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城市給水管網(wǎng)腐蝕機理及防護措施

文檔作者：楊宏濤，叢蘋，周榮敏文檔來源：鄭州大學環(huán)境與水利學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月15日
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2008正
第3期
麓
Pipeline
技 術
Technique
設 各
Equip ment
2008
No．3
城市給水管網(wǎng)腐蝕機理及防護措施
楊宏濤，叢蘋，周榮敏
(鄭州大學環(huán)境與水利學院，河南鄭州450001)
摘要：針對給水管道腐蝕的危害性，從給水管網(wǎng)腐蝕機理出發(fā)，提出可通過提高出廠水質(zhì)、加強管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測、采用非
金屬管材、管道涂襯、陰極保護、加緩蝕劑、高壓水射流清洗等措施，控制給水管網(wǎng)的腐蝕，以提高給水管網(wǎng)的水質(zhì)，防止管
網(wǎng)水質(zhì)的二次污染。
關鍵詞：給水管網(wǎng)；腐蝕機理；措施
中圖分類號：TU503 文獻標識碼：A 文章編號：1004—9614(2008)03—0050—02
M echanics of Corrosion on Pipe Networks of
W ater Supply and Prevention M easures
YANG Hong—tao，CONG Ping，ZHOU Rong—rain
(School of Environment and Water Conservancy of Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China)
Abstract：Against the harmfulness of the corrosions of pipe networks for water supply，it puts forward many measures from the
angle of mechanics of corosion，such as improving the quality of water，reinforcing the water quality monitoring of pipe networks，
using non—metal pipes，paintcoat，cathodic protection，and pipe washing，to reduce the corosion and upgrade the quality of water
supply and prevent secondary water pollution．
Key words：pipe networks of water supply；mechanics of corosion；measures
0 引言
管道腐蝕是造成管網(wǎng)水質(zhì)二次污染的主要原因，不僅可能
導致管網(wǎng)水的濁度、色度、細菌種類和數(shù)量、有毒重金屬含量等
水質(zhì)指標惡化，而且可能引起管壁變薄及穿孔漏水，縮短管道
使用壽命，降低管道輸水能力和增加輸水能耗等 ]。從引起管
道腐蝕的機理出發(fā)，提出通過采取防腐措施，可有效防止供水
管網(wǎng)腐蝕的形成，提高給水管網(wǎng)水質(zhì)。
1 給水管道的腐蝕機理
1．1 電化學腐蝕
金屬管道的內(nèi)腐蝕首先是電化學腐蝕的過程，并受陰極過
程控制 。以鋼管為例，陽極過程中，鐵以離子形式進入水中，
同時將電子留在金屬中；水中H 和氧吸收電子被還原而產(chǎn)生
吸氧或析氫腐蝕。在管壁生成Fe(OH)：，進一步氧化成
Fe(OH)，附著于管壁面。主要的反應式如下：
Fe—÷Fe。 +2e一
0．502+H20 +2e—u÷20H 一
2H +2e—u÷H2
Fe +20H一一Fe(0H)。
4Fe(oH)2+02+H20— Fe(OH)3
1．2 微生物腐蝕
給水系統(tǒng)存在鐵細菌、硫酸鹽氧化(還原)菌、黏液異養(yǎng)菌
群、硝酸鹽氧化(還原)菌等微生物，它們往往直接參與和干擾
腐蝕過程，形成微生物腐蝕，其中最常見的是鐵細菌和硫酸鹽
氧化(還原)菌和黏液異養(yǎng)菌群。
收稿日期：2007—11—28 收修改稿日期：2007—12—05
鐵細菌是一種特殊的營養(yǎng)菌類，它依靠鐵鹽的氧化，以及
在有機物含量極少的清潔水中，利用細菌本身生存過程中所產(chǎn)
生的能量而生存。由于鐵細菌在生存期間能排出超過其本身
體積499倍的Fe(OH) ，所以有時能使水管嚴重堵塞；另外，鐵
細菌又常在管內(nèi)壁附著生長形成結瘤，形成氧濃差局部腐蝕。
常見的參與金屬腐蝕的鐵細菌為：嘉氏鐵柄桿菌屬Gallionella、
鐵細菌屬Cmothrix、纖毛菌屬Leptothrix、球衣菌屬Sphaerotilus
及鞘鐵細菌Siderocapsa．不同屬的鐵細菌其特性不同，適宜的生
長條件及影響因素各有差別，因此，需要對不同管路進行針對
性的研究，有針對性地提出腐蝕控制策略。
硫酸鹽氧化(還原)菌一種腐蝕性很強的厭氧細菌，它常存
在于管內(nèi)壁上，在沒有氧氣的條件下，在金屬管道電化學過程
中主要在陰極起極化劑作用，能反硫酸鹽還原成硫化物，這樣
就加快了管道的腐蝕結垢速度。據(jù)報道 ]，在鐵、硫細菌參與
下的腐蝕速度會增大300～500倍。
黏液異養(yǎng)菌群主要是通過菌群的代謝形成黏泥或管垢，為
硫酸鹽還原菌提供厭氧環(huán)境，同時可降低水質(zhì)或造成管道堵
塞。在各個領域有報道的黏液異養(yǎng)菌包括節(jié)細菌屬Arthrobact—
er、奈瑟氏球菌屬Neisseria、芽孢桿菌屬Bacillus、黃桿菌屬Flavobacterium
、不動細菌屬Acinetobacter、庫特氏菌屬Kurthia、微
球菌屬Micrococcus、葡萄球菌屬Staphylococcus、棒狀桿菌屬
Corynebacterium．真菌包括鐮孢屬Fusarium、毛霉屬Mucor、青霉
屬Penicillium、曲霉屬Asper611us、黏帚菌屬Glicladium、鏈格孢
Alternaria．
1．3 水質(zhì)的影響
1．3．1 pH 值
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第3期 楊宏濤等：城市給水管網(wǎng)腐蝕機理及防護措施 51
pH值呈中性時，腐蝕速度不受pH值影響；pH值偏酸性
時，發(fā)生放氫反應，腐蝕速度加??；pH偏堿性時，腐蝕速度隨
pH值增加而減小。pH值發(fā)生變化時，F(xiàn)e(OH)。部分脫水生成
鐵銹(Fe O。·H：O)沉積于管壁，由于Fe：O。較松散，故對管壁
不會產(chǎn)生致密保護層。
1．3．2 水中溶解性物質(zhì)
水中溶解性固體(TDS)增加，其導電率增加，局部電流也
增加，同時腐蝕產(chǎn)物離開金屬表面，會導致腐蝕速度加快。水
中溶解的離子對管道的腐蝕也有影響，其中水中溶解的陽離子
為cu 、Fe 等氧化性重金屬離子時，則對陰極極化過程有害；
而ca 、zn 、Fe 則產(chǎn)生防蝕作用。如果水中含Ca 、Mg
鹽較多，由于水中的重碳酸鈣在鋼表面形成碳酸鈣膜，阻止了
溶解氧的擴散，所以腐蝕性小。cl一等鹵族元素是產(chǎn)生點蝕和
應力腐蝕的原因之一，SO；或NO3-比cl一影響小，PO；一、sio；
等有緩蝕作用。另外，水中溶解氧的消耗也會加快管道的腐蝕
速度。
1．4 流速的影響
腐蝕速度開始隨流速增加而增加，這是由于管壁表面溶氧
增多，加快陰極吸氧速度。當流速增加到一定程度，氧到達管
表面的速度可建立起氧化條件，使鋼鐵鈍化，腐蝕速度急劇下
降。直到流速增加到更高，出現(xiàn)機械破壞表面保護層，腐蝕速
度重新增加。
1．5 溫度的影響
研究表明：在敞口體系中，溫度在到達80℃前，腐蝕速率
隨溫度升高而增加，后又逐漸降低；而在封閉系統(tǒng)中，腐蝕速率
隨溫度升高而不斷增加。
2 給水管道腐蝕的防治措施
2．1 提高出廠水質(zhì)
提高出廠水質(zhì)是控制給水管道腐蝕的根本途徑 J。每種
水都具有腐蝕性，其強弱與水的理化特征和所接觸材料的表面
性質(zhì)有關。一般情況下，與水質(zhì)惡化有關的腐蝕主要受生物過
程調(diào)控，可對消毒工藝和消毒類型進行調(diào)整。氯仍是國內(nèi)主要
的消毒劑，在使用氯進行消毒處理時，應注意兩種錯誤的傾向：
一些水廠沒有對出廠水進行消毒，因此即使出廠水質(zhì)較好，管
網(wǎng)水質(zhì)也很難保證，有些水廠加氯量偏大，雖然加氯量越多，消
毒效果越好，但是加氯量越多，副作用也越大，因此應該避免。
2．2 加強管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測
建立管網(wǎng)腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)有利于盡早發(fā)現(xiàn)和預報水質(zhì)惡化
情況，便于水廠和用戶采取對策；收集和積累水質(zhì)的基本運行
數(shù)據(jù)，為水廠的運行管理提供理論依據(jù)，為水系統(tǒng)內(nèi)腐蝕的控
制研究提供試驗數(shù)據(jù)。有關資料表明 ：影響水的腐蝕性指標
通常有pH值、堿度、硬度和溶解性的固體，這些參數(shù)用于計算
腐蝕指數(shù)(例如lJI指數(shù)、cI指數(shù)、AI指數(shù))，分析水的腐蝕性。
因此，可根據(jù)原水水質(zhì)和管材選擇確定水質(zhì)分析項目。例如，
鑄鐵管和球墨鑄鐵管及鋼管測定Fe、Mg、Do、色度、導電率、pH、
堿度、硬度；凝土管和石棉水泥管測定導電率、pH、堿度和ca硬
度，石棉水泥管測石棉纖維。
2．3 采用非金屬管材
預應力或自應力鋼筋混凝土管、聚氯乙烯(PVC)管、PVC
管的衍生品硬質(zhì)聚氯乙烯(UPVC)管、玻璃鋼／聚氯乙烯(FPR／
PVC)復合管、玻璃鋼／聚丙烯(PEP／PP)復合管等塑料管，具有
質(zhì)量輕、耐腐蝕、管壁光滑、水流阻力小、防垢等優(yōu)點，建議在室
內(nèi)管道和管網(wǎng)末端大量采用。最近，中、高密度聚乙烯塑料管
也在國外廣泛使用。它比一般的聚氯乙烯管強度更好，可耐腐
蝕和防止內(nèi)部結垢，造價比鋼管低。這種管材施工多用焊接，
可以連接很長，有的連成3 km長再敷到溝內(nèi)。
2．4 管道涂襯
對于一些有輕微腐蝕和結垢的管道，定期安排進行管道沖
洗、消毒，沖洗后進行涂襯，以減緩管道腐蝕的速度；對于新敷
設的管道，一次性處理后可大大延長使用壽命。管道常用附加
內(nèi)襯的方法主要有兩種類型：水泥砂漿襯里和環(huán)氧樹脂涂襯。
2．4．1 水泥砂漿襯里
水泥砂漿襯里是在管道的內(nèi)部噴涂砂漿，靠自身的結合和
管壁的支托，結構牢靠。它的粗糙系數(shù)比金屬小，對管壁能起
到物理性能保障，同時也能起到防腐的化學性能。水泥與金屬
管壁接觸，能形成很低的pH值。
2．4．2 環(huán)氧樹脂涂襯
使用環(huán)氧樹脂和硬化劑混合后的反應型樹脂，可以形成快
速、強勁、耐久的涂膜，它具有耐磨性、柔軟性、緊密性。噴涂
0．5～1 mm厚即可達到防腐要求，經(jīng)2 h的養(yǎng)護后便可投入清
洗、排水。
2．5 陰極保護
陰極保護是保護水管的外壁免受土壤侵蝕的方法。根據(jù)
腐蝕電池原理，兩個電極中只有陽極金屬發(fā)生腐蝕，所以陰極
保護的原理就是使金屬成為陰極，以防止腐蝕。
2．5．1 消耗陽極材料法
如使用A1、Mg、Zn等，隔一定距離用導線連接到管線(陰
極)上，在土壤中形成電路，結果是陽極腐蝕，管線得到保護，如
圖1所示。
、Ms、zn等陽極材料
圖1 不用外加電流的陰極保護法
2．5．2 通入直流電法
在管線附近的廢鐵和直流電源的陽極連接，電源的陰極接
到管線上，因此可防止腐蝕，在土壤電阻率高(約2 50012·cm)
或金屬管外露時使用較宜，如圖2所示。
一
圖2 應用外加電流的陰極保護法
2．6 加緩蝕劑
主要是在金屬表面形成一層薄膜，將金屬(下轉第62頁)
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62 May．2008
廉小 懇 流量／(rne．h一 ) 流量，(m％h )
圖3 未熟化聚合物混合液流 圖4 未熟化聚合物混合液流
經(jīng)普通鋼管起、終點黏 經(jīng)塑料合金復合管起、
度對比圖 終點黏度對比圖
聚合物溶液在普通鋼管中的黏度平均損失率為3．28％ ，存
在流量大(即流速大)黏度損失高的變化趨勢。
(2)未熟化的聚合物混合液無論在普通鋼管還是塑料合金
復合管的流動過程中，其黏度均沒有降低，反而增高，如圖3、圖
4所示。
說明聚合物溶液在管道流動中確實存在熟化現(xiàn)象?？赡?
是管道中的機械剪切轉變成促進聚合物進一步溶解的攪拌動
力，促使聚合物溶液在管道中熟化。
通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，聚合物混合液在管道中黏度的增加比
例隨管中流量的增加而增加，但管道中的機械剪切作用存在正
負不同影響關系，隨著流量增加，這種由機械剪切轉變成聚合
物溶解攪拌動力，有可能成為聚合物溶液降解機械剪切力，由
于實驗設備限制，未能測到其拐點，其流量的影響關系有待于
進一步探討。
4 結束語
實驗說明了管道中的機械剪切作用對于聚合物溶液存在
正負影響關系，在3次采油實際生產(chǎn)中，將對聚合物溶液的降
解機械剪切力轉化為促進聚合物進一步溶解的攪拌動力，促使
聚合物溶液在管道中熟化，對3次采油實施低成本、高水平、高
效益、可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
實驗證明了采用管道熟化的可能性，但聚合物溶液管道熟
化技術參數(shù)、熟化工藝流程則有待進一步研究。
作者簡介：倪玲英(1964一)，教授，從事教學和油氣田開發(fā)科研工作。
(上接第51頁)表面覆蓋起來，從而與腐蝕介質(zhì)隔絕，防止金屬
腐蝕。緩蝕劑所形成的膜有氧化物膜、沉淀物膜和吸附膜3種
類型。已經(jīng)應用的有氧化物型緩蝕劑、水中離子型緩蝕劑和金
屬離子沉淀膜型緩蝕劑。
2．7 高壓水射流清洗
目前，多采用高壓水射流對管網(wǎng)進行周期性清洗，高壓水
射流清洗原理是用高壓泵打出高壓水，并使其經(jīng)水管到達噴嘴
再把高壓力低流速的水轉換為低壓力高流速的射流，以其很高
的沖擊動能，連續(xù)不斷地作用在被清洗表面，從而使垢物脫
落，恢復管道通水能力，抑制腐蝕發(fā)生，實現(xiàn)高效、節(jié)能的清洗
效果。
3 結束語
由于影響管道腐蝕的環(huán)境因素很多，不同的防腐蝕技術有
各自的使用條件和局限性。在工程實際中應當針對不同給水
管道的實際情況和技術經(jīng)濟條件，選用經(jīng)濟、簡單有效的防腐
技術。為了進一步尋求新型高效的給水管道防腐技術與方法，
有待于進行更深入的管道腐蝕機理研究與探索。
參考文獻：
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筑工業(yè)出版社，2006．
[2] 伊學農(nóng)，任群，王國華，等．給水排水管網(wǎng)優(yōu)化工程設計與運行管
理．北京：化學工業(yè)出版社，2006．
[3] 朱云巧．試論給水管道腐蝕的防治．中國科技信息，2005(18)：
114．
[4] SINGLEY E J．The search for a corrosion index．AWWA ，1981，73
(11)：579—582．
[5] 嚴煦世，范瑾初．給水工程．4版．北京：中國建筑工業(yè)出版社，
1999．
[6] 秦國治，田志明．高壓水射流清洗技術及其應用．管道技術與設
備，2001(1)：38—40．
[7] 侯廣玉，孫忠芳，尚教慶，等．供水管道腐蝕成因及機理分析．油氣
田地面工程．2004，23(8)：54—55．
[8] 司清華．供水管網(wǎng)腐蝕的原因分析及措施．河南化工，2005，22
(6)：41—42．
作者簡介：楊宏濤(1982一)，研究方向為給水排水工程。
(上接第60頁)
2．2 力學性能
對材料進行拉伸試驗，試驗方法按標準GB／T 228-2002
執(zhí)行，驗收標準按照DIN 1725-1983執(zhí)行。
2．3 外觀、尺寸、形狀位置公差檢查
對照圖紙、技術協(xié)議以及JB／T 10617-2006要求檢查。
2．4 水壓試驗
壓力表精度等級為1．5；試驗時采用有約束試驗，試驗壓力
0．96 MPa；水中Cl一含量不超過25 mg／L；保壓30 min，保壓過程
中金屬波紋管補償器不允許有滲漏、損壞、失穩(wěn)等異?，F(xiàn)象。
2．5 S 試驗
金屬波紋管補償器進行s 氣密性定性檢查，試驗壓力
0．48 MPa；定量檢查，依據(jù)GB／T 11023—89以及GB 7674—
1997中有關規(guī)定進行泄漏率計算，要求其泄漏率不大于
0．5％／年。
3 補償器的包裝
包裝前應用工業(yè)酒精對產(chǎn)品進行擦洗；安裝密封面保護
蓋；安裝4個等距螺栓支撐2個松套法蘭，防止運輸過程中對
波紋的擠壓；將產(chǎn)品放置到塑料包裝袋內(nèi)；包裝箱應足夠結實，
同時包裝箱應按照JB／T 10617-2006要求貼相關產(chǎn)品標識。
參考文獻：
[1] GB 1 1O23—89 高壓開關設備s 氣體密封試驗方法．
[2] GB 7674—1997 72．5 KV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備．
[3] JB／T 10617-2006 高壓組合電器用金屬波紋管補償器．
[4] GB／T 12777-1999 金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術條件．
[5] EJMA-1998 美國膨脹節(jié)制造商協(xié)會標準．
[6] 丁艷平．高壓組合電器用金屬波紋補償器．管道技術與設備，2007
(1)：43—44．
[7] 丁艷平．高壓組合電器用金屬波紋補償器行業(yè)標準編制說明．管
道技術與設備，2007(5)：47—48．
[8] 李永生，李建國．波形膨脹節(jié)實用技術——設計、制造與應用．北
京：化學工業(yè)出版社，2000．
[9] GB／T 3280-2007 金屬材料室溫拉伸試驗方法．
[1O] DIN 1725-1983 鑄造鋁合金．
作者簡介：王福新(1964一)，高級工程師，主要從事質(zhì)量管理與控制工
作。

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