zhì)較多，管道容易受到一定程度的影響，從而增加了腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。深入分析表明，土壤對供熱管道的影響有多種表現(xiàn)形式：①土壤溫度。一般而言，當(dāng)土壤溫度升高時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)在不同程度上加速，而電化學(xué)反應(yīng)在管道中引起不同程度的腐蝕，反應(yīng)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(dǎo)率呈正相關(guān)，因此在放置管道的位置測量鹽的存在時(shí)，管道的腐蝕速度會(huì)顯著提高；③土壤中的水和氣體含量。當(dāng)管道鋪設(shè)在地下時(shí)，土壤中的鹽含量不僅會(huì)對管道產(chǎn)生一定的腐蝕性，而且水和氣體含量也會(huì)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(chǎn)生明顯的負(fù)關(guān)系。在這一過程中，一旦土壤中的水和天然氣含量達(dá)到相容的水平，兩者之間的腐蝕就會(huì)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(huì)對加熱管道產(chǎn)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(huì)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(huì)顯示在樓板上。對這些流量進(jìn)行的深入分析表明，大多數(shù)流量是連續(xù)的，有時(shí)一小部分流量相互交叉，但無論如何都會(huì)導(dǎo)致管道腐蝕，并影響熱水系統(tǒng)的使用壽命。

2.2 對內(nèi)腐蝕

至于內(nèi)部腐蝕，腐蝕的主要原因是管道內(nèi)部與加熱環(huán)境之間的摩擦引起的電化學(xué)反應(yīng)，盡管加熱通常是通過水或蒸汽進(jìn)行的。因此，在加熱過程中，由于持續(xù)生產(chǎn)溶解氧，對供熱管道的腐蝕作用非常大。與此同時(shí)，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(yán)重，更糟糕的是運(yùn)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(huì)增加，氧離子也會(huì)增加，從而有效促進(jìn)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(huì)增加氧離子，并在一定程度上促進(jìn)氧離子的傳播，形成腐蝕管道的腐蝕性物質(zhì)，從而對管道的腐蝕產(chǎn)生一定影響。與此同時(shí)，熱水流量的速度和由此產(chǎn)生的腐蝕的去除加劇了供熱管道中的腐蝕。在供熱管道運(yùn)行過程中，由于熱水鹽含量隨時(shí)間增加，管道內(nèi)的電導(dǎo)率可能會(huì)提高，從而導(dǎo)致管道的某些腐蝕。與此同時(shí)，由于管道中存在其他溶解氣體，這些氣體在熱水管道內(nèi)不斷移動(dòng)，導(dǎo)致溶解氣體的化學(xué)變化和供熱管道的腐蝕。例如，熱水含有某些物質(zhì)，如氧離子、碳離子和相應(yīng)的硫化氫，因此二氧化碳，甚至某些腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，會(huì)隨著兩種電流的變化而形成，從而加劇管道中的腐蝕。

2.3 管道熱水介質(zhì)導(dǎo)致腐蝕

供熱管道主要由熱水供給，因此管道內(nèi)水溫升高會(huì)提高反應(yīng)的活化程度，從而使熱水中氧氣含量增加，金屬表面氧氣擴(kuò)散加速，鐵離子擴(kuò)散增加。許多實(shí)驗(yàn)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(yán)重的時(shí)期。此外，熱水速度可能會(huì)影響管道的腐蝕程度。熱水流量越快，含氧離子的擴(kuò)散速度就越快，水流越快，腐蝕性物質(zhì)就越多，暴露了已經(jīng)腐蝕的管道內(nèi)壁，增加了供熱管道的腐蝕。

2.4 雜散電流導(dǎo)致腐蝕

地面上有許多方向和大小不同的電流，可能來自電力運(yùn)輸或地下電纜接地裝置。土壤中的泄漏電流通常可以分為直流電和交流電，這可能對供熱管道的外墻產(chǎn)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

3 供熱管道的防腐措施分析

3.1 內(nèi)管道防腐措施

必須要加強(qiáng)供熱管道的內(nèi)管道防腐蝕能力，確保供熱的水質(zhì)符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，而這也是提高供熱管道防腐蝕能力最為有效的途徑。應(yīng)該降低供熱水質(zhì)的溶解氧濃度，并對pH進(jìn)行有效地控制。熱水的溫度應(yīng)該在滿足供熱需求的前提下，進(jìn)行合理地控制，盡可能避免超過腐蝕臨界溫度值。當(dāng)供熱系統(tǒng)停止工作時(shí)，應(yīng)該對供熱管道內(nèi)的熱水進(jìn)行清理，避免水中的雜質(zhì)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(yīng)該加強(qiáng)供熱管道中水雜質(zhì)等各方面參數(shù)的檢測力度，這樣可以更有針對性地對供熱管道內(nèi)的腐蝕問題進(jìn)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。

3.2 管道外壁防腐措施

管道外墻養(yǎng)護(hù)措施多種多樣，有保護(hù)直埋管道、電化學(xué)養(yǎng)護(hù)技術(shù)、選擇合適的加熱參數(shù)、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(hù)管組成在外保護(hù)管和工作鋼管焊接過程中，如果焊接不到位，容易出現(xiàn)腐蝕問題，當(dāng)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(xué)保存技術(shù)主要是通過陰極保護(hù)合理調(diào)節(jié)管道溫度層的溫度，即通過陰極電流穿過要保護(hù)的金屬，使金屬偏振光，使金屬偏移選擇合適的加熱參數(shù)也可以產(chǎn)生更好的防腐蝕效果。一般來說，當(dāng)加熱系統(tǒng)的水溫超過100℃時(shí)，溫度層中的水就會(huì)流失。加熱系統(tǒng)溫度過高，管道內(nèi)壁腐蝕加速，因此加熱人員應(yīng)合理調(diào)整加熱參數(shù)，并在合理范圍內(nèi)進(jìn)行控制。

3.3 研發(fā)新材料

改善供熱管道的養(yǎng)護(hù)，需要提高供熱管道的使用率。①改變原有供熱管道的化學(xué)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(qiáng)的耐腐蝕性能。其中，雙層融合環(huán)氧粉末技術(shù)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(shù)的研發(fā)領(lǐng)域，我們正在加大對這一領(lǐng)域的科學(xué)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(yīng)提供適當(dāng)?shù)呢?cái)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。

3.4 電化學(xué)反應(yīng)的角度來改善管道受到腐蝕的環(huán)境

通過改變陰極情況控制管道的運(yùn)行環(huán)境，并開展室外熱球保護(hù)工作。一般來說，保護(hù)陰極管道需要確保電流通過適當(dāng)?shù)年帢O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(huì)出現(xiàn)負(fù)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(hù)仍處于研究階段，供熱人員必須根據(jù)實(shí)際防腐蝕作業(yè)進(jìn)行研究。此外，許多研究和實(shí)踐表明，由于加熱管道對溫度敏感，只要加熱參數(shù)符合防腐蝕控制，就可以根據(jù)其實(shí)際操作選擇適當(dāng)?shù)募訜釁?shù)。

4 結(jié)語

總體而言，無論是在管道鋪設(shè)設(shè)計(jì)、管道使用還是對外部環(huán)境的反應(yīng)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。