球墨铸铁管的防腐涂层_涂料知识

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球墨铸铁管的防腐涂层

发布时间：2014-10-31

一、球墨铸铁管的腐蚀

1.概况

铸铁管在土壤里，或与空气接触时会被腐蚀。球墨铸铁管与灰铸铁管的耐腐蚀性能很接近(LaQue实验)，它们在这方面优于钢，得益于其金相组织中的石墨屏障，但差异并不明显。球墨铸铁管在腐蚀性土壤中使用6年后被腐蚀的情况见图1。

图1 球墨铸铁管在腐蚀性土壤中使用6年后被腐蚀的情况

圣戈班管道系统曾对由16支球墨铸铁管组成的管线进行电流强度的实验，实验简图见图2。实验条件为：土壤表面的电阻率ρ＝1500Ω·cm，实验数据见表1。

图2 球墨铸铁管线电流强度的实验简图

表1 16支球墨铸铁管组成管线的电流强度实验数据

无分支管路的数量	电流强度(mA)	备注
0	300	全部连接闭合
1	32
2	16
4	6
8	2.1
16	0.35	无闭合连接

从表中可知，电流强度通过T型接头得到缓解，管线中的环行电流通过16个接头下降1000倍。

2.地下腐蚀

1)研究土壤特性，确定合适的防腐方案按照土壤的特性，土壤的腐蚀可分为：电化学腐蚀、细菌腐蚀、杂散电流腐蚀和化学腐蚀等四类。球墨铸铁管在土壤中的主要腐蚀形态为：电化学腐蚀。

按土壤的腐蚀特性，可分为三种主要类型：

①富氧性土壤腐蚀介质为氧；

②厌氧性土壤腐蚀介质为硫酸盐(细菌)；

③酸性土壤腐蚀介质为质子。

2)电化学腐蚀氧的电位为1.4mV，铁的电位为－0.44mV，故在土壤中会发生如下的电化学反应，因而对球墨铸铁管产生腐蚀。

图3 球墨铸铁管地下管线典型的腐蚀形式

二、土壤分析方法和结果

1.土壤电阻率测量原理

采用Wenner方法测定土壤电阻率，测定方法的原理见图4。

图4 用Wenner方法测定土壤电阻率的原理图

测定的电阻率公式如下：

R＝2π×a×L (公式1)

式中 R――电阻率 Ohm·cm；

a――电极间距 cm；

L――电阻测量值 Ohm。

R0＝R/[1＋x(T0－T)] (公式2)

式中 R――在某一温度(T)下电阻率；

R0――在18℃时的电阻率；

T――测量时的土壤温度；

T0――18℃

x――修正值。当T≤18℃，x＝0.03；当T＞18℃，x＝0.02。

2.土壤类型

按照地质情况，土壤的类型见表2。

表2 土壤的类型

编号	描述
Gs0	团状，掺有水泥类材料
Gs1	粗颗粒团状土壤，以石子为主
Gs2	细石子，砂石混合物，粗砂混合物粗颗粒团状土壤
Gs3	颗粒混合土壤，有少量细粘土，并掺有细砂混合物，粘土化砂石混合物，风化砂
Gs4	颗粒混合土壤，有大量细粘土，并掺有很细砂混合物，粘土化砂石混合物，大量细风化砂
Gs5	细颗粒粘土，很细颗粒的粘土化砂石混合物
Gs6	生态土壤和粘土的混合物
Gs7	生态土壤，高生态土，淤泥

3.土壤分析结果土壤类型水分(%)

2004年圣戈班管道系统公司在中国国内15个城市做了土壤调查，每个城市随机抽检15个点，其平均值见表3。

表3 国内15个城市土壤调查情况

项目	舟山	苏州	上海	宁波	杭州	温州	南京	珠海
土壤电阻率	1,300	2,000	8,000	1,300	4,300	2,300	1,900	10,100
土壤类型	Gs3	Gs4	Gs4	Gs5	Gs2	Gs5	Gs5	Gs4
水分(%)	22	14	26	13	28	17	11	－

项目	深圳	广州	合肥	郑州	徐州	北京	天津
土壤电阻率	12,500	1,900	1,700	6,000	6,200	2,400	500
土壤类型	Gs3	Gs5	Gs4	Gs4	Gs3	Gs5	Gs5
水分(%)	9.5	11	－	－	－	16	19.5

三、土壤条件和保护

1.评估方法

①评估内容应测定土壤的如下几个内容：

·土壤特性 ·PH值

·潮湿度 ·土壤异质

·土壤盐度 ·污染

②电阻率测定通常提供了一个好的评估方法。

③腐蚀度水平由给定参数的关键确定

④评估标准 a.NFA05－250，b.DIN50929 part3，c.AWWA C－105。

2.外部防腐措施

1)主动保护根据阴极保护理论，最合适的防护措施应采用：

①锌＋沥青；

②锌＋铝。

2)被动保护应在土壤与金属之间形成一种水密性的屏障。最合适的防护措施应采用：

①聚乙烯衬套；

②聚氨脂；

③环氧。

3)外部保护措施保护方法取决于土壤的腐蚀程度。法国圣戈班穆松桥公司通过对土壤的分析，对不同腐蚀特性的土壤采取如下的外部保护措施。

①一般腐蚀和非腐蚀土壤：采用外喷锌方法，获得致密的锌层转化物；

②高腐蚀性土壤：采用补充的聚乙烯衬套，使与管道接触的介质腐蚀均匀；

③极端腐蚀性土壤：采用特殊涂层，在土壤与管道之间形成一层致密的防护层。

3.评估方法

评估方法可简化为土壤电阻率和湿度，可按表4数值进行评估。

表4 土壤条件的评估

电阻率Ω·cm	＞2500湿 /1500干	2500湿/1500干～1500湿/750干	＜1500湿/750干 (例：1000)
土壤腐蚀性	低、中	高	很高

4.保护措施

按不同土壤条件和电阻率，采取表5所列的保护措施：

表5 按不同土壤条件和电阻率采取的保护措施

电阻率Ω·cm	土壤排水性能差，土壤水分＞20%	土壤排水性能好
电阻率Ω·cm	粘土，有地下水	砂，石子
0～750	特殊保护层
750	特殊保护层	喷锌＋聚乙烯衬套
1500	喷锌＋聚乙烯衬套
＞2500	喷锌

5.不同外部涂层的性能比较

对所采用的外部涂层，其性能见表6。

表6 不同外部涂层的性能比较

特性	铸管						管件
特性	锌	锌＋MPE(1)	聚乙烯	聚氨脂	纤维水泥	耐蚀胶带	沥青漆	环氧树脂漆	环氧树脂粉末
机械性能
冲击	＋＋	＋	＋	＋	＋＋	＋	＋	＋	＋
击穿	＋＋	－	＋	＋	＋＋	＋	＋	＋	＋
粘着	＋	－	＋	＋＋	＋＋	＋/－	＋	＋	－
安装
切削和连接(2)	＋＋＋	＋	＋	＋＋	＋	＋	NS	NS	NS
连接	＋＋＋	＋	＋＋	＋＋	＋	＋	NS	NS	NS
铸管就位(回填土)	＋＋	－	＋	＋	＋＋＋	－	＋	＋	＋
存放/运输	＋＋	－	＋	＋	＋＋	－/＋	＋	＋	＋
防腐
ρ＞2500Ω·cm	＋	＋	＋＋	＋＋	＋	＋＋	＋	＋	＋＋
1500＜ρ＜2500Ω·cm	－	＋	＋	＋	＋	＋	－	－/＋	＋
ρ＜1500Ω·cm	－	－	＋	＋	＋	＋	－	－
污染土壤	－	－/＋	＋＋	＋＋	＋	＋	－	－/＋	＋＋
杂散电流	－	－/＋	＋＋	＋＋	－	＋＋	－	－	＋＋
粗颗粒(3)	＋＋	＋＋	＋＋	＋＋	＋＋	＋＋	－	＋	＋＋
温度(℃)
冷态(Tmin)存放	－30	－20	－20	－20	－20	－20	－30	－30	－20
热态(Tmax)运行	＋50	＋50	＋50	＋60	＋50	＋40	＋30	＋40	＋60

注：涂层适用性

(1)聚乙烯 “－”：不适用

(2)切削后连接 “＋”：适用

(3)在涂层损坏时有集中腐蚀危险 “＋＋”：良好

“＋＋＋”：优

NS：不可应用

6.不同外部涂层的厚度比较

在覆盖土、沉没入或地面上铸管的外部涂层见表7。

表7 在覆盖士、沉没入或地面上铸管的外部涂层

涂层	状态	最小厚度
正常条件(“标准”涂层)
锌＋密封涂层	金属层沥青或环氧树脂涂层	130g/m² 70μm
腐蚀条件(“特殊”涂层)
锌＋密封涂层＋聚乙烯衬套	金属层漆涂层薄膜	130g/m² 70μm 200μm
聚乙烯	在热熔胶上的挤出层	1.8mm(DN≤100mm) 2.0mm(DN≤250mm) 2.2mm(DN≤450mm) 2.5mm(DN≤700mm) 3.0mm(DN＞100mm)
聚氨脂	在抛丸表面上喷射涂层	700μm
锌＋粘合胶＋纤维水泥	金属层涂刷层喷射层	130g/m² 0.1mm 4.0mm(DN≤300mm) 5.0mm(DN≤600mm) 6.0mm(DN＞600mm)
塑料防腐胶带	有50%重叠的一层	1.6mm
内部涂装
聚丙稀或丙三醇苯二酸内衬层	喷射涂层	30μm

7.聚乙烯衬套

1)应用领域：a.腐蚀性土壤；b.有直流电场合。

2)使用情况：a.在美国经常采用；b.推荐使用在工业地区的腐蚀性土壤中。

3)采用的标准：

·ANSI/AWWA C105/A21.5 ·BS6076

·ISO8180 ·DIN30674－5

4)PE衬套的优势

·不贵 ·容易安装

·不需要维护 ·不会腐蚀地下土

·容易用PE胶带维修 ·运输方便

·提供了一致的环境，本质上减少了电化学腐蚀电池。

四、喷锌保护

1.锌防腐限制性地区

如在海滨、盐碱地、沼泽地、腐植土、含有硫磺炉渣、垃圾、酸性工业废水等土壤里，变电所、高压线附近、某些化工厂内以及其他对铸铁管有较强的腐蚀地段。在这些地段，球铁管将容易遭到腐蚀，从而会给工业投资带来巨大损失。

锌防腐限制性地区主要在以下三种场合：a.土壤电阻率＜1500Ω·cm；b.酸性土壤，PH≤5.5；c.地区有强烈直流电的影响。

2.喷锌保护原理

1)喷锌保护有3个特点：a.电保护；b.锌转化成一个稳定的物质(保护层)；c.锌层能自动愈合。按照电池原理，可进行活性保护。

喷锌保护原理见图5。

图5 喷锌保护原理图

2)外涂层厚度 Zn200g/m²＋沥青70μm。

经上述外涂层保护后球铁管的使用实例见图6。

图6 经喷锌和涂敷沥青后球铁管的使用实例

3.喷锌保护效果

根据苏伊士里昂水务集团在1988年对49条使用10～20年的管网所作的调查(见表8)发现：85%的未喷锌球墨铸铁管出现了不同程度的腐蚀，而只有2根喷锌球墨铸铁管出现0.5mm的轻微腐蚀。另外根据圣戈班法国总公司的内部统计，在1961年到1974年投入使的的8万公里球墨铸铁管中，未喷锌管道的每千公里损坏率是喷锌管道的20倍。由此可见，喷锌对管道的寿命起到了举足轻重的作用，圣戈班管道系统因此对所生产的全部球墨铸铁管都进行喷锌处理，以保证客户的利益。

表8 喷锌管和未喷锌管腐蚀程度比较

项目	普通沥青涂层	喷锌+沥青涂层
1984年统计的开始腐蚀的数量	35	9
1961-1974年埋设的管数	13700	65150
比率（被腐蚀的根数/煤1000KM）	2.55	0.14