Q235B 消防水管道泄漏原因分析

腐蝕是埋地鋼質(zhì)管道失效的一個主要原因，影響埋地管道腐蝕的因素主要包括內(nèi)部介質(zhì)條件及外部環(huán)境因素、 鋼管材質(zhì)及加工缺陷、 管道受力狀態(tài)等， 通常情況下， 管道發(fā)生腐蝕是這些因素相互作用的結(jié)果

。 影響埋地管道腐蝕的外部環(huán)境因素主要包括土壤類型、 含水量、 pH 值、電阻率、 微生物等， 腐蝕防護是減緩埋地管道發(fā)生腐蝕的關(guān)鍵， 對于油氣長輸管道來說， 一般采用 “防腐涂層+陰極保護” 的雙重保護措施， 而對于生活用水、 生產(chǎn)用水等輸水管道一般采用防腐涂層的保護形式。 防腐涂層的主要作用是隔離鋼管管體與周圍的土壤環(huán)境， 從而避免土壤腐蝕的發(fā)生， 涂層一旦發(fā)生剝離或破損， 則失去了保護效果

。

某消防水管道采用Q235B 鋼級Φ219.1 mm×7.0 mm 高頻電阻焊鋼管， 訂貨標準為GB/T 3091—2015 《低壓流體輸送用焊接鋼管》

， 工作壓力為0.8～1.0 MPa， 埋深2 m， 管道采用液態(tài)環(huán)氧底漆加冷纏帶防腐措施， 未進行陰極保護。該管道投入使用一年后多處發(fā)生泄漏， 為了查明泄漏原因， 對泄漏部位鋼管進行了檢驗和分析。

1 外觀檢查

在消防水管道泄漏處及其鄰近截取鋼管試樣， 如圖1 所示。 從圖1 可以看出， 鋼管外表面采用冷纏帶包覆， 泄漏部位及其附近的冷纏帶防護層及底漆已大面積剝落， 冷纏帶脫落處鋼管表面覆蓋著較厚的泥土及棕褐色銹蝕產(chǎn)物層， 在冷纏帶及底漆完好部位未見明顯的腐蝕現(xiàn)象。 用鋼絲刷清除鋼管外壁污物， 兩支鋼管管體表面存在簇狀密集分布的腐蝕坑， 個別蝕孔已貫穿鋼管壁厚， 鋼管腐蝕形貌如圖2 所示。 其中， 1

鋼管泄漏處蝕坑呈外大內(nèi)小的漏斗形特點， 外表面蝕坑長軸約10 mm, 短軸約6 mm （圖2 （a））， 其內(nèi)表面腐蝕相對較輕， 除泄漏部位存在一直徑約2 mm的蝕孔外， 其余未見明顯蝕坑存在 （圖2 （b））。2

鋼管表面也發(fā)現(xiàn)有密集分布的腐蝕坑， 最大蝕坑深度已經(jīng)超過鋼管壁厚的一半， 約4 mm 左右（圖2 （c））， 與1

試樣鋼管類似， 其內(nèi)表面腐蝕輕微， 未見明顯的蝕坑存在。

2 理化檢驗

2.1 化學(xué)成分分析

在1

和2

管體未發(fā)生明顯腐蝕的部位取樣，采用ARL 4460 直讀光譜儀， 依據(jù)GB/T 4336—2016 對其進行化學(xué)成分分析， 結(jié)果見表1， 由檢測結(jié)果可以看出， 兩根鋼管的化學(xué)成分滿足GB/T 3091—2015 《低壓流體輸送用焊接鋼管》 要求。

2.2 拉伸性能試驗

在1

鋼管和2

鋼管的管體及焊縫處分別取拉伸試樣， 采用SHT4106 試驗機， 依據(jù)GB/T 228.1 進行拉伸性能試驗， 試驗結(jié)果見表2，由檢測結(jié)果可以看出， 兩根鋼管的拉伸性能滿足GB/T 3091—2015 《低壓流體輸送用焊接鋼管》 要求。

2.3 壓扁試驗

在1

鋼管和2

鋼管管體處分別取金相試樣，依據(jù)GB/T 13298—2015， 采用OLS 4100 激光共聚焦顯微鏡進行組織分析及非金屬夾雜物、 晶粒度檢測， 結(jié)果見表4。 圖3 為兩支鋼管未明顯腐蝕及穿孔處的金相組織。 由表4 和圖3 可知， 兩支鋼管的組織均為鐵素體+珠光體， 夾雜物級別較低， 最高為1 級， 晶粒較細， 管體及蝕坑處未見組織異常及變形。

2.4 金相分析

在1

和2

鋼管上分別取樣， 利用YH41-100C 液壓機， 按照GB/T 246 方法進行壓扁試驗， 試樣規(guī)格為Φ219.1 mm×100 mm。 壓扁試驗結(jié)果見表3， 試驗結(jié)果滿足GB/T 3091—2015《低壓流體輸送用焊接鋼管》 要求。

土壤腐蝕是電化學(xué)腐蝕的一種， 其發(fā)生的先決條件是在金屬表面有電解質(zhì)溶液的存在。 土壤是一種復(fù)雜的混合物， 包含有機物及鹽分等多種物質(zhì)， 土壤含水后其鹽分溶于水成為電解質(zhì)溶液， 在金屬表面形成電解質(zhì)薄膜， 薄膜下裸露的金屬表面由于電極電位的差異形成許多微小的陰極和陽極， 構(gòu)成無數(shù)個腐蝕微電池。 理想狀況下， 這些微小的陽極和陰極在金屬表面是隨機分布的， 并且位置也不斷變化， 形成全面腐蝕

。

2.5 能譜分析

從1

管體泄漏點附近取樣進行掃描電鏡形貌觀察和能譜分析， 圖4 為鋼管外表面腐蝕穿孔處的腐蝕產(chǎn)物形貌， 由圖4 可以看出， 鋼管表面腐蝕產(chǎn)物層松散， 且產(chǎn)物表面存在孔洞及龜裂現(xiàn)象。 圖5 為腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果， 可以看出腐蝕產(chǎn)物中主要含有Fe、 O、 Si、 Ca 及少量的Cl元素， 其中Fe 及部分O 元素主要來自于鋼管表面的腐蝕產(chǎn)物， Si、 Ca、 Cl 及部分O 元素主要來自于土壤。

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在鋼管腐蝕過程中， 其腐蝕產(chǎn)物沉積在金屬表面， 沉積物內(nèi)部由于缺氧促進了陽極過程的進展， 所以沉積物下腐蝕不斷加劇， 逐步發(fā)展為閉塞電池形成腐蝕坑。 蝕坑形成后， 由于供氧差異， 蝕坑外的金屬供氧充足， 為腐蝕原電池的陰極， 蝕孔內(nèi)金屬由于缺氧而成為陽極

。 隨著腐蝕過程的進展， 蝕坑內(nèi)Fe

濃度不斷增加, 為保持電中性, 蝕坑外Cl

等陰離子向坑內(nèi)遷移, 蝕坑內(nèi)Cl

等陰離子濃度升高。 隨著蝕孔內(nèi)金屬離子濃度增高并發(fā)生水解反應(yīng)Fe

+2OH

→Fe（OH）

， 促進了坑內(nèi)H

濃度的升高， pH 值降低， 蝕坑內(nèi)電解液酸化， 酸性環(huán)境加劇腐蝕的發(fā)展， 且蝕坑內(nèi)壁始終處于活化溶解狀態(tài)， 這樣使蝕坑內(nèi)的腐蝕以自催化的過程持續(xù)發(fā)展下去， 蝕坑內(nèi)部陽極區(qū)加速腐蝕， 蝕坑深度不斷增大， 最終導(dǎo)致鋼管穿孔泄漏。

3 分析與討論

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，該試驗路各段的平均彎沉值均低于設(shè)計彎沉值，最大相差0.094mm，由此可見，大粒徑瀝青混合料基層能夠滿足路面整體剛度要求。

從上述試驗結(jié)果可以看出， 所取兩支鋼管的化學(xué)成分、 力學(xué)性能及金相組織未見異常， 均符合GB/T 3091—2015 《低壓流體輸送用焊接鋼管》 要求。 由宏觀檢查結(jié)果可知， 泄漏消防水管道的腐蝕及穿孔位于冷纏帶及底漆脫落處， 冷纏帶及底漆完好部位未見明顯腐蝕； 鋼管外表面裸露部位局部腐蝕嚴重， 主要表現(xiàn)為簇狀分布的腐蝕坑， 蝕坑外大內(nèi)小， 即呈現(xiàn)由外表面逐漸向管體內(nèi)壁發(fā)展的趨勢， 內(nèi)表面腐蝕輕微， 除泄漏穿孔部位外， 未見明顯的腐蝕坑。 據(jù)此可判斷該消防水管道泄漏的原因是鋼管表面冷纏帶及底漆脫落， 導(dǎo)致鋼管金屬基體與土壤介質(zhì)接觸而產(chǎn)生的土壤腐蝕。

智能控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)3個工作模式。具體要求見功能圖(圖5)。工作模式一：4只氣缸全部頂出，檢測氣缸與鍵槽凸模是否工作正常。工作模式二：4只氣缸全部縮回，檢測氣缸與鍵槽凸模是否工作正常。工作模式三，從1號氣缸至4號氣缸依次開始工作，能夠?qū)崿F(xiàn)異常報警。工作模式中氣缸動作由接近開關(guān)或機床上死點信號觸發(fā)，也可以手動按鈕觸發(fā)。為滿足不同機床的工作條件，智能控制裝置在“接近開關(guān)觸發(fā)或手動按鈕觸發(fā)”與“機床上死點信號觸發(fā)或手動按鈕觸發(fā)”這兩種不同的狀態(tài)下控制氣缸動作。在機床滑塊上死點向下運行時觸發(fā)接觸開關(guān)，測試發(fā)現(xiàn)氣缸未到位時發(fā)出警報和機床急信號。

4 結(jié)論與建議

（1） 采用Q235B 鋼級Φ219.1 mm×7.0 mm高頻電阻焊鋼管的消防水管道， 其化學(xué)成分、 力學(xué)性能符合GB/T 3091—2015 《低壓流體輸送用焊接鋼管》 要求， 金相組織未見異常。

（2） 該消防水管道泄漏的主要原因是鋼管表面冷纏帶及底漆脫落， 導(dǎo)致鋼管金屬基體在土壤介質(zhì)中發(fā)生局部腐蝕及穿孔。

問：我們都看過事件的現(xiàn)場視頻片段，曾先生在警察面前倒地，大叫“殺人啦”。他的這種表現(xiàn)是否也有不對的地方？

（3） 在管道的建設(shè)及施工過程中應(yīng)注意保持鋼管外表面防腐涂層及保護層完好， 避免其破損導(dǎo)致鋼管腐蝕。 在條件允許時應(yīng)對該消防水管道進行開挖， 檢查防腐涂層及保護層的破損情況并及早修復(fù)， 避免腐蝕的進一步發(fā)生。

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