市政给水管道防腐层技术的研究与应用.docx

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市政给水管道防腐层技术的研究与应用

市政给水管道防腐层技术的研究与应用

　　摘要：

文章介绍和总结了市政给水行业常用的球墨铸铁管及钢管的内、外防腐层技术的构成、优缺点、应用现状及发展趋势，以期对给水管道防腐层的正确选择有所贡献。

　　关键词：

给水管道；球墨铸铁管；钢管；防腐层

　　引言

　　目前在我国市政给水管网系统中，球墨铸铁管和钢管是最普遍应用的管材，由于是金属材质，管道易遭受周围环境中各种介质的侵蚀，发生电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀，从而严重影响管网的安全运行和使用寿命。

管道防腐的通常做法是在其内外表面进行防腐层涂敷，使之与腐蚀环境隔离，切断电化学腐蚀电池的通路，以达到控制腐蚀的目的。

因此，防腐层是管道抵御腐蚀的第一道防线，防腐层技术及其与阴极保护的联合应用是目前已证明有效的管道防腐蚀方法，因此对给水管道的内、外防腐层技术进行研究及总结具有重要意义。

　　1给水管道外防腐层工艺

　　给水管外防腐主要采用涂层保护法，为保证土壤腐蚀条件下防腐层的完整性和耐久性，外防腐材料应具有下列基本性能：

（1）有效的电绝缘性。

防腐层电阻率不低于10000Ω?

m2；

（2）良好的防潮、防水性；（3）有较强的机械强度，包括一定抗冲击强度和硬度，良好的耐弯曲性和耐磨性，以保证在搬运、安装过程中及土壤压力作用下不会造成损伤；（4）与金属表面有良好粘结性；（5）具有热稳定性和耐低温性能；（6）有阴极保护时，应具有耐阴极剥离性能；（7）有较好的耐化学性和抗老化性，补伤容易。

下面分别介绍钢管和球墨铸铁管常见的外防腐工艺。

　　2钢管的外防腐层工艺

　　2.1石油沥青防腐层

　　该防腐层由石油沥青缠绕玻璃布制得，自上世纪50年代起，就用于我国钢管外防腐。

主要优点是取材容易、造价低，施工工艺成熟简单。

主要缺点是吸水率高、机械强度差、不耐微生物腐蚀、易被植物根茎穿透，且对环境和施工人员有较大危害。

石油沥青是比较落后的防腐材料，在发达国家已停止使用，在我国也属淘汰产品。

　　2.2环氧煤沥青防腐层

　　环氧煤沥青涂料由环氧树脂经煤焦沥青改性而来，综合了环氧树脂及煤沥青的优点，具有附着力好、耐化学腐蚀、耐潮湿、耐微生物腐蚀等特性，比石油沥青优越，并且价格较低。

　　该防腐层主要缺点是低温固化速度慢，涂层质量受施工现场环境和气候影响大，防腐层抗冲击性较差，结合阴极保护所需电流大，施工中有一定环境污染。

近年来由于发现煤焦沥青中含有致癌物，欧洲一些国家已经对含煤焦沥青涂料的使用范围进行了限制，而采用防腐性能更好、更环保的纯环氧或改性环氧涂料替代。

　　2.3聚乙烯胶粘带防腐层

　　该防腐层结构为底漆-防腐胶粘带（内带）-保护胶粘带（外带）或底漆-防腐胶粘带，采用手工或机械缠绕施工。

该防腐层的绝缘电阻高，能有效抵抗杂散电流，使用方便，且对环境危害很小，价格适中，曾被广泛应用在防腐领域。

但经实际使用后发现，聚乙烯胶带耐土壤应力性能较低，受现场施工除锈技术或环境因素限制使粘结和搭接不牢固时，容易出现局部剥离的情况，继而影响到阴极保护。

　　2.4环氧玻璃鳞片防腐层

　　环氧玻璃鳞片涂料是以环氧树脂为主要成膜物，薄片状的玻璃鳞片为骨料，再加上各种添加剂组成的厚浆型涂料，防腐层结构为底漆-鳞片涂料-清漆。

玻璃鳞片的加入一方面把涂层分割成许多小空间，固化后收缩率小，大大降低了涂层的收缩应力和膨胀系数，增加了附着力；另一方面大量玻璃鳞片上下交错排列，形成涂层内复杂曲折的渗透扩散途径，使腐蚀介质很难渗透到基材，因此该涂层具有优良的抗介质渗透性及耐磨性。

环氧玻璃鳞片防腐层适用于埋地和水下钢质管道的外防腐，也常用于顶管施工中的钢管外防腐，其缺点是钢管焊缝处防腐层固化时间长，受顶管施工工艺及进度限制，在实际操作中焊缝处防腐质量较难保证，但如果采用加温固化，则可缩短固化时间。

　　2.5三层聚乙烯（3PE）防腐层

　　3PE防腐层由熔结环氧粉末底层、共聚物热熔胶中间层、聚乙烯面层构成。

该防腐涂层结合了环氧摘要：

文章介绍和总结了市政给水行业常用的球墨铸铁管及钢管的内、外防腐层技术的构成、优缺点、应用现状及发展趋势，以期对给水管道防腐层的正确选择有所贡献。

　　关键词：

给水管道；球墨铸铁管；钢管；防腐层底层高附着力、高抗阴极剥离性能以及PE抗冲击能力强、水汽渗透率低等优点，适用范围广，防护性能可靠，使用寿命在30年以上，是目前世界上最优秀的外防腐结构之一。

3PE涂层分为普通型（总厚度为3.0mm左右）和加强型（总厚度超过3.7mm，用于穿跨越段），我国现行的相关技术标准有GB/T23257-2009《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》，SY/T0315-2013《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术规范》及一些长输管道工程技术规范及技术规格书等。

　　3PE防腐层自20世纪80年代初，由欧洲国家研制成功并开始使用，在国外特别是欧洲应用非常广泛。

1995年我国从国外引进了该技术，在陕京输气管、库鄯输油管、西气东输、涩宁兰、兰成渝等一系列国家重点输油、输气管道工程中应用，累计使用量超过上万公里。

目前3PE防腐工艺中的所有关键技术在国内已全部实现自主开发，从原材料到设备制造均已实现国产化，如今该技术已成为国内大型或重点新建管道工程防腐层的首选。

由于3PE生产工艺和施工控制相对复杂，价格高，目前在供水行业中应用尚少，有报道在温州洞头引水一期工程（长38.8kmDN1000-DN700输水钢管）中采用了3PE涂层与阴极保护相结合的外防腐方式，随着3PE技术在我国的不断推广应用成熟及性价比的提高，在供水管网中也将得到越来越多的应用。

　　2.6熔结环氧粉末（FBE）防腐层

　　该防腐层采用纯环氧粉末涂料，将其喷涂在预热的钢管表面后熔融流平并固化而成，涂层结构分为单层和双层。

单层FBE整体性能优良，具有粘结力好、耐化学腐蚀、绝缘性好、抗土壤应力性能好、使用温度范围宽（-60℃-100℃）、耐阴极剥离性能好等优点，但涂层薄而脆，在施工中抗机械损伤和抗岩石挤压划伤能力较弱，且吸水率较高，不适合在碎石土、石方段，地下水位较高地区使用。

双层FBE以常规单层FBE为底层，以改性环氧粉末为面层，提高了涂层抗机械损伤性能和抗渗性。

　　FBE涂层技术在国外应用有30多年历史，在以美国为代表的美洲国家应用最为广泛。

我国90年代开始引进和消化国外先进的环氧粉末及工艺设备等技术，迄今为止单层FBE结合阴极保护已在我国很多重点工程中得到应用，如“库鄯输油管道工程中62km钢管外防腐”、“上海青草沙水源工程DN3600埋地钢顶管外防腐”、“大伙房二期输水工程DN1400穿越大辽河钢顶管外防腐”等。

双层FBE有报道在宁波市城市燃气管网、金山-扬子管道和嘉兴天然气管道工程中采用，在供水管网中的应用鲜见报道。

我国现行单、双FBE相关技术标准主要有SY/T0315-2013《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术规范》、Q/SY1038-2007《埋地钢制管道双层熔结环氧粉末外涂层技术规范》及一些企业标准Q/SYGJX0105等。

　　2.7HPCC新型防腐涂料

　　HPCC是一种全粉末涂覆的多组分系统，包括FBE底层、聚合物粘结剂中间层和聚乙烃粉末面层。

对比3PE防腐层，HPCC采用全粉末静电喷涂，涂层更均匀，不受焊缝区凹凸影响，可有效防止涂覆过程中出现漏点；HPCC各层间融合性好，没有明显分界线，内应力小，降低了层间剥离，提高了耐阴极剥离性能。

此外，HPCC防腐层低温适应性好，尤其适合于寒冷地区管道防腐和施工。

迄今为止，HPCC涂层已成功应用于加拿大和美国20多个管道工程中，施工总长度达数千公里，它的涂覆工艺和3PE相似，在我国是非常值得推广的一种防腐技术。

　　3球墨铸铁管的外防腐层技术

　　3.1锌涂层+终饰涂层

　　该防腐层是传统的球墨铸铁管外防腐方法，锌涂层附着在管壁上形成致密的保护膜，能有效隔离减轻电化学和微生物的腐蚀，锌涂层平均值应≥130g/m2，锌涂层外还要采用沥青或与锌涂层相容的合成树脂涂料作为终饰涂层，终饰涂层干膜平均厚度≥70um。

该防腐层适用于一般性土壤，如土壤腐蚀性较强，可增加锌涂层和终饰涂层厚度，提高防腐能力。

　　3.2外加聚乙烯保护套

　　在只做基本防腐层的球墨铸铁管外套上厚度为0.2mm，由低密度聚乙烯制成的管状保护套，防止管道与土壤直接接触，同时防止地下潮气、水分的进出，以此达到防腐作用。

该防腐措施适用于较强腐蚀性的土壤环境。

　　3.3聚氨酯涂层

　　在球墨管外表面通过高压无气喷涂平均厚度≥1000um的聚氨酯防腐层，该涂层具有很好的耐化学腐蚀和耐电腐蚀性，机械强度高，抗冲击性和耐磨性好，适用温度范围广（-40～100℃），吸水率极低等突出特点，可以使管道适应复杂的土壤埋设环境，目前主要应用于强腐蚀性土壤环境。

该涂层缺点是制造工艺难度大，造价相对较高，但考虑到其优良性能，仍是一种很有前景的球墨铸铁管道外防腐技术。

　　4钢管及球墨铸铁管的内防腐层技术

　　给水管的内防腐层长期与输送的水流直接接触，要求涂层卫生安全，抗渗透性好，耐腐蚀、耐压、耐磨、抗冲击性好，粘结性好，粗糙系数低。

目前常用的有水泥砂浆衬里、涂料衬里、衬塑等。

　　4.1水泥砂浆衬里法

　　该防护技术是在管道内壁均匀喷涂或涂抹一定厚度的水泥砂浆而成，其防腐机理多样，比如碱性钝化作用、抗渗隔离作用以及回路电阻作用等，可有效抑制金属管道的腐蚀。

该内衬是传统的输水管防腐内衬，在供水行业中应用已有近百年，至今仍在大量使用。

该技术的原材料来源广，性价比高，工艺成熟，使用寿命长。

根据输送水质的不同，内衬选择不同的水泥种类，普通硅酸盐水泥内衬用于输送自来水，抗硫酸盐水泥内衬可用于输送自来水、海水及再生水。

该防腐层缺点是水泥砂浆中会有碱性物质析出，引起输送水PH值升高，影响水质以及导致水泥内衬逐渐破坏，这点在通水初期及小口径、低流速管道中尤为明显。

　　4.2水泥砂浆内衬+密封层

　　该防腐层是在水泥砂浆内衬表面再喷涂一定厚度的有机涂层作为密封层，密封层可减少或隔绝水与管道内壁的接触机会，同时抑制水泥砂浆内衬中碱性物质的析出，具有主动防腐和被动防腐的综合特征，在延长内衬使用寿命的同时也保证了水质。

目前实际工程中普遍采用环氧树脂作为密封层的材料，该防腐层是传统水泥内衬的更新换代产品，在欧洲已被广泛应用。

　　4.3环氧陶瓷内衬法

　　环氧陶瓷涂料由环氧树脂、石英砂、流平剂、防沉剂、增韧剂固化而成，因内含大量高纯度石英粉，涂层光滑坚硬、耐磨、耐水、耐化学介质腐蚀性和电绝缘性均很好。

环氧陶瓷是一种新型防腐内衬涂料，在经济发达国家已逐步取代水泥砂浆衬里，在国内已有多家大型制管厂生产DN100-DN3300的环氧陶瓷内衬铸铁管、钢管和管件，供国内供水工程使用并出口国际市场。

　　4.4环氧树脂涂料衬里

　　涂料主要成膜物为环氧树脂，分为熔结环氧粉末涂料及液态环氧涂料，具有附着力好、耐磨、耐介质性能优异等特点，在饮水及长距离输水管工程中应用广泛。

如大伙房水库输水入连南段工程约14.6km的DN1800埋地压力钢管内防腐采用了卫生级熔结环氧树脂粉末热喷涂，涂层厚度不小于0.5mm。

IPN8701无毒环氧涂料广泛用于饮水舱、钢管、水箱、水池、水塔等供水设备的内壁涂装。

　　4.5聚氨酯涂料内衬

　　采用无溶剂聚氨酯涂料喷涂而成，是一种新型长效防腐内衬，综合性能优异。

但由于球铁管内表面处理比较困难，无溶剂聚氨酯涂料相对其它防腐涂料价格较高，造成产品整体造价较高，限制了该防腐产品在一些地区的应用，目前该防腐层主要用于输送与自来水水质有显著差异，具有腐蚀性水质特点的软水、淡化海水（pH≤6.5）、膜处理后水等高品质水，如

　　天津生态城北疆电厂淡化海水送出工程采用了DN1000-DN1400长达42km的聚氨酯内衬球铁管；新加坡水务局NEWATER工程（海水淡化，膜处理方式）采用了DN100-DN500长达16km的聚氨酯内衬球铁管。

我国现行相关技术标准为GB/T24596-2009《球墨铸铁管和管件聚氨酯涂层》。

　　4.6管道衬塑

　　管道衬塑技术是一种新型管道内防腐技术，通过热压胀合、冷拉复合、滚塑等方法把PE、PPR、PE-X等热塑性塑料管固定在管道内壁制作而成。

管道衬塑有如下优点：

（1）衬塑对金属是完全均匀的覆盖；

（2）衬塑对管道内表面的净化要求，不像涂层与其净化处理质量具有直接的相关性；（3）衬塑对管道的振动、冲击比涂层敏感性小，不断裂或剥落；（4）衬塑管既有金属管的机械强度，又有塑料管耐腐蚀、耐磨损、流体阻力小等优点。

管道衬塑技术可用于新管内防腐及旧管道修复，是一种有价值和值得大力推广的新技术。

　　5结束语

　　随着科学技术的发展和人们认识水平的提高，各种新型环保的防腐材料及技术不断出现，正逐步取代传统的防腐技术得到日益广泛应用。

不同防腐技术有各自的优缺点及适用条件，在工程实际应用中应根据管道本身性能、所处环境的腐蚀性、输送介质、施工环境和工艺、管道设计寿命、环保要求及经济合理性等方面综合考虑，才能选出最佳的防腐方式。

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