市政給排水管道的耐蝕設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北 武漢 430010)

市政給排水管道的耐蝕設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析

黃萍

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司湖北武漢430010)

鋼制管道是市政給排水管道建設(shè)的重要的施工材料，這種管道具有一定的安全性與可靠性，對(duì)城市居民生活具有一定的保障作用。鋼制管道使用過(guò)程中，其使用壽命容易受到晶間腐蝕的影響而出現(xiàn)變化，容易對(duì)市政給排水管道功能的發(fā)揮造成嚴(yán)重的影響。本文主要對(duì)市政給排水管道腐蝕問(wèn)題進(jìn)行探討，對(duì)如何優(yōu)化給排水管道耐蝕性能進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

給排水管道；晶間腐蝕；耐蝕優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、引言

市政給排水工程建設(shè)的主要目的是滿足城市居民對(duì)水資源的需求，確保人們的生活質(zhì)量。而在給排水系統(tǒng)排水和供水功能發(fā)揮過(guò)程中，給排水管道起到了一定的重要作用。雖然有關(guān)給排水工程建設(shè)方面的施工管理已經(jīng)逐漸提升，但給排水系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中仍然會(huì)存在系統(tǒng)失效問(wèn)題，從而對(duì)人們的日常排水供水造成嚴(yán)重的影響。對(duì)給排水系統(tǒng)功能失效進(jìn)行分析，管道腐蝕是造成給排水系統(tǒng)失效的重要因素之一。因此，加強(qiáng)給排水管道腐蝕、耐蝕方面得到分析研究是很有必要的。

二、分析給排水管道腐蝕

對(duì)市政給排水管道材料進(jìn)行分析，為確保給排水系統(tǒng)功能的穩(wěn)定發(fā)揮和有效應(yīng)用，在進(jìn)行市政給排水工程建設(shè)時(shí)一般都會(huì)選擇鋼制材料作為管道材料。雖然在給排水管道施工過(guò)程中對(duì)管道進(jìn)行了一定的防腐技術(shù)處理，但給排水管道在應(yīng)用過(guò)程中容易受到外界因素的干擾而出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。給排水管道需要預(yù)埋在地下，在給排水系統(tǒng)功能發(fā)揮中不可避免的會(huì)和一些水土接觸，從而造成管道腐蝕和給排水系統(tǒng)功能失效。對(duì)給排水管道腐蝕因素進(jìn)行分析，造成給排水管道腐蝕的原因主要有土壤、水分、酸性等[1]。

對(duì)土壤進(jìn)行分析，土壤中擁有的組成部分與性質(zhì)十分復(fù)雜，不同土壤對(duì)給排水管道造成的腐蝕程度也存在一定的差異性。給排水管道在長(zhǎng)期應(yīng)用過(guò)程中會(huì)因?yàn)橥寥赖碾娀瘜W(xué)腐蝕而出現(xiàn)一些細(xì)小的孔隙。土壤中的氧與水分會(huì)對(duì)給排水管道造成一定的腐蝕。若給排水管道周圍的透氣性比較好，則管道腐蝕程度也會(huì)逐漸加快。對(duì)土壤性質(zhì)進(jìn)行分析，若土壤的酸性比較強(qiáng)，則土壤對(duì)給排水管道的腐蝕性能也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)，從而加大給排水管道被腐蝕的可能性。另外土壤中的鹽成分也會(huì)對(duì)土壤的腐蝕能力產(chǎn)生促進(jìn)作用。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)土壤中的含鹽量較大時(shí)，土壤的導(dǎo)電率就會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致土壤的腐蝕速率加快。鹽成分中的氯離子能夠直接參與到金屬電化學(xué)溶解反應(yīng)中，從而對(duì)土壤的腐蝕性能起到一定的積極作用。尤其是在一些鹽場(chǎng)附近或者靠海邊的土壤，土壤中擁有的鹽成分含量相對(duì)較大，土壤本身?yè)碛械母g性能也會(huì)相應(yīng)加強(qiáng)。若在此類地區(qū)建立給排水系統(tǒng)，則系統(tǒng)管道被腐蝕的可能性也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)。對(duì)土壤中的水分進(jìn)行分析，土壤中的水成分容易對(duì)給排水管道造成一定的腐蝕。若土壤中擁有的水分子數(shù)量較多時(shí)，對(duì)給排水管道的腐蝕能力就會(huì)減弱。當(dāng)水分子數(shù)量逐漸降低時(shí)，對(duì)管道的腐蝕能力就會(huì)逐漸增強(qiáng)。當(dāng)土壤中的水分子數(shù)量小于10%時(shí)，土壤中的電阻率就會(huì)加強(qiáng)，陽(yáng)極極化也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)，從而使水分子的腐蝕速率減小。

三、分析管道耐蝕優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)給排水管道腐蝕情況進(jìn)行分析可知，鋼制管道容易因?yàn)轭A(yù)埋環(huán)境中的酸性、水分子、鹽含量等土壤成分而出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。下面主要從陰極保護(hù)設(shè)計(jì)、草酸電解浸蝕、涂層設(shè)計(jì)等方面對(duì)如何提升管道耐蝕性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(一)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)

從目前給排水管道腐蝕情況來(lái)看，由于給排水工程建設(shè)場(chǎng)地的不同，管道腐蝕問(wèn)題存在一定的差異性。當(dāng)給排水管道處于電解質(zhì)環(huán)境時(shí)，容易出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從而對(duì)給排水鋼制管道造成一定的腐蝕。針對(duì)這種問(wèn)題，就需要應(yīng)用到陰極保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使管道的耐腐蝕性能得到增強(qiáng)。陰極保護(hù)主要是將給排水鋼制管道作為陰極，然后通過(guò)直流電流使給排水管道產(chǎn)生極化反應(yīng)。對(duì)給排水鋼制管道進(jìn)行陰極保護(hù)設(shè)計(jì)，能夠?qū)艿辣砻嫫鸬揭欢ǖ谋Ｗo(hù)作用，減少管道表面不均勻腐蝕出現(xiàn)的概率。陰極保護(hù)設(shè)計(jì)在成本應(yīng)用方面的比例相對(duì)較低，具有一定的經(jīng)濟(jì)性，一般應(yīng)用于一些海洋平臺(tái)。在進(jìn)行陰極保護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)處理時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)管道預(yù)埋環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理應(yīng)用。從陰極保護(hù)效果來(lái)看，其在電解質(zhì)環(huán)境中對(duì)給排水鋼制管道產(chǎn)生的保護(hù)作用相對(duì)較高。目前陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方式有兩種，包括強(qiáng)制電流保護(hù)與犧牲陽(yáng)極保護(hù)，這兩種方式都能夠?qū)o排水鋼制管道耐腐蝕性能起到一定的積極作用。在進(jìn)行陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方面，可以將陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方式與覆蓋層保護(hù)相結(jié)合應(yīng)用。這種聯(lián)合設(shè)計(jì)方式能夠使陰極保護(hù)的電能消耗量降低，對(duì)給排水鋼制管道的使用壽命具有一定的保障作用[2]。

(二)草酸電解浸蝕分析

利用草酸電解浸蝕實(shí)驗(yàn)，對(duì)給排水管道抗晶間腐蝕能力進(jìn)行分析，從而制定出相應(yīng)的給排水鋼制管道耐蝕設(shè)計(jì)方案。選取給排水鋼制管道作為實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)試驗(yàn)用鋼進(jìn)行固溶處理，將處理后的試驗(yàn)用鋼放入草酸溶液中進(jìn)行電解浸蝕實(shí)驗(yàn)。再選取給排水鋼制管道進(jìn)行固溶處理與敏化處理，并對(duì)處理后的試驗(yàn)用鋼進(jìn)行草酸電解浸蝕分析。對(duì)試驗(yàn)用鋼晶間腐蝕狀態(tài)進(jìn)行分析、評(píng)定。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，經(jīng)固溶處理后的鋼制管道被草酸電解浸蝕腐蝕之后晶界表面并沒(méi)有出現(xiàn)腐蝕坑現(xiàn)象或者腐蝕溝。對(duì)試驗(yàn)用鋼表面組織進(jìn)行電鏡掃描發(fā)現(xiàn)，基體組織表現(xiàn)出臺(tái)階狀。對(duì)經(jīng)固溶處理和敏化處理后并被草酸電解浸蝕腐蝕后的實(shí)驗(yàn)用鋼進(jìn)行分析，試驗(yàn)用鋼中的多數(shù)晶粒周圍已經(jīng)存在腐蝕坑和腐蝕溝，試驗(yàn)用鋼出現(xiàn)了晶間腐蝕現(xiàn)象。從草酸電解浸蝕實(shí)驗(yàn)分析中可以看出，給排水工程應(yīng)用的鋼制管道本身?yè)碛械目咕чg腐蝕能力相對(duì)較低。對(duì)鋼管管道進(jìn)行分析，鋼管管道生產(chǎn)過(guò)程中的熱處理工藝無(wú)法將富Nb相完全析出。針對(duì)這種情況，相關(guān)鋼制管道制造部門在進(jìn)行生產(chǎn)制造時(shí)，應(yīng)該對(duì)供貨態(tài)鋼管進(jìn)行穩(wěn)定化處理，從而將富Nb相完全析出。

(三)涂層優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)前給排水系統(tǒng)中的鋼制管道腐蝕情況日趨嚴(yán)重，對(duì)給排水功能正常發(fā)揮造成的影響越也愈加嚴(yán)重。針對(duì)這種情況，施工部門在給排水管道工藝安排時(shí)，應(yīng)該選擇涂層防腐方式對(duì)鋼制管道進(jìn)行覆蓋層保護(hù)設(shè)計(jì)。對(duì)當(dāng)前涂層保護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，比較常用的防腐涂料有三層聚乙烯防腐涂層、有熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層、環(huán)氧涂層等。其中環(huán)氧涂層具有一定的防腐性能，從而對(duì)鋼制管道提供一層保護(hù)膜，以增強(qiáng)管道的耐腐蝕能力。環(huán)氧涂層具有一定的耐酸性能與抗堿性能，可以將環(huán)氧涂層作為酸堿性較強(qiáng)的施工場(chǎng)地管道設(shè)計(jì)中。另外，環(huán)氧涂層具有一定的耐鹽性能，能夠?qū)σ恍┖}量較多的土壤起到一定的抗腐蝕能力，從而降低管道電化學(xué)溶解反應(yīng)出現(xiàn)的概率，對(duì)管道耐蝕性能具有一定的增強(qiáng)作用。比如在進(jìn)行含鹽量較多或者一些靠海邊市政道路給排水工程設(shè)計(jì)方面，可以將環(huán)氧涂層作為優(yōu)化管道耐蝕性能的方式之一[3]。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上分析可知，市政給排水系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)殇撝乒艿赖母g問(wèn)題而出現(xiàn)給排水功能失效情況，從而對(duì)人們的供水需求與市政道路排水造成一定的影響。針對(duì)這種情況，相關(guān)建筑部門應(yīng)該對(duì)給排水管道本身的抗腐蝕性能、管道預(yù)埋環(huán)境等方面進(jìn)行考慮，加強(qiáng)給排水管道耐蝕性能方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用研究。

[1]賈飛.奧氏體不銹鋼焊接中的晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)簡(jiǎn)述[J].機(jī)電信息.2017(21)

[2]王永東,鐘慶東,任帥東.電子束焊工藝對(duì)304不銹鋼焊縫抗晶間腐蝕性能的影響[J].腐蝕與防護(hù).2017(08)

[3]余艷妮,張健康,李美歲.基于不銹鋼堆焊層晶間腐蝕原因淺析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2016(24)