宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司750004
摘要：输水管道是供水系统的关键环节，管道外防腐技术的选择至关重要。引水工程供水线路长，覆盖范围大，管线路由情况复杂，为确保管线运行安全，管道外防腐采用挤压聚乙烯防腐层三层结构(即3PE)加强级，以工程为例分析防腐蚀技术的应用及技术。
关键词：腐蚀；管道；防护
随着人民生活水平的提高、城市规模的扩大和工业企业的发展，长距离、中大口径的引水、输水工程相继上马。这些工程对于管材的耐压性能、施工便利程度都有相当高的要求，因此普遍采用国内技术成熟、工艺先进的碳钢管道。但是钢管长期处于土壤中，会受到电化学、杂散电流、细菌、微生物等的腐蚀和本身输送介质的腐蚀和磨损，可能发生腐蚀穿孔(或断裂)而造成泄漏，浪费水资源，污染生活水质，甚至影响正常的生活、生产。目前，根据埋地输水钢管在土壤中的不同腐蚀机理和输送介质本身的腐蚀机理，国内外防腐蚀专家在地下输水管道防护理论和实践方面取得了丰硕的成果，发展了许多新技术、新工艺和新产品。各种防腐蚀技术的实施，使输水管道的使用寿命和安全得到了保证，防止了水的二次污染，提高了钢管的输水能力，取得了显著的经济效益。
一、管道防腐材料的技术要求
防腐层的优劣主要取决于它的粘结力和材料的耐老化性。要得到性能良好的防腐层，除了选用合适的材料外，还需选用先进的施工工艺。就防腐材料而言，其基本要求为：①良好的电绝缘性。防腐层电阻率不应小于10000Q?in，耐击穿电压强度不得低于按种类制定的标准指标。②具有良好的环境稳定性与持久的耐腐蚀性，耐大气老化性能好；化学性能稳定；吸水率低，抗渗透性好；耐热性好；耐低温性能好；抗酸性介质及微生物性能好。③粘结性能好，耐阴极剥离性强。④金属附着力好、有良好的力学性能和足够的机械强度，以及良好的抗冲击强度、良好的抗弯曲性、较好的耐磨性和足够的针人度。⑤施工方便，经济合理。
二、输水钢管外防腐技术分析
由于影响管道腐蚀的环境因素很多，不同的防腐蚀技术有各自的使用条件和局限性。在工程实际中应针对不同给水管道的实际情况和技术经济条件，选用经济、简单有效的防腐技术。目前，比较常用的管道外防护技术有涂层防护、聚乙烯粘带防护、聚乙烯套管防护、牺牲阳极的阴极保护、外加电流的阴极保护等。
①石油沥青防腐层，石油沥青防腐层是由石油沥青浸渍玻璃纤维布缠绕而成的埋地管道外防腐层，是我国使用最多的管道覆盖层材料，其优点是原材料来源广泛、技术成熟、价格便宜，缺点是吸水率高、耐温差、易老化、耐细菌差、易被芦苇等植物根系破坏。常用的构造形式为普通级、加强级和特加强级，使用温度为一20～700C，使用寿命为10～20年。由于对环境污染严重，近年来已逐渐被其他材料代替。②阴极保护。地下金属管道因腐蚀造成的危害和损失已逐渐引起高度重视，实践证明，防护涂层和阴极保护配合使用是经济有效的措施。阴极保护投资低、管理简单，可有效延长管道寿命一倍以上。目前，很多城市在自来水、热力、煤气、工业水管道上都不同程度地陆续推广使用涂料和阴极保护的双重防腐蚀措施。城市地下金属管道采用防护涂层加阴极保护已是发展的必然趋势。③3PE防腐层。3PE防腐层是以熔结环氧粉末(FBE)为底层、胶粘剂为中间层和挤出聚乙烯为外护层同步缠绕或挤出而成为一个整体，具有优良的绝缘性能和抗机械损伤性能，是目前世界上公认的最先进的防腐层之一。3PE防腐蚀技术综合了环氧涂层与挤压聚乙烯两种防腐蚀层的优良性能，将环氧涂层的界面特性和耐化学特性与挤压聚乙烯防腐蚀层的机械保护特性等优点结合起来，从而显著改善了各自的性能。因此，3PE防腐蚀层是理想的埋地管线外防护层。据权威部门推测，采用3PE防腐蚀技术的埋地管道其寿命可长达50年。
三、3PE防腐层工程应用实例
1、工程概况。某省由于特殊的海岛地形，降雨量小，淡水资源贫乏，地域分布不均，岛际间的水资源无法共享。受水源和降雨量不足的限制，县人均水资源占有量不到1／5(仅为360m3／人)，世界的1／25。按人均水资源标准衡量(500m3／人)，属极度缺水地区，2／3的人口存在饮水困难，“用水难”问题成为制约社会经济发展的“瓶颈”。工程范围包括输水管线及加压泵站，一期工程输水规模为7m4X10m3。／d。工程全长为38．8km，管道沿线分为六段，其中陆地段约28．8km，海域段约10km。输水管线主管径为DN1000，其中灵霓大堤段管径为DN700。
2、管材及防腐。本工程的钢管采用螺旋双面埋弧焊钢管，陆上段采用Q235B钢管，厚度为10mm，海上段采用Q345B钢管，厚度有l4、16mm两种规格，顶管段及设计特殊要求段采用Q345B直缝埋弧钢管，厚度为16mm。因为本工程涉及海域管道，且为单管敷设，为保证管道运行的安全性，经过反复的经济技术比较，除顶管穿越及明露的钢管采用其他外防腐方式外，余下管道外防腐都采用海底石油管道常用的挤压聚乙烯防腐层三层结构(即3PE)加强级，这种防腐结构在市输水管道工程中首次采用。防腐层的底层为环氧粉末涂层，厚度≥0．25mm；中间层为胶粘剂层，厚度≥020mm；外层为聚乙烯，防腐层总厚度≥3．7mm。其中焊缝部位防腐层厚度不应小于规定值的70％。海域段的管件及补口采用进口热收缩带(套)二层结构，总厚度>12．7mm，其中马蹄脂型胶粘剂厚度≥1．7mm，基材厚度≥1．0mm；陆域段采用热收缩带(套)三层结构，总厚度≥2．5mm，其中环氧底漆≥0．20mm，热溶胶型胶粘剂厚度≥1．0mm，基材厚度≥1．5mm。3PE材料组成为熔结环氧粉末底层、胶粘剂中间层、聚乙烯外层，用于三层PE的每种材料应完全匹配。为确保防腐效果，本工程采用3PE涂层与牺牲阳极的阴极保护法相结合的方式。阳极材料陆地采用锌合金，阳极规格为棒状25kg，采用单支分散式垂直埋设，埋设深度以阳极全部浸在水中为限，一般距管道2—3m铺设。海底采用铝一锌一铟合金镯式阳极，与管道连为一体，一起沉人海底，每4根管节安装一组。设计年限内，被保护管道的末端在陆地中应保持一0．85V以下，海泥中一0．9V以下，钢管保护度达到90％以上。
3、技术要点。①表面预处理。钢管外防腐涂装前应按有关要求进行喷砂除锈，表面处理效果最低达到Sa2．5级，个别部位采用手动工具除锈时表面处理效果应达到Sa3．0级。除锈合格后应在8h内进行防腐层的涂敷，如果出现返锈，必须重新进行表面处理。对可能产生涂层漏点的不完整表面或妨碍管线表面达到Sa2．5级的其他缺陷，应通过锉／研磨的方法消除，但是任何的锉／研磨处理方式均不允许减薄管线壁厚。喷(抛)射除锈后，确定为不完整表面的管线，通过锉／研磨的方法消除缺陷单个面积>5cm或缺陷个数>3的管线，必须重新进行喷(抛)射处理。②涂层施工。钢管加热温度应达到三层PE涂层系统组分厂家推荐的要求，但最高不得超过275℃，每小时至少应记录一次温度。胶粘剂的涂敷必须在环氧粉末胶化过程中进行。3PE涂层外表面应保证管道下海时混凝土加重层不会产生滑动，获得这样表面是使PE表面呈均匀连续的波状，陆地段可不用波状PE表面。③管端预留。钢管两端预留长度为(140±10)mm，预留段表面不得有涂层，且聚乙烯层端面形成的倒角≤3O。，并要求涂刷D一4防锈可焊涂料3遍，涂层干膜厚度≥35um。
输水管线的腐蚀和防护是管道铺设过程中的焦点问题之一，各种外防腐蚀技术各有优缺点，在实际工程中既要考虑到技术可靠、经济合理，又要最大限度地保证饮用水和周围环境不受污染，有利于经济的快速发展和公众的身体健康。因此，需在充分掌握原始资料的基础上结合各种技术的特点选择合适的防腐方式。采用3PE涂层与牺牲阳极的阴极保护法共同建立管道防腐蚀防线，取得了较好的效果。
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