河道敷设供热管道防腐问题的研究

王 琼

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)



河道敷设供热管道防腐问题的研究

王 琼

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

介绍了供热管道内外部的腐蚀机理，从选用耐腐蚀材料、水质、外护管、管道冲洗等方面，阐述了过河管道腐蚀的防范措施，并提出了埋地套管内管道的新型防腐方法，旨在确保供热管线的安全运行。

供热管道，腐蚀机理，套管，直埋敷设

0 引言

在“十二五”期间，人们的生活水平稳步上涨，幸福指数越来越高，对于居住环境的要求更是精益求精，集中供热已成为北方地区市政建设不可缺少的部分。在集中供热热水管网敷设过程中，管道直埋敷设方式凭借着建设投资低、沿途热损失小、防腐绝缘性能好、占地少、施工快等特点，迅速成为市政供热管网敷设的主流敷设方式[1]。但对于一些特殊位置的供热管道直埋敷设的处理还缺乏典型工程案例和成熟的理论指导，本文就供热管道过河直埋敷设防腐问题做一个有益的探讨，针对河床腐蚀的特点，采取相应的保护措施，确保供热管线的安全，对供热管道的设计、施工和运行也有一定的参考价值。

1 供热管道内部腐蚀机理

1)化学腐蚀。

氧气对供热管道的化学腐蚀反应如下:

4Fe+3O2=2Fe2O3

二氧化碳本身的化学性质比较稳定，对金属管道没有腐蚀性，但二氧化碳与水结合就生成了具有腐蚀性的碳酸，碳酸对金属管道就具有了一定的腐蚀性。碳酸与铁反应生成松散的碳酸亚铁，这些腐蚀产物受到水流冲击后很快脱落，从而又能形成新的腐蚀[2，3]。

2)电化学腐蚀。

电化学腐蚀机理与化学腐蚀完全不同，电化学腐蚀又可以称为原电池腐蚀，供热管道内部存在杂质，杂质与金属管道之间会产生不同程度的电解反应，虽然电解比较微弱，但对金属管道的腐蚀确实比较严重的。在实际运行中，电化学腐蚀和冲击腐蚀同时作用，会加剧腐蚀速度，例如弯头腐蚀就是这样的情况[2，3]。

3)冲击腐蚀。

冲击腐蚀又称为机械磨损，冲击腐蚀比前两种腐蚀更加严重，危害也更大。冲击腐蚀产生的原因很多，其主要原因是管道施工完成后，没有对管道内进行彻底的冲洗，残留了砂子、土壤、其他颗粒等，在介质的推动下，对管道及管件内壁冲刷[2，3]。

4)交替腐蚀。

交替腐蚀特别能体现在间歇运行中，在运行过程中以冲击腐蚀为主，在停止运行时，以化学腐蚀和电化学腐蚀为主。在运行过程中，水流冲击又会把管道表面的腐蚀薄膜冲掉，加剧管道的腐蚀。

2 供热管道外部腐蚀机理

对于过河直埋敷设，过河段管道长时间泡在河水中，其主要腐蚀金属管道的外部，腐蚀机理主要以电化学腐蚀为主，也有少量的化学腐蚀。外部腐蚀主要分为土壤腐蚀、大气腐蚀和接触腐蚀。

2.1 土壤腐蚀

土壤的成分比较复杂，含有盐类和物质的溶液及水分，其作用的供热管道上造成严重的腐蚀，所以一般不允许钢管与外界土壤直接接触，一般要求外护有良好的防水性。其腐蚀主要为电化学腐蚀，由于土壤成分分布的不均匀性，其表现出来的是局部腐蚀，极易造成管道穿孔甚至断裂[2，3]。

2.2 大气腐蚀

大气腐蚀除了电化学腐蚀外还有化学腐蚀，不论哪种反应都有水的参与，在施工中应该注意防锈漆的质量和涂刷厚度，并在保温层外部做好防水。大气的温度和湿度对腐蚀有很重要的作用。

2.3 接触腐蚀

管道与酸性或者碱性物质直接接触，会直接产生严重的腐蚀。当管道两点存在不同的电位时，电子会从一侧移向另一侧，从而产生电势差[2]。

3 过河管道腐蚀的防范措施

3.1 选用耐腐蚀材料

过河段局部改变材料是防腐措施中最简单有效的方式，常用的碳钢对抗腐蚀性并不明显，要充分了解敷设的环境，相应的耐腐蚀的材料才是正确的选择[4,5]。

3.2 水质问题

供热管道腐蚀速率与水质的pH值有很大的关系，水质呈碱性或者强碱性，其与管道表面金属反应会产生一层保护膜，减缓腐蚀的进行，如果水质呈酸性，其会加速管道的腐蚀，故过河段要控制好河水的酸碱性，最好选择在碱性水域内敷设管道。

3.3 外护管

过河段可以采用钢套钢保温管，外护钢管采用加强防腐措施，在河两岸外伸一定长度后过渡为高密度聚乙烯外护，对工作钢管外表面刷三遍耐高温树脂防腐漆，外护钢管外表面涂熔结环氧粉末。熔结环氧粉末涂层具有稳定的电绝缘性，减缓了腐蚀的速度；具有优良的金属基体结合力；其热膨胀系数与钢管相近，耐冷热性能好。

如果过河也采用高密度聚乙烯外护，主要问题是保温接口外护要做好防水，一般采用双层密封保护，先用热熔套再用热缩带封口。

3.4 加强管道冲洗

在施工过程中要加强管理，清理施工中管内残余的铁屑和泥沙等，正式运行前要把管内冲洗干净。一般过河处为管线的低点，为防止杂质堆积于河底管道，一般在上游方向加除污器，运行几个采暖季确定管中水质干净时拆除。

3.5 停暖期湿保护

停暖以后，管内仍然注满软化水，并保持一定压力，使管道处于封闭的满水状态，防止空气中的氧气和二氧化碳进入管道，造成化学腐蚀。这种方法称为湿保护，已经被同行认可。

3.6 牺牲阳极的阴极保护法

牺牲阳极阴极保护的原理是利用不同金属的电位差异，为受保护的金属提供电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，金属表面各点电位降低到同一负电位，使金属表面各点之间不再有电位差，不再有电子的流动，金属原子不再失去电子而变成离子溶入溶液。最终达到减缓腐蚀的目的。由于在实现阴极保护过程中，较活泼的金属被腐蚀，所以，被称为牺牲阳极阴极保护。

此种方法成本高，一般用于腐蚀性比较强的环境下来保护工作管道，常用的阳极材料有镁、锌和铝。根据水质情况选择阳极材料的重量和布置间距[5]。

4 埋地套管内管道的新型防腐方法

埋地管道在穿越铁路、公路、河流时普遍采用外套管来增加强度，保护管道，加套管后金属管道的阴极保护环境被改变，阴极保护效果受到影响，并且影响管道在线监测的完整性，根据现场调查发现，在没有第三方破坏的情况下，套管内管道的外部腐蚀依旧是整个管道最易发生安全隐患的地方。

目前国内外在套管穿越处缓解管道腐蚀的主要方法是：在套管处环形空间内隔一定距离安装绝缘支撑，以保持良好的绝缘性能，在套管两端使用绝缘材料密封，防止土壤和水分进入套管；考虑到套管对阴极保护外加电流的电屏蔽作用，套管内管道得不到强制电流保护，所以通常在套管内管道上安装带状或镯式牺牲阳极进行腐蚀保护；传统的套管内管道腐蚀保护方法主要缺点为：随着时间的推移和地层结构的变化，端部密封的完整性会被地下水的进入而破坏，隔离衬垫被溶解，同时也会造成套管与管道之间的短路，这些因素都增加了套管穿越处管道外腐蚀发生的风险。

针对目前保护套管内管道腐蚀技术存在的不足，提供一种新的防腐方案，该防腐方案从防止水和土壤等杂质进入套管，确保缓蚀剂防腐效果和可使强制阴保电流流至管道，确保管道阴极保护效果两个方面为套管内管道提供全面腐蚀保护。将气相缓蚀剂和水以一定压力注入环形空间，同时在凝胶剂添加装置处添加凝胶剂，凝胶剂在进入环形空间吸收水分转化为凝胶，填充整个环形空间。气相缓蚀剂随着分子自动扩散，在整个套管内壁和管道表面形成缓蚀剂膜，有效缓减套管内管道的腐蚀，包括大气腐蚀、液/固相间腐蚀等；凝胶填充物可防止地下水及土壤等杂质进入环形空间，并允许阴保电流流至管道，提高套管穿越处管道的安全系数。

5 结语

供热管道过河敷设由于架空敷设比直埋腐蚀成本高、施工周期长、维修量大等问题，现在更多的工程选择直埋敷设，直埋敷设最大的问题是管道的防腐和放水问题，通过6种防腐措施的论述，基本上涵盖了供热管道所有腐蚀的情况。管道特殊地段的敷设在设计、施工和运行中一定要注意管道的防腐问题,这样才能确保供热管线的安全运行。

[1] 王 飞,张建伟.直埋供热管道工程设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2007:92-97.

[2] 杜玉玲，王坤忠，王 建.埋地钢质热水供热管网的腐蚀与防护[J].黑龙江科技信息，2007(4)：41.

[3] 李建刚.供热管网的腐蚀问题探讨[J].山西机械，1999(S1)：65-66.

[4] 于 宁.直埋热力管道土壤腐蚀与防护[J].管道技术与设备，2002(1)：44.

[5] 王贵强.供热管道的防腐蚀研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，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 琼(1982- )，女，工程师

TU833

A