5.1.4.1 钢管防腐

    1. 改善环境因素

    控制腐蚀环境因素，提高出厂水质是有效介绍钢管腐蚀的一个重要手段。比如我国珠江下游水源水质最明显的一个特征是低硬、低碱度，因而易导致管网出现黄水问题。黄水的产生是因为水中铁、锰的氧化和输配水管道的腐蚀造成的。以深圳市为例，产生黄水主要是由于管网腐蚀所致，而控制管网腐蚀的关键是提高出厂水的化学稳定性，为此提出了再矿化工艺。所谓再矿化是指通过投加化学药剂来提高水的碱度或钙硬度。有学者分析了单独投加石灰和CO2/石灰联用的两种再矿化工艺对管网腐蚀的控制效果。结果表明：当单独投加石灰提高水样的pH值时，水的腐蚀性并未有明显改变，而CO2/石灰再矿化工艺控制腐蚀的效果较明显。与未矿化的出厂水相比，当再矿化后水的碱度提高到80 mg/L（以CaCO3计）时，对A3钢、镀锌钢、灰口铸铁和球墨铸铁的腐蚀速率分别降低了73.3%、70.0%、59.7% 和67.9%，并且此时腐蚀产物中碳酸钙的含量超过了60%，能很好地形成碳酸钙保护膜以抑制管道腐蚀。

    当水中侵蚀性CO2含量较高时，宜采用曝气法提高pH值，或采取先曝气去除CO2后投加碱剂调节pH值的流程。黄文等考察了美国加州两个供水区的曝气法控制设施腐蚀的情况。该地原水水质pH 值低、CO2含量高，溶解性无机碳约为18 mg/L，导致管网系统出现腐蚀，水中检测出铅和（或）铜超标的情况。采用曝气措施去除水中的CO2，出厂水pH 值显著提高，达到了控制腐蚀的效果。谢露璐对广西北海市禾塘水厂进行了曝气-石灰碱化法提高地下水的pH 值、去除管网水中铁和锰进行了研究。该地地下水pH 值低至4.5，游离CO2 含量为12～15 mg/L，总硬度为5mg CaCO3/L；管网水中铁、锰超标，分别达到1.5和0.75 mg/L。采用喷淋自然曝气，水的pH 值可由4.5升高至6.2。在曝气后继续投加石灰进一步提高pH值和碱度，结果显示：曝气—石灰碱化法可将出厂水pH提高至7.5，各项指标均达到水质标准要求。

    米子龙等研究发现水源切换将造成原水水质化学组分突变，易引发供水管网腐蚀产物的过量释放，严重时会发生“黄水”问题。为保障水源切换后供水管网水质稳定性，采用不同水源勾兑使用、提高管网水pH值和投加六偏磷酸盐地方法均可使管网铁释放量明显降低。由此确定了应对高硫酸盐水源切换后管网铁释放的控制对策：控制管网水硫酸根浓度小于75 mg /L；将管网水pH值由7.8调高至8.3，必要时调至8.8；投加0.3～0.5 mg /L（以P 计）的六偏磷酸盐缓蚀剂。

    硫化氢腐蚀是引起排水管道老化的一个重要原因川。1989年美国休斯顿排水处的一项研究指出， 修复该市受损的污水管道需花费470万美元，而70%的受损管道是由硫化氢腐蚀造成的。水务行业一直试图在硫化氢形成后才将其去除来达到缓减管道腐蚀的目的。然而，他们却一直忽略下水道腐蚀的根源—污水中的硫酸盐。澳大利亚的学者发现昆士兰地区下水道中硫酸盐10%来自水源水，52%来自絮凝剂，38%来于废弃物。如果自来水处理过程采用不含硫酸盐的絮凝剂取代含硫酸盐的絮凝剂，可大大减少下水道混凝土的腐蚀。更换混凝剂对自来水处理费用影响不大，但却可大幅减少下水管道防腐治理及更换管道所带来的费用。

    2. 采用非金属管材

    目前，供水行业常用管材主要有金属管、水泥管、钢筋混凝土管、塑料管等。据统计，我国80%以上的供水管道是灰口铸铁管。由于灰口铸铁管质地较脆，不耐振动和弯折且易产生锈瘤，因此当饮用水经过铸铁管时，容易引起水质的二次污染，影响水质的化学稳定性。因此，对金属管进行防腐处理或选择非金属的耐蚀管材可有效降低和避免管网腐蚀。

    从防止管道腐蚀角度考虑，非金属管材具有一定的优越性。UPVC、PE等塑料管道不会发生金属腐蚀，而采用塑料衬里的铸铁管等也可较好地阻止铁的腐蚀；同时塑料管内壁粗糙系数很低，光滑的内壁可显著提高管道输水能力，减小输水能耗；同时管网微生物不易在管壁上附着，有效抑制了管壁生物膜的生长。但塑料材质在水中可能发生溶解反应，某些管材会向水中释放污染物，如PVC管中加入的热稳定剂铅盐，以及PVC聚合时残存的单体都可能转移至水中，引起水质污染。因此，现在一些地区已不再使用PVC作为给水管材，而采用更为稳定的其它塑料管材如PE等。预应力或自应力钢筋混凝土管、聚氯乙烯（PVC）管、PVC管的衍生品硬质聚氯乙烯（UPVC）管、玻璃钢/聚氯乙烯（FPR/PVC）复合管、玻璃钢/聚丙烯（PEP/PP）复合管等塑料管，具有质量轻、耐腐蚀、管壁光滑、水流阻力小、防垢等优点，建议在室内管道和管网末端大量采用。最近，中、高密度聚乙烯塑料管也在国外广泛使用。它比一般的聚氯乙烯管强度更好，可耐腐蚀和防止内部结垢，造价比钢管低。这种管材施工多用焊接，可以连接很长，有的连成3km长再敷到沟内。

    3. 管道防腐涂层

    金属管道的外防腐层材料经历了石油沥青防腐层、煤焦油沥青防腐层、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶粘带、聚乙烯防腐层、熔结环氧粉末（FBE）防腐层和三层聚乙烯（3PE）等发展过程。聚乙烯防腐层由底层胶粘剂和面层聚乙烯组成，若热熔胶的粘结性不强，聚乙烯与钢管剥离而对阴极保护产生屏蔽。为提高聚乙烯层的防腐性能，又引入了底层熔结环氧粉末覆盖层，出现了三层结构聚乙烯防腐层（3PE）。随着对管道防腐的要求越来越严格，对环境保护越来越重视，石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧煤沥青等传统防腐材料的用量呈下降趋势，而FBE和近年来发展起来的2PE和3PE的用量有较大的上升。双层FBE涂层和3PE涂层在国际上已成为外防腐技术的主流。

    在内防腐方面，国内应用较多的是涂敷层法，其中水泥砂浆衬里法因其无公害、无毒、易施工、造价低成为公认的有前途的防腐工艺，在国内外被广泛使用。水泥砂浆衬里是在管道的内部喷涂砂浆，靠自身的结合和管壁的支托，结构牢靠。它的粗糙系数比金属小，对管壁能起到物理性能保障，同时也能起到防腐的化学性能。水泥与金属管壁接触，能形成很低的pH值。随着水泥砂浆工艺的改良，该工艺在防腐领域将有越来越广泛的应用空间。1996年施工的厦门集美北区天马水厂供水主干管（DN1200、6.8km）由原设计有机涂层变更为水泥砂浆防护层，施工工期比计划提前三个多月，该道工序比更改前方案节省近75%的投资。近年来，我国北京、武汉、厦门等城市给水管道大量采用水泥砂浆防护层。据不完全统计，国内采用泥砂浆衬里防护层的DN800～1800mm管，已有650km以上。

    同时，环氧树脂、内衬软管等工艺也迅速发展起来，为管道的内防腐工艺创造了极大的可能性。使用环氧树脂和硬化剂混合后的反应型树脂，可以形成快速、强劲、耐久的涂膜，它具有耐磨性、柔软性、紧密性。喷涂0.5～1mm厚即可达到防腐要求，经2h的养护后便可投入清洗、排水。用内衬软管法来解决旧管道防腐的方法，有滑衬法、反转衬法、“袜法”等。这些方法都能形成“管中有管”的防腐形式，防腐效果非常好，在长距离无支管的情况下特别适用。

    对于一些有轻微腐蚀和结垢的管道，定期安排进行管道冲洗、消毒，冲洗后进行涂衬，以减缓管道腐蚀的速度；对于新敷设的管道，一次性处理后可大大延长使用寿命。

    4. 阴极保护

    阴极保护是一种先进的防腐蚀应用技术， 防腐效果好， 寿命长且可预见， 可监控管道的运行和腐蚀状况。须与防腐涂层配套使用。工业水管道和长输管道应用很多， 而且效果良好。

    阴极保护是保护水管的外壁免受土壤侵蚀的方法。根据腐蚀电池原理，两个电极中只有阳极金属发生腐蚀，所以阴极保护的原理就是使金属成为阴极，以防止腐蚀。采用消耗阳极材料法，如使用Al、Mg、Zn等，隔一定距离用导线连接到管线（阴极）上，在土壤中形成电路，结果是阳极腐蚀，管线得到保护，如图5-6所示。采用通入直流电法在管线附近的废铁和直流电源的阳极连接，电源的阴极接到管线上，因此可防止腐蚀，在土壤电阻率高（约2500Ψ·cm）或金属管外露时使用较宜，如图5-7所示。

    5. 加缓蚀剂

    主要是在金属表面形成一层薄膜，将金属表面覆盖起来，从而与腐蚀介质隔绝，防止金属腐蚀。缓蚀剂所形成的膜有氧化物膜、沉淀物膜和吸附膜3种类型。已经应用的有氧化物型缓蚀剂、水中离子型缓蚀剂和金属离子沉淀膜型缓蚀剂。

    磷酸盐是目前最常用的缓蚀剂，无水磷酸钠很早就被用于工业循环水系统的腐蚀控制，而磷酸锌也在给水领域被用作缓蚀剂。磷酸锌可在水中形成易分散的胶体，并沉积于管壁上形成一层薄的保护膜，可阻止腐蚀的发生。常用的正磷酸盐缓蚀剂还包括Na3PO4、Na2HPO4 和NaH2PO4 等。国外一些水厂将出厂水pH 调节至7.0 左右，并投加0.5 mg/L 的磷酸锌，可显著降低管道腐蚀速率。除正磷酸盐外，实际应用的磷系缓蚀剂还有聚磷酸盐。聚磷酸盐的组成较复杂，可能包括焦磷酸盐、偏磷酸盐及三聚磷酸盐。聚磷酸盐的缓蚀机理也是在管道内壁形成不溶性的保护层，阻止腐蚀水与金属的直接接触。但研究表明，在停滞水流条件下（死水区），聚磷酸盐的缓蚀效果较差，而在流动状态下缓蚀效果提高；同时，要获得较好的缓蚀效果，聚磷酸盐的投加量较大。

    6. 高压水射流清洗

    目前，多采用高压水射流对管网进行周期性清洗，高压水射流清洗原理是用高压泵打出高压水，并使其经水管到达喷嘴再把高压力低流速的水转换为低压力高流速的射流，以其很高的冲击动能，连续不断地作用在被清洗表面，从而使垢物脱落，恢复管道通水能力，抑制腐蚀发生，实现高效、节能的清洗效果。

    5.1.4.2 钢制设备的防护

    对于污水中的设备， 防护涂料要有优异的耐水性、耐盐水性， 底漆要有良好的防锈性能， 面漆要具有耐微生物特性。干湿交替区的设备防腐蚀涂料除以上要求外， 还应具有足够的耐磨性和耐老化性能。环氧面漆的耐候性较差，因此不能在室外阳光直射的情况下使用。针对以上特点，参考标准，设计的配套防护方案见表5-6。