市政給水管道防腐層技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘 要：文章介紹和總結(jié)了市政給水行業(yè)常用的球墨鑄鐵管及鋼管的內(nèi)、外防腐層技術(shù)的構(gòu)成、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，以期對(duì)給水管道防腐層的正確選擇有所貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：給水管道；球墨鑄鐵管；鋼管；防腐層

引言

目前在我國(guó)市政給水管網(wǎng)系統(tǒng)中，球墨鑄鐵管和鋼管是最普遍應(yīng)用的管材，由于是金屬材質(zhì)，管道易遭受周圍環(huán)境中各種介質(zhì)的侵蝕，發(fā)生電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕，從而嚴(yán)重影響管網(wǎng)的安全運(yùn)行和使用壽命。管道防腐的通常做法是在其內(nèi)外表面進(jìn)行防腐層涂敷，使之與腐蝕環(huán)境隔離，切斷電化學(xué)腐蝕電池的通路，以達(dá)到控制腐蝕的目的。因此，防腐層是管道抵御腐蝕的第一道防線，防腐層技術(shù)及其與陰極保護(hù)的聯(lián)合應(yīng)用是目前已證明有效的管道防腐蝕方法，因此對(duì)給水管道的內(nèi)、外防腐層技術(shù)進(jìn)行研究及總結(jié)具有重要意義。

1 給水管道外防腐層工藝

給水管外防腐主要采用涂層保護(hù)法，為保證土壤腐蝕條件下防腐層的完整性和耐久性，外防腐材料應(yīng)具有下列基本性能：（1）有效的電絕緣性。防腐層電阻率不低于10000Ω·m2；（2）良好的防潮、防水性；（3）有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，包括一定抗沖擊強(qiáng)度和硬度，良好的耐彎曲性和耐磨性，以保證在搬運(yùn)、安裝過(guò)程中及土壤壓力作用下不會(huì)造成損傷；（4）與金屬表面有良好粘結(jié)性；（5）具有熱穩(wěn)定性和耐低溫性能；（6）有陰極保護(hù)時(shí)，應(yīng)具有耐陰極剝離性能；（7）有較好的耐化學(xué)性和抗老化性，補(bǔ)傷容易。下面分別介紹鋼管和球墨鑄鐵管常見的外防腐工藝。

2 鋼管的外防腐層工藝

2.1 石油瀝青防腐層

該防腐層由石油瀝青纏繞玻璃布制得，自上世紀(jì)50年代起，就用于我國(guó)鋼管外防腐。主要優(yōu)點(diǎn)是取材容易、造價(jià)低，施工工藝成熟簡(jiǎn)單。主要缺點(diǎn)是吸水率高、機(jī)械強(qiáng)度差、不耐微生物腐蝕、易被植物根莖穿透，且對(duì)環(huán)境和施工人員有較大危害。石油瀝青是比較落后的防腐材料，在發(fā)達(dá)國(guó)家已停止使用，在我國(guó)也屬淘汰產(chǎn)品。

2.2 環(huán)氧煤瀝青防腐層

環(huán)氧煤瀝青涂料由環(huán)氧樹脂經(jīng)煤焦瀝青改性而來(lái)，綜合了環(huán)氧樹脂及煤瀝青的優(yōu)點(diǎn)，具有附著力好、耐化學(xué)腐蝕、耐潮濕、耐微生物腐蝕等特性，比石油瀝青優(yōu)越，并且價(jià)格較低。

該防腐層主要缺點(diǎn)是低溫固化速度慢，涂層質(zhì)量受施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和氣候影響大，防腐層抗沖擊性較差，結(jié)合陰極保護(hù)所需電流大，施工中有一定環(huán)境污染。近年來(lái)由于發(fā)現(xiàn)煤焦瀝青中含有致癌物，歐洲一些國(guó)家已經(jīng)對(duì)含煤焦瀝青涂料的使用范圍進(jìn)行了限制，而采用防腐性能更好、更環(huán)保的純環(huán)氧或改性環(huán)氧涂料替代。

2.3 聚乙烯膠粘帶防腐層

該防腐層結(jié)構(gòu)為底漆-防腐膠粘帶（內(nèi)帶）-保護(hù)膠粘帶（外帶）或底漆-防腐膠粘帶，采用手工或機(jī)械纏繞施工。該防腐層的絕緣電阻高，能有效抵抗雜散電流，使用方便，且對(duì)環(huán)境危害很小，價(jià)格適中，曾被廣泛應(yīng)用在防腐領(lǐng)域。但經(jīng)實(shí)際使用后發(fā)現(xiàn)，聚乙烯膠帶耐土壤應(yīng)力性能較低，受現(xiàn)場(chǎng)施工除銹技術(shù)或環(huán)境因素限制使粘結(jié)和搭接不牢固時(shí)，容易出現(xiàn)局部剝離的情況，繼而影響到陰極保護(hù)。

2.4 環(huán)氧玻璃鱗片防腐層

環(huán)氧玻璃鱗片涂料是以環(huán)氧樹脂為主要成膜物，薄片狀的玻璃鱗片為骨料，再加上各種添加劑組成的厚漿型涂料，防腐層結(jié)構(gòu)為底漆-鱗片涂料-清漆。玻璃鱗片的加入一方面把涂層分割成許多小空間，固化后收縮率小，大大降低了涂層的收縮應(yīng)力和膨脹系數(shù)，增加了附著力；另一方面大量玻璃鱗片上下交錯(cuò)排列，形成涂層內(nèi)復(fù)雜曲折的滲透擴(kuò)散途徑，使腐蝕介質(zhì)很難滲透到基材，因此該涂層具有優(yōu)良的抗介質(zhì)滲透性及耐磨性。環(huán)氧玻璃鱗片防腐層適用于埋地和水下鋼質(zhì)管道的外防腐，也常用于頂管施工中的鋼管外防腐，其缺點(diǎn)是鋼管焊縫處防腐層固化時(shí)間長(zhǎng)，受頂管施工工藝及進(jìn)度限制，在實(shí)際操作中焊縫處防腐質(zhì)量較難保證，但如果采用加溫固化，則可縮短固化時(shí)間。

2.5 三層聚乙烯（3PE）防腐層

3PE防腐層由熔結(jié)環(huán)氧粉末底層、共聚物熱熔膠中間層、聚乙烯面層構(gòu)成。該防腐涂層結(jié)合了環(huán)氧摘 要：文章介紹和總結(jié)了市政給水行業(yè)常用的球墨鑄鐵管及鋼管的內(nèi)、外防腐層技術(shù)的構(gòu)成、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，以期對(duì)給水管道防腐層的正確選擇有所貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：給水管道；球墨鑄鐵管；鋼管；防腐層底層高附著力、高抗陰極剝離性能以及PE抗沖擊能力強(qiáng)、水汽滲透率低等優(yōu)點(diǎn)，適用范圍廣，防護(hù)性能可靠，使用壽命在30年以上，是目前世界上最優(yōu)秀的外防腐結(jié)構(gòu)之一。3PE涂層分為普通型（總厚度為3.0mm左右）和加強(qiáng)型（總厚度超過(guò)3.7mm，用于穿跨越段），我國(guó)現(xiàn)行的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 23257-2009《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》，SY/T 0315-2013《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》及一些長(zhǎng)輸管道工程技術(shù)規(guī)范及技術(shù)規(guī)格書等。

3PE防腐層自20世紀(jì)80年代初，由歐洲國(guó)家研制成功并開始使用，在國(guó)外特別是歐洲應(yīng)用非常廣泛。1995年我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了該技術(shù)，在陜京輸氣管、庫(kù)鄯輸油管、西氣東輸、澀寧蘭、蘭成渝等一系列國(guó)家重點(diǎn)輸油、輸氣管道工程中應(yīng)用，累計(jì)使用量超過(guò)上萬(wàn)公里。目前3PE防腐工藝中的所有關(guān)鍵技術(shù)在國(guó)內(nèi)已全部實(shí)現(xiàn)自主開發(fā)，從原材料到設(shè)備制造均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，如今該技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)大型或重點(diǎn)新建管道工程防腐層的首選。由于3PE生產(chǎn)工藝和施工控制相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格高，目前在供水行業(yè)中應(yīng)用尚少，有報(bào)道在溫州洞頭引水一期工程（長(zhǎng)38.8kmDN1000-DN700輸水鋼管）中采用了3PE涂層與陰極保護(hù)相結(jié)合的外防腐方式，隨著3PE技術(shù)在我國(guó)的不斷推廣應(yīng)用成熟及性價(jià)比的提高，在供水管網(wǎng)中也將得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

2.6 熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）防腐層

該防腐層采用純環(huán)氧粉末涂料，將其噴涂在預(yù)熱的鋼管表面后熔融流平并固化而成，涂層結(jié)構(gòu)分為單層和雙層。單層FBE整體性能優(yōu)良，具有粘結(jié)力好、耐化學(xué)腐蝕、絕緣性好、抗土壤應(yīng)力性能好、使用溫度范圍寬（-60℃-100℃）、耐陰極剝離性能好等優(yōu)點(diǎn)，但涂層薄而脆，在施工中抗機(jī)械損傷和抗巖石擠壓劃傷能力較弱，且吸水率較高，不適合在碎石土、石方段，地下水位較高地區(qū)使用。雙層FBE以常規(guī)單層FBE為底層，以改性環(huán)氧粉末為面層，提高了涂層抗機(jī)械損傷性能和抗?jié)B性。

FBE涂層技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用有30多年歷史，在以美國(guó)為代表的美洲國(guó)家應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)90年代開始引進(jìn)和消化國(guó)外先進(jìn)的環(huán)氧粉末及工藝設(shè)備等技術(shù)，迄今為止單層FBE結(jié)合陰極保護(hù)已在我國(guó)很多重點(diǎn)工程中得到應(yīng)用，如“庫(kù)鄯輸油管道工程中62km鋼管外防腐”、“上海青草沙水源工程DN3600埋地鋼頂管外防腐”、“大伙房二期輸水工程DN1400穿越大遼河鋼頂管外防腐”等。雙層FBE有報(bào)道在寧波市城市燃?xì)夤芫W(wǎng)、金山-揚(yáng)子管道和嘉興天然氣管道工程中采用，在供水管網(wǎng)中的應(yīng)用鮮見報(bào)道。我國(guó)現(xiàn)行單、雙FBE相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有SY/T 0315-2013《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》、Q/SY 1038-2007《埋地鋼制管道雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》及一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY GJX 0105等。

2.7 HPCC新型防腐涂料

HPCC是一種全粉末涂覆的多組分系統(tǒng)，包括FBE底層、聚合物粘結(jié)劑中間層和聚乙烴粉末面層。對(duì)比3PE防腐層，HPCC采用全粉末靜電噴涂，涂層更均勻，不受焊縫區(qū)凹凸影響，可有效防止涂覆過(guò)程中出現(xiàn)漏點(diǎn)；HPCC各層間融合性好，沒有明顯分界線，內(nèi)應(yīng)力小，降低了層間剝離，提高了耐陰極剝離性能。此外，HPCC防腐層低溫適應(yīng)性好，尤其適合于寒冷地區(qū)管道防腐和施工。迄今為止，HPCC涂層已成功應(yīng)用于加拿大和美國(guó)20多個(gè)管道工程中，施工總長(zhǎng)度達(dá)數(shù)千公里，它的涂覆工藝和3PE相似，在我國(guó)是非常值得推廣的一種防腐技術(shù)。

3 球墨鑄鐵管的外防腐層技術(shù)

3.1 鋅涂層+終飾涂層

該防腐層是傳統(tǒng)的球墨鑄鐵管外防腐方法，鋅涂層附著在管壁上形成致密的保護(hù)膜，能有效隔離減輕電化學(xué)和微生物的腐蝕，鋅涂層平均值應(yīng)≥130g/m2，鋅涂層外還要采用瀝青或與鋅涂層相容的合成樹脂涂料作為終飾涂層，終飾涂層干膜平均厚度≥70um。該防腐層適用于一般性土壤，如土壤腐蝕性較強(qiáng)，可增加鋅涂層和終飾涂層厚度，提高防腐能力。

3.2 外加聚乙烯保護(hù)套

在只做基本防腐層的球墨鑄鐵管外套上厚度為0.2mm，由低密度聚乙烯制成的管狀保護(hù)套，防止管道與土壤直接接觸，同時(shí)防止地下潮氣、水分的進(jìn)出，以此達(dá)到防腐作用。該防腐措施適用于較強(qiáng)腐蝕性的土壤環(huán)境。

3.3 聚氨酯涂層

在球墨管外表面通過(guò)高壓無(wú)氣噴涂平均厚度≥1000um的聚氨酯防腐層，該涂層具有很好的耐化學(xué)腐蝕和耐電腐蝕性，機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖擊性和耐磨性好，適用溫度范圍廣（-40～100℃），吸水率極低等突出特點(diǎn)，可以使管道適應(yīng)復(fù)雜的土壤埋設(shè)環(huán)境，目前主要應(yīng)用于強(qiáng)腐蝕性土壤環(huán)境。該涂層缺點(diǎn)是制造工藝難度大，造價(jià)相對(duì)較高，但考慮到其優(yōu)良性能，仍是一種很有前景的球墨鑄鐵管道外防腐技術(shù)。

4 鋼管及球墨鑄鐵管的內(nèi)防腐層技術(shù)

給水管的內(nèi)防腐層長(zhǎng)期與輸送的水流直接接觸，要求涂層衛(wèi)生安全，抗?jié)B透性好，耐腐蝕、耐壓、耐磨、抗沖擊性好，粘結(jié)性好，粗糙系數(shù)低。目前常用的有水泥砂漿襯里、涂料襯里、襯塑等。

4.1 水泥砂漿襯里法

該防護(hù)技術(shù)是在管道內(nèi)壁均勻噴涂或涂抹一定厚度的水泥砂漿而成，其防腐機(jī)理多樣，比如堿性鈍化作用、抗?jié)B隔離作用以及回路電阻作用等，可有效抑制金屬管道的腐蝕。該內(nèi)襯是傳統(tǒng)的輸水管防腐內(nèi)襯，在供水行業(yè)中應(yīng)用已有近百年，至今仍在大量使用。該技術(shù)的原材料來(lái)源廣，性價(jià)比高，工藝成熟，使用壽命長(zhǎng)。根據(jù)輸送水質(zhì)的不同，內(nèi)襯選擇不同的水泥種類，普通硅酸鹽水泥內(nèi)襯用于輸送自來(lái)水，抗硫酸鹽水泥內(nèi)襯可用于輸送自來(lái)水、海水及再生水。該防腐層缺點(diǎn)是水泥砂漿中會(huì)有堿性物質(zhì)析出，引起輸送水PH值升高，影響水質(zhì)以及導(dǎo)致水泥內(nèi)襯逐漸破壞，這點(diǎn)在通水初期及小口徑、低流速管道中尤為明顯。

4.2 水泥砂漿內(nèi)襯+密封層

該防腐層是在水泥砂漿內(nèi)襯表面再噴涂一定厚度的有機(jī)涂層作為密封層，密封層可減少或隔絕水與管道內(nèi)壁的接觸機(jī)會(huì)，同時(shí)抑制水泥砂漿內(nèi)襯中堿性物質(zhì)的析出，具有主動(dòng)防腐和被動(dòng)防腐的綜合特征，在延長(zhǎng)內(nèi)襯使用壽命的同時(shí)也保證了水質(zhì)。目前實(shí)際工程中普遍采用環(huán)氧樹脂作為密封層的材料，該防腐層是傳統(tǒng)水泥內(nèi)襯的更新?lián)Q代產(chǎn)品，在歐洲已被廣泛應(yīng)用。

4.3 環(huán)氧陶瓷內(nèi)襯法

環(huán)氧陶瓷涂料由環(huán)氧樹脂、石英砂、流平劑、防沉劑、增韌劑固化而成，因內(nèi)含大量高純度石英粉，涂層光滑堅(jiān)硬、耐磨、耐水、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性和電絕緣性均很好。環(huán)氧陶瓷是一種新型防腐內(nèi)襯涂料，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已逐步取代水泥砂漿襯里，在國(guó)內(nèi)已有多家大型制管廠生產(chǎn)DN100-DN3300的環(huán)氧陶瓷內(nèi)襯鑄鐵管、鋼管和管件，供國(guó)內(nèi)供水工程使用并出口國(guó)際市場(chǎng)。

4.4 環(huán)氧樹脂涂料襯里

涂料主要成膜物為環(huán)氧樹脂，分為熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料及液態(tài)環(huán)氧涂料，具有附著力好、耐磨、耐介質(zhì)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在飲水及長(zhǎng)距離輸水管工程中應(yīng)用廣泛。如大伙房水庫(kù)輸水入連南段工程約14.6km的DN1800埋地壓力鋼管內(nèi)防腐采用了衛(wèi)生級(jí)熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末熱噴涂，涂層厚度不小于0.5mm。IPN8701無(wú)毒環(huán)氧涂料廣泛用于飲水艙、鋼管、水箱、水池、水塔等供水設(shè)備的內(nèi)壁涂裝。

4.5 聚氨酯涂料內(nèi)襯

采用無(wú)溶劑聚氨酯涂料噴涂而成，是一種新型長(zhǎng)效防腐內(nèi)襯，綜合性能優(yōu)異。但由于球鐵管內(nèi)表面處理比較困難，無(wú)溶劑聚氨酯涂料相對(duì)其它防腐涂料價(jià)格較高，造成產(chǎn)品整體造價(jià)較高，限制了該防腐產(chǎn)品在一些地區(qū)的應(yīng)用，目前該防腐層主要用于輸送與自來(lái)水水質(zhì)有顯著差異，具有腐蝕性水質(zhì)特點(diǎn)的軟水、淡化海水（pH≤6.5）、膜處理后水等高品質(zhì)水，如

天津生態(tài)城北疆電廠淡化海水送出工程采用了DN1000-DN1400長(zhǎng)達(dá)42km的聚氨酯內(nèi)襯球鐵管；新加坡水務(wù)局NEWATER工程（海水淡化，膜處理方式）采用了DN100-DN500長(zhǎng)達(dá)16km的聚氨酯內(nèi)襯球鐵管。我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 24596-2009《球墨鑄鐵管和管件聚氨酯涂層》。

4.6 管道襯塑

管道襯塑技術(shù)是一種新型管道內(nèi)防腐技術(shù)，通過(guò)熱壓脹合、冷拉復(fù)合、滾塑等方法把PE、PPR、PE-X等熱塑性塑料管固定在管道內(nèi)壁制作而成。管道襯塑有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）襯塑對(duì)金屬是完全均勻的覆蓋；（2）襯塑對(duì)管道內(nèi)表面的凈化要求，不像涂層與其凈化處理質(zhì)量具有直接的相關(guān)性；（3）襯塑對(duì)管道的振動(dòng)、沖擊比涂層敏感性小，不斷裂或剝落；（4）襯塑管既有金屬管的機(jī)械強(qiáng)度，又有塑料管耐腐蝕、耐磨損、流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)。管道襯塑技術(shù)可用于新管內(nèi)防腐及舊管道修復(fù)，是一種有價(jià)值和值得大力推廣的新技術(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們認(rèn)識(shí)水平的提高，各種新型環(huán)保的防腐材料及技術(shù)不斷出現(xiàn)，正逐步取代傳統(tǒng)的防腐技術(shù)得到日益廣泛應(yīng)用。不同防腐技術(shù)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，在工程實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)管道本身性能、所處環(huán)境的腐蝕性、輸送介質(zhì)、施工環(huán)境和工藝、管道設(shè)計(jì)壽命、環(huán)保要求及經(jīng)濟(jì)合理性等方面綜合考慮，才能選出最佳的防腐方式。

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