工业集控区污水处理厂金属工艺管道腐蚀分析及措施

王海涛

摘要：金属腐蚀是指金属在周围介质的化学或电化学作用下，与物理、机械或生物因素共同作用，造成金属损伤的现象。根据腐蚀过程，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。日常生活中常见的锈蚀现象是钢铁及铁合金在自然环境中形成的腐蚀产物，也是一种腐蚀现象。污水处理厂的工艺管道大多采用碳钢、不锈钢等金属材料，但随着时间的推移，金属工艺管道的腐蚀已成为影响污水处理厂正常生产的重要因素。

关键词：工业集中控制区;污水处理厂;金属工艺;管道腐蚀分析;措施

1原因分析

1.1氧气的影响

自然界中铁锈最常见的原因是氧腐蚀，它与以下化学方程式反应：

阳极反应：铁→Fe2++2E-;

阴极反应：O2+2H2O+4E-→4OH-;

4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3;

2Fe（OH）3→Fe2O3·H2O+2H2O;

Fe（OH）3→FeO（OH）+H2O;

8FeO（OH）+Fe2+2e-→Fe3O4+4H2O

从上面的方程式可以看出，铁在没有水和氧气的情况下不会生锈，但空气中会有大约21%的氧气体积，氧气腐蚀现象是不可避免的。

1.2相对湿度的影响

空气中的相对湿度越高，金属管道表面的水膜越厚，空气中的氧气越容易通过水膜到达金属表面并发生反应。钢的临界相对湿度约为70%。当相对湿度达到临界值时，金属腐蚀速率将大大增加。工业集控区污水处理厂位于闽南沿海地区，距海岸线最短距离约400m。在该地区，高湿度阶段主要发生在春季和夏季，离海岸线越近，高湿度现象越突出，来自海洋的高湿度会伴随一定的腐蚀。因此，高湿度现象必然导致相对湿度超过临界值，从而加速金属管道的腐蚀。

1.3温度的影响

环境温度与相对湿度有关。在干燥环境（如沙漠）中，金属管道表面很难形成水膜，无论温度有多高，金属都不易生锈。然而，当相对湿度达到临界值时，温度的影响将显著增强。当温度升高10℃时，腐蚀速度将增加两倍。因此，在湿热地区或雨季，温度越高，腐蚀现象越严重。污水处理厂位于工业控制区，属亚热带季风气候，年平均气温20～21℃，最冷时段平均气温11～12℃。夏天更长，从5月持续到10月，是一年中的一半时间。因此，污水处理厂全年大部分时间处于高温环境中，这势必加剧金属管道的腐蚀。

1.4输送介质的影响

本集控区污水处理厂主要负责本区漂白、染色、电镀废水的集中处理。由于废水中含有酸、碱、盐及各种有机化学品、无机化学品，其介质组成非常复杂，导致金属工艺管道，尤其是碳钢、不锈钢管道经常出现由内而外的腐蚀现象。同时，随着废水在管道中停留时间的增加，废水中的溶解氧和硝酸盐被完全消耗，导致管道内的厌氧环境会促进H2S、NH3、SO2等有害气体的产生，也会造成管道的腐蚀;此外，污水中的硫最终通过一系列生化反应转化为H2SO4，然后与金属管道反应，金属管道也会腐蚀管道。

1.5其他影响

除上述因素外，空气中含有的其他腐蚀性物质，如盐雾、二氧化硫、硫化氢和灰尘，会加速金属管道的腐蚀。此外，不同地区、不同环境的腐蚀差异更为直观，如城市高于农村;工业区高于生活区;高尘区高于低尘区。污水处理厂位于沿海工业控制区，空气中其他腐蚀性物质的浓度将高于周边区域，因此金属管道的腐蚀更为明显。

2问题和解决办法

据实际统计，污水处理厂的污水处理池至少有十根金属管。针对上述情况，运维单位已将金属工艺管道的维护改造提上议事日程，并就维护改造方案咨询了多家专业厂家，但均未取得令人满意的效果。主要原因是项目实施较早，初步设计阶段未充分考虑管道后期的维护条件。金属工艺管道与处理池的连接未预留相应的截止阀，导致只有在停产并排空池体后才能实现管道的维护/改造。最后，为确保在短期内不影响生产，运维单位计划采取措施，加强对腐蚀金属工艺管道的保护。强化保护措施到位后，在不影响生产的情况下，将金属工艺管道纳入各污水处理池综合考虑，然后每年按计划进行检修或改造。

3处置措施

加强防护措施主要是根据金属工艺管道腐蚀的实际情况，采用玻璃钢纤维对金属工艺管道进行密封，确保不影响正常生产。建议方案为：所有原防腐金属工艺管道和阀门均采用玻璃纤维涂层，完全采用混凝土水池和玻璃纤维涂层管道密封接口段，且玻璃纤维增强塑料管壳涂层后满足原管道使用强度的要求，即使所有内部金属管道损坏，其外部FRP加固体也可以支撑管道和密封，以确保污水处理池和FRP管道的密封性能，确保管道的使用寿命至少为五年，具体流程如下：

（1） 根据现场测量尺寸，为金属工艺管道上附着的阀门部分制作一个玻璃钢密封盒，使其内部全部密封，密封盒底部结合实际要求做支撑，确保有足够的强度支撑上部管道和管道内介质及风荷载;（2） 原金属工艺管道与混凝土池的连接部分用玻璃钢法兰覆盖。混凝土池的法兰和表面用定制的密封圈密封。法兰采用加长膨胀螺栓与混凝土池连成一体紧固，保证连接部位的密封性;（3） 在原金属工艺管道内涂上直径50mm的玻璃钢管，然后用阀门密封盒密封，使原金属工艺管道和阀门全部密封在玻璃钢制品内;（4） 由于原金属工艺管道的安装位置和形式不同，应根据“一管一箱”的实际情况实施此强化保护方案;（5） 与运维单位协商制定应急预案，防止金属工艺管道在施工过程中发生断裂事故;（6） 根据现场实际情况，将污水池外原有锈蚀的钢管支架更换为玻璃钢支架，并保证固定牢固;（7） 对于部分处于悬挂状态的金属工艺管道，应制作支撑架，以提高管道的强度和使用寿命;（8） 在加强对各金属工艺管道的保护后，应进行试压，以确保施工质量，并确保被保护管道的功能和强度满足要求。

4结论

根据具体的处理措施，将加强保护的管道与未经处理的管道进行了比较。由此可见，加强对金属工艺管道的保护能显著提高工艺管道的强度，且管道外观较好。上述措施能有效控制污水處理厂金属工艺管道的腐蚀，不会影响污水处理厂的正常生产，保证水池及工艺管道的维护改造更加顺利、有序、按计划进行。

参考文献

[1]刘洪娥.南宁AA污水处理厂一期工程项目管理研究[D].广西大学，2013.

[2]郝小罗.城市规划区污水处理厂设计及工艺优化[D].西安建筑科技大学，2015.

[3]张运华.钢铁工业综合废水处理与资源化技术研究[D].武汉大学，2011.