废水排海管道防腐措施探讨

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摘 要:废水排海管道对于人们的日常生产、生活发挥了巨大重要,但其会随着时间流逝而遭受到不同程度的侵蚀破坏。防腐问题已经成为了废水排海管道所面临的主要问题之一。本文分析了管道受腐蚀的主要原因,论述了当前防腐蚀技术的现状,并从废水排海管道的特点出发,提出了一套基于科学发展观的防腐对策。

关键词:废水排海管道 防腐 重防腐蚀涂料

中图分类号:TE988.2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0058-01

废水排海管道是整个城市废水管道系统的重要组成部分。在城市废水排放中,主要是通过埋设地下废水排海管道的方式实现废水的排放。近年来,随着社会经济总量的持续提高和人民生活水平的不断改善,废水排海管道也面临日益严重的问题。由于管道在地下埋设所穿过的地形非常复杂,而且易于受到土壤的腐蚀,人们通常难以察觉管道的损坏情况。此外,维修废水排海管道所需耗费的资金极其庞大,甚至会超过重新埋设管道的花费。因此,如何针对废水排海管道做好必要的防腐工作,将废水管道系统的投资、运行费用降低,是极具经济意义的事情。

1 管道被腐蚀的影响因素

通常,埋地废水排海管道之所以受到腐蚀,主要与以下几方面因素有关:土壤腐蚀、排污介质腐蚀、排污物与管道所产生物理化学反应造成的管道内腐蚀、施工质量的优劣、人为或自然灾害破坏等。在正常工作条件下,废水排海管道受到来自周围环境的腐蚀主要包括:杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、土壤腐蚀。由于土壤是由固、液、气组成的胶质体,土体之间的空隙均填充有水和空气,而地下水所含的无机盐较多,从而导致土壤具有物理化学性质的不均匀性、离子导电性、金属材质的电化学不稳定性,形成了诱使管道腐蚀化的电化学腐蚀条件,使得土壤对废水排海管道产生腐蚀作用。

2 管道防腐技术现状

我国地形多样,所铺设的废水排海管道都必须经过一些土壤条件较为恶劣的地方,因此防腐工作在我国的管道输送环节中具有非常重要的地位。通常,防腐层的质量对于管道使用寿命具有决定性的作用。对于管道外防腐涂层,国内外主要采用的是煤焦油瓷漆、石油沥青、聚乙烯胶带、熔结环氧粉末(FBE)等。煤焦油瓷漆的粘结性能较好,吸水率较低,具有较强的抗植物根茎穿透能力,绝缘性能好,耐各种细菌。但是,煤焦油对环境保护会带来一定的不良影响,从而限制了其使用范围。但在我国,它仍然是外防腐层的主要应用材料。石油沥青防腐技术是我国于20世纪50年代从前苏联引进而来,现已成为我国铺设地下管道所采取的传统防腐方法。从20世纪70年代初开始,该防腐技术曾大量应用。但长期的使用表明,部分石油沥青涂层具有耐土壤应力差、支持植物根茎生长、使用温度范围有限等缺陷。在国际上,聚乙烯胶粘带技术主要是从20世纪50年代开始使用。我国是从20世纪60年代开始引进和研制该技术,并于1975年制成JD-403型胶粘带。该防腐技术比较适用于管件防腐和管道修复,但也存在较为明显的缺陷,例如:易在搭接处出现粘结失效,从而导致腐蚀介质渗入。在众多防腐蚀涂料中,FBE具有附着力强、耐磨蚀、抗冲击、抗阴极剥离等良好性能,目前也广泛应用于国外管道的防腐处理。但是,它也存在一些缺点,例如不耐尖锐硬物的冲击碰撞,防水性较差,施工运输过程中涂层易于被破坏,价格昂贵,现场修补困难等。通常,在碎石土、地下水位较高的地区、石方段应慎用或不用该类防腐涂料。

3 基于科学发展观的防腐对策

关于管道防腐问题,我们主要切入的思路是通过外防腐、内防腐、牺牲阳极三层保护去考虑。外防腐是采用环氧煤沥青防腐层,内防腐是通过采用内喷塑而实现。下面我们将重点讨论一下牺牲阳极保护法。为了有效的抑制钢管的腐蚀,仅靠钢管的外防腐是不够的,因为管道在运输、吊装、沉放施工过程中难免有破损之处,这些破损处将形成阴极点,就会加速腐蚀,造成穿孔,为此除外防腐涂层外,电化学保护也是十分必要的。

3.1 设计参数选择

钢管最小保护电位－0.85V(相对饱和CuSO4电极,下同);钢管最大保护电位－1.30V;钢管保护年限30年。

3.2 电化学保护方法

电化学保护方法有牺牲阳极法与外加电源法两种,两种方法在技术上均能达到预期的保护效果,在经济上二者又较接近。考虑到施工及今后管理方便起见选用牺牲阳极法保护。

3.3 阳极选择

用于海洋工程设施,海水口设施和海泥中的金属构筑物的阳极材料有铝、锌、铟、锌、镉及铝合金阳极等。其中,AL-Zn-In-Cd阳极具有较高的开路电位和发电量,而且消耗低,寿命长,特别是无腐蚀之忧。

3.4 阳极数量计算

本工程选用A21I-4型,海洋工程设施用牺牲阳极块。表面积S＝0.628m2。净重55kg,毛重58kg。

防腐要求钢管海泥下保护电流密度i＝10mA/m2,放流管及扩散器的的外表面积＝4.31×104m2。

海底钢管所需总保护电流I:

I=Si=4.31x104x10x10-3=431A

式中:S为钢管保护面积(Ω·cm);i为钢管所需保护电流密度(mA/m2);本工程取10mA/m2。

阳极接水电阻Ra的计算:Ra=0.315ρS-0.5=0.315×50×6280-0.5=0.2Ω

式中:ρ为海水电阻率(Ω·cm),取50Ω·cm;S为阳极表面积(cm2)。

钢管与牺牲阳极之间的接触电阻几乎为零,对于钢管和阳极之间的回路电阻就相当于牺牲阳极的接水电阻,故单个牺牲阳极的发生电流Ia(A)的计算:Ia=ΔV/R=ΔV/Ra=0.25/0.2=1.25A。

式中:ΔV为牺牲阳极驱动电压(V),铝合金牺牲阳极的驱动电压取0.25V;Ra为阳极接水电阻(Ω)。

阳极数量N(个)的计算:N=I/Ia=431/1.25=345(块),本工程取350块。

式中:I为总保护电流(A);Ia为每个牺牲阳极的发生电流(A)。

牺牲阳极总净重W(kg)的计算:W=N×G=350×55=19250kg。

式中:N为牺牲阳极块数;G为牺牲阳极净重(kg)。

牺牲阳极的使用寿命T(a):T=W×C/(8760×Im×k)=19250*2600/(8760×0.55×431×0.75)=32。

C为阳极材料的实际电容量(A·h/kg),取最小值2600;K为安全系数,一般取0.75;Im为结构在保护期间所需平均保护电流量(A),一般Im＝0.55×I。

3.5 阳极安装

阳极与管道连接采用焊接法,阳极安装间距为24m。

4 结语

针对防腐问题已经成为了废水排海管道所面临的主要问题之一,本文分析了管道受腐蚀的主要原因,论述了当前防腐蚀技术的现状,并从废水排海管道的特点出发,提出了一套基于科学发展观的防腐对策。文章成果有利于提高市场经济大环境下废水处理企业的市场竞争力和可持续发展力。

参考文献

[1] 米广军.涂料新产品与新技术[M].南京:江苏科学技术出版杜,2000.

[2] 胡士信.管道防腐层设计手册[M].北京:化学工业出版社,2007.