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摘要：地下供水管網(wǎng)由于常年埋地下，在外部腐蝕和內(nèi)部腐蝕的作用下，管網(wǎng)發(fā)生不同程度的腐蝕泄漏，造成供水損失量增加，管網(wǎng)腐蝕泄漏可能會導(dǎo)致管網(wǎng)壓力驟降、管網(wǎng)停運、裝置停車等嚴(yán)重后果。對地下供水管網(wǎng)腐蝕原因進(jìn)行分析并找出相應(yīng)的應(yīng)對措施，是供水管網(wǎng)安全運行的基礎(chǔ)，是企業(yè)安全穩(wěn)定發(fā)展的保障。

關(guān)鍵詞：漏點、內(nèi)部腐蝕、外部腐蝕、防腐、措施

引言

齊魯石化供排水廠西夏配水站主要擔(dān)負(fù)著乙烯新區(qū)和部分老區(qū)生產(chǎn)用水及乙烯新區(qū)和周邊農(nóng)村生活用水的供水任務(wù)。其中生產(chǎn)水由熱電專線、東西系列主管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)組成。主管網(wǎng)長約24km，自1985年投用以來，已經(jīng)連續(xù)使用了31年之久。由于長期埋置于地下，受到土壤環(huán)境和供水水質(zhì)的影響，管網(wǎng)發(fā)生不同程度的腐蝕泄漏，直接影響安全穩(wěn)定供水，對供水水質(zhì)、節(jié)能降耗和節(jié)水減排等工作帶來了巨大困擾，每年用于管網(wǎng)漏點的處理費用也是很大的一筆支出。

由于供水管線使用年限增加，管網(wǎng)漏點增加，僅2014—2015年供水管網(wǎng)出現(xiàn)17次泄漏，生產(chǎn)管網(wǎng)漏點具體分布（見圖）：

生產(chǎn)線漏點分布情況：增塑劑苯酐北環(huán)5處漏點，氯乙烯南環(huán)3處漏點，聚氯乙烯北環(huán)6處漏點，制奈區(qū)域3處漏點。中心路東西主干線運行正常，漏點全部在環(huán)狀供水線上或支線上，其中環(huán)狀供水線11處，支線6處漏點。（見表1）

表1     生產(chǎn)供水管網(wǎng)腐蝕調(diào)查情況（2015年4月）

說明：檢測壁厚13處，腐蝕嚴(yán)重的管段均出現(xiàn)在供水環(huán)狀線上。其中腐蝕速率最高點出現(xiàn)在塑料廠北環(huán)，為3.76mm/30a，壁厚減少1/3多。

部分管線腐蝕出現(xiàn)漏點圖片

增塑劑苯酐北環(huán)                                      增塑劑苯酐北環(huán)

聚氯乙烯北環(huán)                                         生產(chǎn)管線連接處盲腸

一、供水管網(wǎng)腐蝕原因分析

乙烯供水管網(wǎng)的腐蝕既包括管道外腐蝕也包括管道內(nèi)腐蝕,但是管道的內(nèi)腐蝕僅占腐蝕實效的1/6 ,主要是外腐蝕所造成的失效。

（一）外部腐蝕

影響外部腐蝕的因素是土壤腐蝕，土壤腐蝕的影響因素有：土壤的通氣性、含水量、土壤溫度、電阻率、溶解離子的種類和數(shù)量、PH值、緩沖能力、氧化還原電位、有機(jī)質(zhì)、土壤粘土礦物的類型和含量、中性鹽及硫化物和硫酸鹽的含量、微生物等。

土壤水溶液中的鹽類影響金屬腐蝕的途徑有：1、改變?nèi)芤篜H值；2、賦予氧化還原性能；3、增大電導(dǎo)率；4、陰陽離子對腐蝕過程的特殊作用。多數(shù)鹽類往往同時通過幾種途徑起作用。

土壤中所含Cl-和SO₄^2-等離子的數(shù)量，對土壤腐蝕行為有很大影響。鋼鐵在土壤中的腐蝕過程是氧的去極化過程，當(dāng)鐵失去電子成為離子時，若土壤中含有大量可溶性鹽和水時， 則進(jìn)入土壤溶液的亞鐵離子易與Cl-和SO₄^2-等離子化合， 生成溶于水的鐵化合物：FeCl₂和FeSO₄等，會加速鋼鐵的腐蝕。Cl-是一種腐蝕最強(qiáng)的陰離子，會破壞鋼表面的鈍化膜而導(dǎo)致腐蝕加速。C1-含量越高，土壤腐蝕性越強(qiáng)。S0₄^2-不僅對鋼質(zhì)管道的腐蝕有促進(jìn)作用，而且對某些混疑土材料也產(chǎn)生腐蝕。（見表2）

表2     土壤對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評價

通過對金屬管道的腐蝕過程分析，對乙烯供水管網(wǎng)的腐蝕泄漏從以下幾方面分析原因。

外部腐蝕因素：1、防腐層破壞，腐蝕多以點蝕泄漏為主；

2、土壤中的含水量、PH、電阻率、Cl-含量；

為分析環(huán)境對管網(wǎng)腐蝕的影響，在供水管網(wǎng)上對不同區(qū)域分別對土壤樣品進(jìn)行分析，結(jié)果（見表3）

表3     土壤樣品含量分析

聚氯乙烯北環(huán)土壤電導(dǎo)率明顯比其他區(qū)域高，特別是氯離子含量較高，這應(yīng)該是與其所處的環(huán)境有關(guān)，一路之隔就是鹽堆，該區(qū)域所生產(chǎn)的液氯產(chǎn)品也是導(dǎo)致土壤氯離子增加的一個原因。氯離子含量增加，導(dǎo)致土壤的腐蝕性增加，管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏的幾率增加。

乙烯供水管網(wǎng)漏點多以點蝕形式出現(xiàn)，漏點附近的防腐層消失，原因是在施工過程中防腐質(zhì)量沒有達(dá)到要求，另外，在施工完成后的回填過程中，也沒有注意對防腐層的保護(hù)，造成防腐層損傷，導(dǎo)致形成腐蝕漏點。（增塑劑苯酐北環(huán)是個明顯的例子）

（二）內(nèi)部腐蝕

給水管道在長年的運行中，由于物理、化學(xué)、電化學(xué)、微生物等作用，管道壁會出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象，而且會影響供水水質(zhì)。通過專家取樣調(diào)查結(jié)果分析，凡是沒做內(nèi)襯的管材，使用 5 年以上均百分之百地被銹蝕，尤其是普通鑄鐵管材更為明顯，結(jié)出 5cm高的銹瘤。從管道中取出的銹塊，大的約有 6cm，可見管道腐蝕的嚴(yán)重性。供水管道內(nèi)部嚴(yán)重的腐蝕結(jié)垢，還造成管徑斷面縮小，有的 DN100 管的斷面僅相當(dāng) DN50 管的斷面或者更小，嚴(yán)重影響管網(wǎng)水質(zhì)及輸水能力。特別是中小口徑鋼管，由于管內(nèi)壁沒做好防腐，管外壁防腐層太薄，造成管道嚴(yán)重腐蝕,以致管道縮徑很厲害，影響水質(zhì)水壓，加大了管網(wǎng)運行負(fù)荷。

當(dāng)管網(wǎng)水流流速增大時，管道內(nèi)表面的層流層減薄，通過該水層的氧的擴(kuò)散補(bǔ)給速度增加，促進(jìn)銹蝕；當(dāng)流速再增大時，氧供給增大，鐵管表面氧氣過剩利于鈍化，反而腐蝕減少；若流速繼續(xù)增大，由于紊流將發(fā)生氣蝕，因機(jī)械作用使鐵管表面產(chǎn)生空隙腐蝕。供水管道內(nèi)層流層、紊流層流態(tài)對金屬腐蝕影響與雷諾數(shù)、流速、管徑和長度以及管的表面條件有關(guān)。對于管網(wǎng)流速的研究，尤其需要注意管網(wǎng)流速低和水流停滯區(qū)等不利條件，低流速下的腐蝕速率變化較復(fù)雜，沒有明顯的規(guī)律性。

氯離子和硫酸根離子嚴(yán)重影響著鐵制管材的腐蝕。德國提出一項“中性鹽/堿度”比值（Larson 指數(shù)），對水中氯化物和硫酸鹽的含量進(jìn)行了限制，具體要求是：管網(wǎng)水中 ：

LI=（2［SO₄^2-］+［Cl-］）/［HCO^3-］＜1。水中氯離子和硫酸根離子可以促進(jìn)腐蝕的現(xiàn)象，腐蝕速率的增加僅僅與氯離子和硫酸根離子的濃度有關(guān)，而與水溶液中的陽離子濃度無關(guān)。

溶解氧對金屬腐蝕具有顯著的影響。氧可以作為電子受體被還原成氫氧根離子，同時金屬 Fe 被氧化為鐵銹。反應(yīng)如下：

Fe+0.5O₂+H₂O←→Fe²⁺+2OH-

Fe²⁺+0.25O₃+0.5H2O+0.5O₂←→Fe（OH）₃ （s）

3FeCO₃ （s）+0.5O₂←→Fe₃O₄ （s）+3CO₂

4 Fe₃O₄ （s）+O₂←→6Fe₂O₃ （s）

溶解氧對鋼的腐蝕速率存在雙重影響。研究發(fā)現(xiàn)，水溶液中管網(wǎng)的腐蝕速率與溶解氧濃度呈線性關(guān)系；而當(dāng)溶解氧濃度較高時，會形成鈍化層阻止進(jìn)一步腐蝕。某市給水市政管網(wǎng)進(jìn)行布點取樣，發(fā)現(xiàn)水中溶解氧濃度一般為 7～10 mg/L，相應(yīng)的鐵含量低于 0.20 mg/L；但在距離水廠最遠(yuǎn)的管網(wǎng)末端取樣發(fā)現(xiàn)，溶解氧濃度為 2～4 mg/L，相應(yīng)的鐵含量在 0.60 mg/L 以上，最高鐵含量為 1.4 mg/L。

水溫是管網(wǎng)水質(zhì)的一個重要指標(biāo)，金屬表面溫度隨著水溫的增加而增加，按照化學(xué)動力學(xué)規(guī)律，氧向金屬表面擴(kuò)散的速度加快，二價鐵在水溶液中的擴(kuò)散速度加快，電解質(zhì)的電阻降低，因而腐蝕速度加快。同時，水溫升高，管網(wǎng)微生物的活性也顯著提高，加速了微生物腐蝕進(jìn)程。管網(wǎng)水溫在工程實踐中是不可人為調(diào)控的因素，與水廠所處區(qū)域、水源選擇（地下水或地表水）以及季節(jié)變化有關(guān)。

二、管網(wǎng)腐蝕措施

（一）供水管材的選擇

目前，供水行業(yè)常用管材主要有金屬管、水泥管、鋼筋混凝土管、塑料管等。據(jù)統(tǒng)計，我國 80%以上的供水管道是灰口鑄鐵管。由于灰口鑄鐵管質(zhì)地較脆，不耐振動和彎折且易產(chǎn)生銹瘤，因此當(dāng)飲用水經(jīng)過鑄鐵管時，容易引起水質(zhì)的二次污染，影響水質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性。因此，對金屬管進(jìn)行防腐處理或選擇非金屬的耐蝕管材可有效降低和避免管網(wǎng)腐蝕。從防止管道腐蝕角度考慮，非金屬管材具有一定的優(yōu)越性。UPVC、PE 等塑料管道不會發(fā)生金屬腐蝕，而采用塑料襯里的鑄鐵管等也可較好地阻止鐵的腐蝕；同時塑料管內(nèi)壁粗糙系數(shù)很低，光滑的內(nèi)壁可顯著提高管道輸水能力，減小輸水能耗；同時管網(wǎng)微生物不易在管壁上附著，有效抑制了管壁生物膜的生長。但塑料材質(zhì)在水中可能發(fā)生溶解反應(yīng)，某些管材會向水中釋放污染物，如 PVC 管中加入的熱穩(wěn)定劑鉛鹽，以及 PVC 聚合時殘存的單體都可能轉(zhuǎn)移至水中，引起水質(zhì)污染。因此，現(xiàn)在一些地區(qū)已不再使用 PVC 作為給水管材，而采用更為穩(wěn)定的其它塑料管材如 PE 等。從工程造價角度考慮，在小口徑供水管道方面，鋼管價格較高，鑄鐵管次之，PE、UPVC 價格較低，鋼筋混凝土管最低，隨著管徑的增大，塑料管的經(jīng)濟(jì)性降低，中小口徑管道球墨鑄鐵管較經(jīng)濟(jì)；大口徑方面鋼筋混凝土管最經(jīng)濟(jì)。

（二）除銹工藝

除銹工藝較之其他防腐工藝更為簡便，只需用砂紙、鋼絲刷或電動砂輪機(jī)將被涂工件表面浮銹、焊渣、油污及疏松物除去，擦凈達(dá)到平整干燥既可施涂。需要強(qiáng)調(diào)的是被涂工件表面浮銹、油污等雜物必須除凈，否則會影響涂料的附著力和涂敷質(zhì)量。

（三）防腐材料的選擇

埋地鋼管外防腐措施常見做法有環(huán)氧煤瀝青涂料、熔結(jié)環(huán)氧粉末、3PE 防腐、聚氨酯涂料、環(huán)氧樹脂玻璃鋼等。

環(huán)氧煤瀝青漆。環(huán)氧煤瀝青的耐水性、防腐性能好，漆膜堅韌、附著力大、機(jī)械強(qiáng)度高、耐鹽堿性能好、吸水率小，使用溫度為 －20 ～100 ℃，使用壽命長達(dá)50 a。用于螺旋焊鋼管 防腐時必須與玻璃絲布一起作為加強(qiáng)層，但環(huán)氧煤瀝青漆膜較薄，玻璃絲布與漆膜不易融合，布與布之間易漏涂出現(xiàn)鼓包，漆膜涂刷易厚薄不均，影響防腐效果。與純環(huán)氧煤瀝青覆蓋層相比，其抗沖擊性、絕緣性、耐介質(zhì)腐蝕性較弱。除現(xiàn)場施工因素外，玻璃絲布的加厚是造成防腐層出現(xiàn)質(zhì)量問題的客觀原因。因此，該材料不能用于鹽漠段強(qiáng)腐蝕地基螺旋焊鋼管的防腐，但可以用于腐蝕性中等的戈壁段球墨鑄鐵管的外壁防腐。球墨鑄鐵管外壁表面粗糙，不宜用玻璃絲布作為加強(qiáng)層，一般球墨鑄鐵管常規(guī)的防腐處理是采用純漿液防腐，在除銹后的球墨鑄鐵管外壁先噴一層金屬鋅作為底層，再在金屬鋅層的表面噴涂環(huán)氧煤瀝青漆，漆膜質(zhì)量牢固可靠，因此球墨鑄鐵管的外壁防腐推薦使用環(huán)氧煤瀝青漆。

3PE 防腐結(jié)構(gòu)為 3 層，其底層為熔結(jié)環(huán)氧粉末層，中間層為膠結(jié)層，第 3 層為聚乙烯(PE)膜材料層。3PE 結(jié)構(gòu)是將熔結(jié)環(huán)氧的黏結(jié)力強(qiáng)與聚乙烯的抗機(jī)械劃傷性能有機(jī)地結(jié)合起來，聚乙烯本身又具備較強(qiáng)的抗酸、抗鹽堿能力，不受微生物侵蝕，結(jié)構(gòu)層均勻，質(zhì)量可靠，因此是鹽、堿地帶首選的防腐蝕材料，使用壽命超過40 年。3PE 防腐與環(huán)氧煤瀝青相比防腐效果更好，因此強(qiáng)腐蝕性土壤環(huán)境基段螺旋焊鋼管道的外防腐材料首選 3PE。

管道的內(nèi)防腐常見的有水泥砂漿內(nèi)襯法、液體環(huán)氧涂料、內(nèi)襯塑料方法等。水泥砂漿內(nèi)防腐水泥砂漿內(nèi)防腐除了具備取材容易，價格低廉，使用壽命長等突出特點，但養(yǎng)護(hù)周期長，在通水前應(yīng)做好養(yǎng)護(hù)措施，避免干裂脫落

（四）犧牲陽極陰極保護(hù)

強(qiáng)腐蝕性土壤環(huán)境對管道的腐蝕作用很強(qiáng)，因此對敷設(shè)管道的防腐技術(shù)提出了更高的要求。在這種土壤環(huán)境條件下，單一的防腐技術(shù)已無法滿足輸水鋼管安全運營的要求，因此選擇外防腐層和陰極保護(hù)的聯(lián)合防腐技術(shù)。

（五）提高供水管道的施工質(zhì)量

嚴(yán)格按照施工圖紙及設(shè)計規(guī)范施工，不可隨意變更設(shè)計、減少施工工序。管道底部一定要平整，不得凹凸不平，不得含有石塊等物，管身及承口都要切實著地；砌筑閥門井時，在管頂部、底部要留有一定空隙，以免沉降時壓壞管道。管材在運輸、堆放及安裝時不要損壞承插口，不得硬摔，安裝前要嚴(yán)格檢查管材外觀。支墩的后背必須緊靠原狀土，若有空隙，要用相同的材料填實；柔性接口的三通、彎頭等處，必要時要用鐵夾板帶槽鋼用特制螺栓擰緊，再支墩加固，以免產(chǎn)生位移，防止與其他管道交叉時損壞給水管道。管道相互交叉時，其凈距離應(yīng)≥ 300m m ，給水管道應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)套管，以免沉降時引起集中荷載，損壞給水管道。回填土必須夯實，密實度應(yīng)達(dá) 90％以上，管道工程竣工后必須進(jìn)行打壓試驗。管道上不許建房，建筑工程基槽開挖時，應(yīng)確保基槽邊坡距給水管道≥ 3.0m ，要有專人到施工現(xiàn)場監(jiān)督。

（六）焊接工藝要求

焊接過程是鋼制壓力管道工程施工的關(guān)鍵過程和主要過程,故對壓力管道的焊接質(zhì)量有著極為嚴(yán)格的要求，除要求焊接接頭為完全熔透焊縫外，對壓力管道的耐蝕性以及焊縫表面的質(zhì)量也有著具體的焊接標(biāo)準(zhǔn),焊縫的表面（罐內(nèi)、外）應(yīng)平緩、均勻,不得有明顯的凸凹焊道。焊接技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)焊接工藝評定并結(jié)合施工現(xiàn)場的實際條件制定切實可行的焊接工藝指導(dǎo)書，焊工必須嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，以保證壓力管道工程中的焊接質(zhì)量。

（七）合理控制管道中水的流速

一般來講，任意管徑的管道都有一定的經(jīng)濟(jì)流速范圍，所謂經(jīng)濟(jì)流速即一定年限內(nèi)，管網(wǎng)造價和管理費用的最經(jīng)濟(jì)的流速，為了防止管網(wǎng)因水錘現(xiàn)象出現(xiàn)事故，在技術(shù)上最高流速限制在 2.5-3 米/秒的范圍內(nèi)，為避免水中雜質(zhì)在管內(nèi)沉積，最低流速應(yīng)大于 0.6 米/秒。

（八）利用儀器對管網(wǎng)進(jìn)行檢查

隨著運行時間的推移管線會不同程度的產(chǎn)生銹蝕和老化，一部分漏點會因為所處的位置，會因土壤松散、路面堅硬、地下空洞不會流出地面，這樣平時巡檢無法發(fā)現(xiàn)，造成極大的水資源損失，因其特點日常巡檢基本無法發(fā)現(xiàn)，會長期存在于地下泄漏，利用區(qū)域泄漏普查系統(tǒng)—多探頭相關(guān)儀(soundsens)對供水管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)域的普查，如若發(fā)現(xiàn)漏點，能在不開挖供水管線的情況下精確定位漏點位置，精度小于30MM。

三、結(jié)束語

管網(wǎng)腐蝕的因素較多，要根據(jù)具體的內(nèi)部和外部環(huán)境進(jìn)行具體的分析，根據(jù)不同的腐蝕原因制定不同的防腐措施，現(xiàn)階段管網(wǎng)防腐的方法比較有限，所以管網(wǎng)腐蝕的原因分析和對應(yīng)措施任重而道遠(yuǎn)。

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第一作者介紹：魏曉（1986.11），男，2009年7月畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)于齊魯石化供排水廠工作，從事設(shè)備學(xué)科研究方向。