金属给水管道腐蚀现状及研究进展
水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究
环球市场工程管理/-249-水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究陈 飞水利水电三门峡防腐工程有限公司摘要：水利水电工程金属结构的腐蚀的研究，能够在一定程度上减少金属结构的腐蚀，并且推进我国水利水电工程施工的质量以及安全性，提高了工程的寿命以及经济效益，因此进一步加强对其的研究非常有必要。
在实际应用中需要进一步强化防腐意识，增强对各项防腐工作的研究，在根本上提高水利水电工程金属结构防腐技术，从而为水利水电工程金属结构设备的稳定应用及进一步延长其使用寿命奠定基石。
基于此本文分析了水利水电工程金属结构腐蚀。
关键词：水利水电工程；金属结构；腐蚀1、水利水电工程金属结构腐蚀的影响因素1.1大气污染物对于金属结构的腐蚀作用目前国内雾霾大范围频发，对暴露在大气中的金属结构造成不小的伤害。
雾霾主要组成是二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项。
当金属表面覆盖来自大气的颗粒物或生成易溶的物质时，大气中的水分就会优先凝聚，这叫化学凝聚作用，从而加大金属腐蚀速度。
另一方面，雾霾中二氧化硫、氮氧化物溶于水后即为酸性，同时还增加了表面液膜层的电导，金属在酸性条件下往往腐蚀速率很快。
雾霾中的可吸入颗粒虽然既非腐蚀性，又不吸附腐蚀性物质，但因容易凝聚水分导致金属形成氧浓差的局部腐蚀。
1.2湿度对于金属材料的腐蚀水工金属结构的使用环境往往湿度较大，对于金属所产生的腐蚀是不可避免的。
在水分子与金属材料的表面发生接触时，不仅会在材料的表面加速金属材料表面的化学反应，而且还会沿着金属分子的缝隙深入到金属的内部，对于金属的内部造成破坏。
其中，还包括钢结构自身对于水分的吸收租用也会加速腐蚀的过程。
因此，在进行钢结构的建设时，施工人员应该除去金属表面的吸湿的物质，避免水分的渗入。
1.3温度对于金属材料腐蚀的影响对于空气的温度来说，温度的变化本身是不会对于金属材料的表面造成腐蚀，它所能够影响的只是金属材料对于水分的吸收能力，温度的变化，在一定程度上能够减少或者是增加金属材料表面的水分的积累，同时，也会随之影响某些腐蚀性元素的沉积。
金属管道腐蚀与防腐技术的新进展
金属管道腐蚀与防腐技术的新进展金属管道腐蚀与防腐技术的新进展随着科技的持续进步，金属管道腐蚀与防腐技术也在不断发展。
本文将逐步介绍这些新进展。
首先，新型金属材料的应用成为金属管道防腐的一大突破。
传统金属管道常常容易受到氧化、腐蚀等因素的侵蚀，从而导致管道的老化和失效。
然而，近年来科学家们研发出了一系列具有抗腐蚀性能的新金属材料，如镀锌钢管、不锈钢管等。
这些新材料不仅能够有效抵御氧化、腐蚀等侵蚀因素，还具有较长的使用寿命和更好的耐压性能，大大提高了金属管道的抗腐蚀能力。
其次，新型涂层技术的应用也为金属管道防腐提供了新的解决方案。
传统的涂层技术往往无法完全遮盖管道表面的微小缺陷，使得防腐效果难以保证。
然而，新型涂层技术的出现改变了这一状况。
如今，研究人员提出了一种基于纳米技术的涂层方法。
通过使用纳米材料，可以将涂层的微观颗粒填充到管道表面的微小缺陷中，从而形成更为均匀和致密的防护层。
这种涂层具有更好的粘附力和耐腐蚀性能，能够有效延长金属管道的使用寿命。
此外，电化学防腐技术也是一个新的发展方向。
该技术利用电化学原理，在金属管道表面形成保护膜，从而防止腐蚀的发生。
具体而言，通过施加电流和电压，可以在管道表面形成一层致密的氧化物膜，阻隔了金属与外界环境的接触，从而达到防腐的效果。
与传统的物理和化学方法相比，电化学防腐技术具有更高的效率和更好的控制性能，能够更好地保护金属管道免受腐蚀侵蚀。
最后，新型监测技术的应用也成为金属管道腐蚀防治的重要手段。
传统的腐蚀监测方法往往需要对管道进行开挖或拆卸，不仅成本高昂，而且对管道的使用造成了一定的影响。
然而，新型监测技术的出现改变了这一状况。
如今，科学家们提出了一种基于无损检测原理的监测方法。
通过使用超声波、电磁波等技术，可以对金属管道进行非接触式检测，实时监测管道的腐蚀情况，并及时采取相应的修复措施。
这种新型监测技术不仅减少了对管道的干扰，还提高了腐蚀监测的精度和效率，为管道防腐提供了更可靠的保障。
我国金属材料的海水腐蚀研究现状
我国金属材料的海水腐蚀研究现状一、本文概述我国金属材料在海洋环境中的腐蚀问题，一直是材料科学、海洋工程和防腐蚀技术等领域的研究热点。
金属材料作为海洋工程、船舶制造、石油开采、海洋资源利用等领域的主要结构材料，其耐蚀性能直接影响到设备的使用寿命和安全性。
因此，深入研究和了解我国金属材料的海水腐蚀现状，对于提升我国金属材料在海洋环境中的使用寿命，降低因腐蚀造成的经济损失，保障海洋工程的可持续发展具有重要意义。
本文旨在全面概述我国金属材料的海水腐蚀研究现状，包括腐蚀机理、影响因素、防护技术和研究进展等方面。
对金属材料在海水中的腐蚀机理进行阐述，包括电化学腐蚀、化学腐蚀和生物腐蚀等。
分析影响金属材料海水腐蚀的主要因素，如材料成分、微观结构、海水成分、温度、流速等。
接着，介绍我国目前在金属材料海水腐蚀防护技术方面的研究进展，包括涂层防护、电化学防护、合金化防护等。
展望金属材料海水腐蚀研究的未来发展趋势和挑战，为我国金属材料在海洋工程领域的应用提供理论支持和技术指导。
二、我国金属材料海水腐蚀研究的发展历程我国金属材料海水腐蚀研究的发展历程可以追溯到上世纪五十年代，那时我国开始着手进行海洋环境的腐蚀研究，以支持海洋工程的发展。
初期的研究主要集中在金属材料的耐蚀性测试和评估，通过对不同金属材料在海水环境中的腐蚀行为进行研究，初步建立了我国金属材料海水腐蚀的基础数据库。
进入八十年代，随着我国海洋工程的大规模建设，海水腐蚀问题日益凸显。
此时，我国的金属材料海水腐蚀研究逐渐深入，开始涉及到腐蚀机理的探索和腐蚀防护技术的研究。
研究者们不仅关注金属材料的耐蚀性能，更开始探索如何通过各种技术手段提高金属材料的耐蚀性，如涂层防护、电化学保护等。
进入二十一世纪，我国金属材料海水腐蚀研究迎来了飞速发展的时期。
随着科学技术的进步，研究者们开始运用先进的测试手段和技术，如电化学测试、表面分析、数值模拟等，对金属材料的海水腐蚀行为进行深入分析。
金属给水管道的微生物腐蚀机制分析
金属给水管道的微生物腐蚀机制分析摘要：金属材质的给水管道在我国的饮用水供水系统中被广泛使用，其产生的腐蚀问题造成了较大的成本损失，危害人们的饮水健康。
文章系统总结给水管道的微生物腐蚀机制和参与管道腐蚀的主要微生物，以期为保证金属给水管道系统的安全稳定运行提供理论参考。
关键词给水管管道腐蚀微生物0 引言给水管道系统事关居民的饮水安全，是重大民生问题。
在我国，金属材质的给水管道在给水管道系统中普遍使用，其中腐蚀问题不仅增加了给水管道建设和维护的成本，还严重影响饮用水水质质量。
微生物腐蚀是给水管道腐蚀产生的重要原因。
即使发达地区普遍使用更严格的处理工艺（包括物理消毒和化学消毒），微生物仍然大量存在于在给水管道系统中。
因此本文总结了给水管道的微生物腐蚀机制。
1 给水管道生物腐蚀机制大量研究表明金属腐蚀分为电化学腐蚀和微生物腐蚀，而给水管道中存在的微生物会附着在管道内壁或悬浮在水中，主要通过影响电极电势或造成浓差电池而间接参与电化学腐蚀。
因此，微生物腐蚀是研究给水管道腐蚀的重点。
近年来，大量的研究表明有关管道腐蚀的细菌主要有硫酸盐还原菌( Sulfate reducing bacteria，SRB) 、硫氧化菌( Sulfure oxidizing bacteria，SOB)、铁氧化细菌( Iron oxidizing bacteria，IOB)、铁还原细菌( Iron reducing bacteria，IRB)、硝酸盐还原菌( Nitrate reducing bacteria，NRB)。
2 参与给水管道腐蚀的主要微生物2.1 SRBSRB是一种生长在锈垢和沉淀物的内部的厌氧菌。
SRB能够氧化有机物或生物膜内产生的氢，通过将硫酸盐、亚硫酸盐等还原生成硫化氢，也可能进一步反应生成硫化亚铁或硫酸，这也会导致酸腐蚀。
有研究发现SOB反应产生的硫化氢能将管垢中的FeOOH还原为亚铁离子。
Seth等[1]从给水管网中取得铸铁样品，使用扫描电子显微镜（SEM）结合能量色散光谱（EDS）对铸铁样品进行分析，所有样品均检测到微量硫以及与细菌作用有关的磷、钙和硅以及严重石墨化的基底金属，发现存在不同类型的铁硫化物的铁硫比在4Fe:1S、4Fe:3S、3Fe:1S和3Fe:4S之间变化。
水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究
水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究摘要：水利水电工程金属结构广泛应用于大坝、水闸、泵站等工程中，其主要承载和传递水力荷载和其他外部荷载。
然而，由于水环境中存在的各种化学物质以及湿润的工作环境，使得金属结构容易受到腐蚀的侵害。
金属结构腐蚀问题不仅会降低工程的强度和稳定性，还可能导致设备损坏、漏水甚至引发断裂事故。
本文主要分析水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究。
关键词：水利水电工程；金属结构；防腐蚀引言水利水电工程中的金属结构承担着重要的功能，如水闸门、船闸、管道、储罐等。
然而，在水工环境中，这些金属结构容易受到腐蚀的侵害，导致安全隐患和工程损坏。
因此，对水利水电工程金属结构的腐蚀进行分析与研究，具有重要的意义。
1、水利水电工程金属结构腐蚀机理的分析水利水电工程金属结构的腐蚀机理是一个复杂的过程，涉及多种因素和反应。
金属结构在水环境中发生电化学氧化还原反应，其中有两个主要反应：阳极反应和阴极反应。
不同金属材料具有不同的标准电位（标准氢电极为参比电极），导致金属之间存在电位差，进一步促进了电化学腐蚀过程。
当金属结构中存在异质金属时，形成电池腐蚀，其中一个金属起到阳极，另一个金属起到阴极。
水中含有溶解氧、氯离子、硫酸根离子等物质，它们可以加速金属的腐蚀反应。
高温和湿度环境会加速金属的腐蚀速率。
酸性或碱性环境对金属腐蚀的影响不同，通常酸性环境下腐蚀速度更快。
金属表面会形成一层自然氧化膜，在一定程度上阻止了腐蚀反应的进行。
金属表面可能覆盖有污垢和保护层，对腐蚀有一定的保护作用，但在特定条件下也可能成为腐蚀的起始点。
在特定区域发生局部的腐蚀，形成小孔洞，严重时可能引起金属的破裂。
金属表面均匀腐蚀，导致金属材料的厚度减小，强度降低。
2、水工金属结构腐蚀常见类型水利水电工程金属结构在水环境中容易受到多种腐蚀类型的侵害。
点蚀腐蚀是一种以局部点孔或凹陷为特征的腐蚀形式。
通常在金属表面出现微小的腐蚀缺陷后，通过电化学反应形成凹坑，并向周围扩展。
金属管道的腐蚀与防腐蚀技术现状
环保等行业。非金属管道具有优 良的耐腐蚀性 ， 但 物理 机 械 性 能 较 差 ， 用 范 围受 到 了 制 约 ¨ 。在 应 Ｊ 油、 水等流体输送 中， 气、 金属管道 占了绝大部分 ， 其 中又 以钢质 管 道居 多 。架空 或埋 地 的金 属管 道 ，
尤其是钢质管道外壁都会发生腐蚀 ， 同时输送的流 体也可能会对金属管道 内壁造成严重 的腐蚀。因
防 腐蚀 、 场 防腐 蚀 等 工 艺 的 优 缺 点 。并 对 检 测 评 价 工 艺 、 磁 以及 防腐 蚀 施 工 质 量 监 控 进 行 了分 析 。 在
此基础 上对金属 管道防腐蚀 工艺的发展 趋势做 了分析和展望 。
关键词 ： 金属管道
化 学腐蚀 电化学腐蚀 防腐蚀 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ ７ １Ｘ｛０８ ０ ０ ２ ０ １０ 一Ｏ５ ２ ０ ｝３— ０ ７— ５
施 工质 量 控 制等 。
金属管道的腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀。在 化学腐蚀的作用下 ， 管壁厚度的减薄基本是均匀的， 从穿孔破 坏 的角度 来看 ， 危害性 相对 较小 ； 其 电化 学 腐蚀是造成金属管道破坏 的主要原 因， 主要 出现在 埋地管道外壁。土壤 中主要含有 空气 、 、 水 盐离子
中图分类号 ：Ｅ ８． Ｔ９５８
管道 输送 是 进 行 油 、 、 及 其 它 液 态 化 学 品 气 水 输送 的一 种安 全有 效 方式 ， 泛应 用于 石油 、 广 化工 、
来 防腐 蚀 比较 困难 。 管 内主要 是输 送 的各 种流体 ，
可 以考虑添加少量 （ 甚至微量 ） 缓蚀剂来抑制腐蚀
过程 ， 降低 金属 腐蚀 速 率 。钢 质管 道 常用 的缓蚀 剂 主要 有 ： 铬酸 盐 、 重 六偏 磷 酸钠 、 咪哇琳 及其 衍生 物 等 】 。但 缓 蚀 剂 的加 入 是 有 局 限 性 的 ， 如饮 用 例 水 管道 就 不 能加 入 有 毒 的缓 蚀 剂 。所 以金属 管 道
水利水电工程金属结构腐蚀的有关研究
水利水电工程金属结构腐蚀的有关研究我国众多水利水电工程受物理及化学因素的影响，其金属结构处于易被腐蚀的恶劣环境中，导致水利水电项目工程中的金属受腐蚀损坏，减少材料构件的截面面積，降低工程的强度及结构刚度，从而制约了金属设备的正常使用，极大地影响整个工程的承载能力。
因此，加强水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究工作十分重要，文章从水利水电工程金属结构的腐蚀检测入手，探讨出防腐蚀的方法和工程质量控制，通过科学的技术手段提高水利水电工程的防腐蚀能力。
标签：水利水电；金属结构；腐蚀1、水电工程金属结构防腐蚀检测水利工程在建设中，很多设备都处于潮湿环境内，因此很多外在因素会影响工程内金属表面有污染物，同时容易受到腐蚀侵害。
水利工程金属结构进行腐蚀检测时要提前清理金属的表面结构。
可以使用水冲洗的方式将表面的各种杂物进行冲洗，同时对于铁锈可以使用钢丝刷的工具进行清除，之后使用软布擦拭金属表面，只有这样才可以进行防腐蚀检测。
依据检测结果，水利水电工程中各种金属结构都有锈蚀问题。
出现腐蚀问题的构件内应力逐渐提升，截面积减少，强度减小，这些都在影响金属构件发挥自己的作用。
对构件的腐蚀深度以及大小等各种要素进行分析。
依据金属腐蚀厚度、锈蚀率计算金属应力，同时也为水电工程提供安全可靠的数据分析。
受到各种因素影响，金属结构出现腐蚀的状况也不同，选择合适的方式是保证检测结果真实可靠的重要保证。
在检测过程中有可以使用超声波测厚仪的方式，也可以使用割取试件的方式，游标卡尺等工具测量，同时这些都有结合腐蚀曲线辅助检测，这样可以保证检测结果真实有效。
在实际检测中选择现场施工合适的方式进行测量，提升工作效率十分重要。
2、水利水电工程金属结构的防腐蚀方法2.1金属热喷涂防腐蚀方法将锌或铝等化学活性强于钢的金属涂料喷涂于闸门表面，形成可覆盖的涂层，对钢铁等水利水电工程金属结构形成双重保护。
双重保护作用其一在于将金属结构隔离与腐蚀介质，起到覆盖保护作用：其二在于当涂层被破坏后，锌或铝等化学涂层与基体构成腐蚀微电池，形成阴极保护作用。
新形势下水源地供水管道防腐改造研讨
新形势下水源地供水管道防腐改造研讨我国每年的管道腐蚀规模都很大，给我国的经济带来了巨大的损失。
所以对水源地供水管道的防腐改造对我国的经济建设与居民生活用水有重大的意义。
本文主要针对供水管道腐蚀的危害性、供水管道腐蚀的原因及应对措施三个方面做一个简要的探讨分析。
标签：供水管道；防腐；危害性；原因；技术1 供水管道腐蚀的危害性1.1 供水管道腐蚀会影响水质水是生命之源，水对于人类的生活与城市的建设、经济发展都是不可或缺的。
如果供水管道腐蚀的话，管道内部腐蚀会使金属管道生锈、产生污垢，进而会产生很多细菌、病菌，容易繁殖细小的微生物。
供水管道腐蚀的话还容易造成管道泄漏，出现漏洞，使管道外面的泥土、不干净的水质、虫子、细菌进入管道。
而这些都会使水质的质量和安全受到威胁，使用这些水的人民有可能会感染生病、引发严重的病菌感染问题。
1.2 供水管道腐蚀会降低输水能力由于管道长期受到水的腐蚀，管道的内部就会产生一种含有污垢、细菌和多种成分的生长环，随着生长环的不断变厚，不仅会影响水质，还会使管道的过水面变窄、过水量变少，从而使供水管道的输水能力降低，无法满足供水区域居民的用水需求。
而供水管道的腐蚀使管道产生厚厚的生长环，随着使用时间越来越长，生长环的也越来越后，从而会对水的输送产生阻力，造成供水的压力下降。
为了能够保证整个供水服务的水压，就必须采用高扬程的水泵来是水压加大，这样不但事水量漏失造成浪费，而且还有造成电能的高损耗。
1.3 供水管道腐蚀会造成翻新维修成本上涨，浪费人力财力物力如果供水管道的防腐蚀的施工不合理、技术不到位、养护不到位，造成管道腐蚀、管道使用寿命不长，那么供水管道必然要进行维修或者更换。
供水管道的维修更换就要对埋供水管道的路线地面进行开挖，而路面的开挖会严重破坏当地的庄稼的种植或者对当地人民的交通出行带来严重不便，这是对社会产生的一种负面效应。
从经济成本、经济效益上来讲，对供水管道的维修更换是一个庞大的工程，开挖、维修、更换、填土等等环节都是一项大工程，需要耗费大量的人力、财力、物力，势必会造成资源的浪费。
水利水电工程金属结构腐蚀研究
1水利水电工程金属结构腐蚀检测
首先要对金属结构的表面进行处理。水利水电工程的金属结构通常都处在水下或者是一些相对湿度较大的环境下，这就使得它们更容易受到腐蚀和污染，很多金属结构的表面和缝隙里都会附着较多的杂物。如泥垢、杂草、尘土、附着的水生物以及氧化皮等。因此，在进行腐蚀检测之前，必须对构件表面进行处理。表面处理可分两步进行，首先采用水冲洗法，主要将构件表面的泥垢、杂草及尘土等杂物冲洗掉。然后再用钢丝刷及刮刀除去构件表面的铁锈或氧化皮，以及其它附着的水生物，再用软布将构件表面擦干净。在进行表面处理时，要注意既能把腐蚀物完全去除而又不损伤金属本体。在结束表面清理以后方可以进行腐蚀检测。运行多年的水工金属结构都不同程度地存在锈蚀。金属构件锈蚀后，截面面积减小，应力提高，从面降低整个结构的强度和刚度，直接影响到结构的安全运行。通过锈蚀检测，可以确定构件的蚀余厚度和锈蚀速率，并为结构应力计算和安全评估提供必要的数据。腐蚀检测主要检测构件的腐蚀部位及其分布状况;严重腐蚀面积占构件表面积的百分比;遭受腐蚀损坏构件的蚀余截面尺寸;蚀坑或蚀孔的深度、大小和密度等。水工金属结构所处的环境条件各异，即使同一构件不同部位的环境条件也会有差异，因而其腐蚀状况也不尽相同，在进行腐蚀检测时，应根据其腐蚀性质的不同，采取相应有效的检测方法。对于均匀腐蚀，或虽有锈坑，但深度较浅的构件，通常采用测厚仪直接测量法。若构件上锈坑较深如蚀孔腐蚀，但少面分散，宜采用特制的量具进行检测。若构件上锈坑较深面密布成片时，宜采用橡皮泥填充法。实际检测中，具体使用哪种检测方法，要根据现场条件来确定。
我国金属材料的海水腐蚀研究现状
引言：
由于金属材料在海洋环境中的腐蚀问题普遍存在，因此研究金属材料在长周 期海水环境下的腐蚀规律具有重要意义。本次演示重点金属材料在海水环境下的 耐腐蚀性能，通过实验室模拟和现场监测，深入探讨金属材料在海水环境中的腐 蚀机制和防护方法。
材料和方法：
本次演示选取了常见的金属材料如不锈钢、铝合金、铜合金等作为研究对象， 采用实验室模拟和现场监测两种方法进行研究。实验室模拟主要通过人造海水浸 泡实验和电化学腐蚀实验进行，现场监测则通过在海洋环境中安装金属材料样品 并定期取样进行分析。同时，采用了扫描电子显微镜（SEM）
一、我国海洋腐蚀研究概述
我国拥有长达数千公里的海岸线，是世界上重要的海洋大国之一。由于海洋 环境的特殊性质，金属材料在海水中的腐蚀问题尤为严重。据相关资料显示，每 年因腐蚀问题导致的海洋工程结构失效和设备损坏事件频繁发生，给我国的海洋 经济发展带来了巨大的经济损失。
针对这一问题，我国在海洋腐蚀研究方面做出了积极的努力。近年来，我国 在海洋腐蚀机理、耐腐蚀材料的设计与研发、腐蚀防护技术等方面取得了显著的 成果。同时，我国还积极参与国际合作与交流，与世界各国共同推动海洋腐蚀研 究的进步。
二、金属材料海水腐蚀研究现状
1、钢铁材料
钢铁材料是我国应用最为广泛的金属材料之一，其在海水环境中的腐蚀问题 备受。研究表明，钢铁在海水中的腐蚀速率受多种因素影响，如海水的温度、pH 值、溶解氧含量等。目前，针对钢铁材料的海水腐蚀防护技术主要有涂层保护、 电化学保护等。此外，通过改进钢铁材料的成分和加工工艺，也可以提高其耐腐 蚀性能。
3、加强监测与维护：建立健全金属材料的海水腐蚀监测和维护体系，定期 对海洋工程中的金属结构进行检测和维护，确保其安全可靠运行。
4、加强国际合作与交流：积极参与国际金属材料海水腐蚀研究领域的合作 与交流，共享研究成果和经验，提升我国在该领域的国际影响力。
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金属给水管道腐蚀现状及研究进展周 韬(广东珠海市规划设计研究院,珠海519002)摘 要: 介绍了国内外关于城市金属给水管道腐蚀的研究现状及进展,着重阐述了输配水系统中金属管道的腐蚀特性、主要危害及控制措施。
关键词: 供水管网; 金属管道; 腐蚀; 水质Research and Development of Corrosion of Metallic Pipe in WaterDistribution SystemZHOU Tao(Z huhai I nstitute of Urban Planning and Design,Zhuhai519020,China)Abstract: T his paper introduced the progress and current studies of corrosion of metallic pipe in water distributio n sys-tem.M oreover it emphatically expounded the character,main hazard and control methords of co rrosion of metallic pipe. Key words: w ater distributio n sy stem; metallic pipe; cor ro sion; water quality 近些年来,随着水处理技术与工艺的不断进步与完善,城市水厂供水水质通常已能达标,但是自来水在管网输配过程中,往往由于管网腐蚀等原因发生“二次污染”,水质出现不同程度的下降,严重时出现用户水质指标超标以及管网“红水”、“有色水”、“黑水”等现象,对人民生活及工业用水的安全和正常使用造成严重影响。
因此,在饮用水工业中,管道腐蚀长期以来都是改善和提高用户水质的一个重大瓶颈问题,受到各国的重视[1]。
在城市供水领域中,金属管道作为主要给水管材之一已经应用了几个世纪,根据统计,我国目前90%以上的供水管道是铸铁管、钢管,近几年新建的给水管道仍有85%采用金属管道。
因此,金属管道腐蚀在今后较长时期内仍将是影响管网水质的主要原因之一。
我国关于金属管道腐蚀的研究工作起步较晚,当前很多城市的输配水管网仍没有建立起相对完整有效的腐蚀防护体系,腐蚀状况普遍十分严重。
因此,开展相关课题的调查研究对于维持输配水系统的正常运行,控制和提高管网水质具有极其重要的意义。
1 金属腐蚀基本理论1.1 金属腐蚀的本质及分类金属腐蚀,就是金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。
金属腐蚀的现象与机理十分复杂,分类的方法多种多样[2]。
1)按照腐蚀形态分类(1)全面腐蚀,是指腐蚀分布在整个金属表面上,它可以是均匀的也可以是不均匀的。
一般而言,这类腐蚀易于控制和监测,危害性不大。
(2)局部腐蚀,是指腐蚀主要集中在金属表面的一定区域。
这类腐蚀不论是控制还是监测都比较困难,并且易于造成局部破坏引起重大事故。
局部腐蚀又可以分为小孔腐蚀(点蚀)、斑点腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、氢脆、磨损腐蚀、裂缝腐蚀等。
2)按照腐蚀机理分类(1)物理腐蚀,是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏。
(2)化学腐蚀,是指金属表面与非电解质直接发34生纯化学作用而引起的破坏。
(3)电化学腐蚀,是指金属与离子导电的介质(电解质)发生电化学作用所引起的破坏。
电化学作用既可单独引起金属腐蚀,又可和机械作用、生物作用共同导致腐蚀。
在城市供水管网中,金属管道的腐蚀主要是电化学腐蚀。
1.2 金属电化学腐蚀基本原理金属处于腐蚀介质中时,由于金属表面物理或化学性质不均匀,即构成腐蚀电池。
如图1所示:阳极发生氧化发应,金属释放电子溶解,成为离子态进入电解质溶液;阴极发生还原反应,氧化剂获得电子被还原,氧化剂通常是氢离子(酸性溶液中)或溶解氧(中性或碱性溶液中),在输配水系统中溶解氧是主要的氧化剂;电子在金属中传递形成腐蚀电流,离子在电解质溶液中传递形成离子流。
阳极反应:MM n ++n e(1)阴极反应:2H ++2eH 2(酸性介质)或(2)O 2+2H 2O +4e4OH-(中性或碱性介质)(3)以上电化学过程即构成了完整的腐蚀电池反应。
当腐蚀电池的阴阳极区在金属材料表面较均匀的随机分布时,便发生均匀腐蚀;当阳极区面积很小而阴极区面积很大时,就导致严重的局部腐蚀。
图1 金属腐蚀示意图以上电化学腐蚀过程,多数伴随有微生物的参与并发生重要作用。
根据统计,每年因微生物腐蚀造成的损失,占金属腐蚀损失的10%左右,地下管线腐蚀的50%～80%是由微生物引起或参与造成的。
在供水管网中,微生物腐蚀主要以铁细菌和硫酸盐还原菌为主。
铁细菌是一类能将二价铁盐氧化成三价铁化合物,并能利用此氧化过程中产生的能量来同化二氧化碳进行生长的细菌的总称。
铁细菌容易在铁质管道内壁附着生长,从管道表面吸收铁分,作为其生长繁殖所用。
产生的氢氧化铁,经过长期积累成为褐铁矿(针铁矿、纤铁矿、水针铁矿、水纤铁矿以及含水氧化硅、泥质等的混合物),形成结瘤,所以它们不仅能造成机械堵塞,而且还能形成氧差电池,持续腐蚀管道。
硫酸盐还原菌是一种厌氧菌,能还原硫酸盐为硫化物,它们利用有机物为给氢体,在还原硫酸盐的过程中获得能量。
硫酸盐还原菌代谢产生的硫化氢是强还原剂,具有强腐蚀性,因此硫酸盐还原菌对金属的腐蚀趋向于孔洞腐蚀,导致铁管由于局部的穿孔而发生破坏。
根据国外研究成果,金属管线的腐蚀半数以上是由该菌参与或引起的。
2 输配水系统中常用金属管材的腐蚀特性及应用现状 1)镀锌钢管镀锌钢管的镀锌层容易遭受侵蚀性水体的腐蚀,尤其是低硬度水体;在温度较高或热水系统中,腐蚀速度加快;其腐蚀程度受管道制作工艺及镀锌层性能影响大。
镀锌钢管发生腐蚀可能给水体带来铁、锌、钙、铅污染物。
由于镀锌钢管极易发生腐蚀,工业发达国家已经较少应用。
但它具有加工制作简单,价格低廉的优点,因此在我国很多中小城市,镀锌钢管仍作为小口径用户配水管大量沿用。
近年来,随着新型管材的不断推出以及水质标准的提高,已经逐渐采用PE 管、不锈钢管等替代镀锌钢管。
2)钢管钢管通常易遭受均匀腐蚀,在溶解氧和余氯含量高,缓冲能力差的水体中遭受腐蚀较为严重。
钢管腐蚀可能给水体带来铁污染,造成浊度升高及“红水”现象。
在城市供水管网中,钢管作为主要金属管材之一已经应用了5个世纪。
虽然钢管易发生腐蚀,但它具有耐压力高,韧性强,管壁薄,重量轻等优点,因此在城市供水领域仍将大量沿用。
3)铸铁或球墨铸铁管对于侵蚀性强的水体,易于遭受冲蚀;在缓冲能力差的水体中,易于生成腐蚀瘤。
铸铁管腐蚀可能给水体带来铁污染,造成浊度、色度升高及“红水”现象。
铸铁及球墨铸铁管耐腐蚀性能较好,价格便宜,缺点是质脆,质量大、不均匀、易于发生爆管。
在城市供水领域中,它主要作为大口径供水干管使用。
4)不锈钢管与铜管不锈钢管与铜管管均具有良好的耐腐蚀性,在国外应用广泛,但由于价格昂贵,国内应用较少,多35应用于用户小口径配水管及热水系统的中小口径管道。
以深圳市深圳水务集团市政管网(未包含小区与用户管网)为例,其钢管、铸铁管和球墨铸铁管分别占27%、21%和4%,金属管道在市政管网中比例超过50%。
深圳特区的供水管网建设年限不长,但根据用户问卷调查显示,投诉水中有杂质、沉渣、铁锈,水管破旧,腐蚀生锈,有漏水问题的在用户投诉中占80%以上。
由此可见,我国城市金属供水管网的腐蚀状况及其造成的管网维护与水质恶化等问题十分严重。
3 金属管道腐蚀产物及其主要危害3.1 腐蚀产物的形态结构及其主要成分自来水在管网中长期运行和停留,会在电化学和微生物作用下持续腐蚀金属管道,产生的腐蚀产物聚集在管道内壁,逐渐形成沿管道内壁环生的腐蚀垢层,也称之为“生长环”[3];腐蚀垢层的生长是不均匀的,在腐蚀较为严重的局部通常会形成半球状腐蚀瘤,腐蚀瘤形状各异,大小不一,将密集分布于管道内壁,如图2所示。
图2 铸铁管内壁腐蚀瘤给水管网内壁腐蚀垢层的形成与生长是长期而复杂的过程,它的物理结构与化学成分,与管材、管网水质及水力条件密切相关。
水质的影响因素包括pH 、硬度、碱度、缓冲强度、自然有机物(NOM )浓度、溶解氧(DO )浓度和水温等;水力的影响因素包括流速、流态及水流方向的变化;水处理工艺中采用的缓蚀剂同样对腐蚀瘤的形成与成长起着重要的影响(缓蚀剂在国内城市供水领域应用较少)。
由于腐蚀瘤形成与成长过程的影响因素复杂,不同材质、不同位置、不同管径的管段附着的腐蚀瘤都可能有着不同的物理化学性质,但研究表明它们仍然有许多相似的属性。
Benjamin 等人发现铁管腐蚀瘤内物质的化学成分通常包括α-FeOOH 、γ-FeOOH 、Fe 3O 4、γ-Fe 2O 3、5Fe 2O 3·9H 2O 、FeO 、FeCO 3、Fe (OH )2、Fe (OH )3、CaCO 3、绿垢(green rusts )等。
同时,腐蚀垢层表面还可能吸附和沉积管网水体中的泥砂、杂质、重金属、有机污染物及微生物等。
3.2 金属管道腐蚀的主要危害1)严重影响管网通水能力,增加水头损失与输水能耗。
根据上海、天津等市定期测定管网粗糙系数统计,发现无防腐措施的管道输水能力已降低了1/3以上。
2)对管网的安全运行造成重大影响,管道长期腐蚀引起管壁变薄、穿孔、破裂导致管网安全事故与水体“二次污染”。
3)增加管网的更换和维护费用,造成巨大的直接或间接经济损失。
美国供水协会(AWWA )于1999年估计,美国的供水企业在今后20年内将花费3250亿美元来更新城市供水管网。
4)使管网水质浊度、色度、细菌种类和数量、铁、锰以及有毒重金属离子浓度等水质指标恶化,引发管网“红水”、“黑水”或“有色水”现象。
对占全国总供水量42.44%的36个城市调查表明,出厂水平均浊度为1.3度,而管网水增加到1.6度;色度由5.2度增加到6.7度;铁由0.09mg /L 增加到0.11mg /L ;细菌总数由6.6cfu /m L 增加到29.2cfu /mL [2-5]。
根据芝加哥1968年供水管网水样与出厂水水样的水质对比得出,镉、铬、钴、铜、铁、铅、锰、镍、银、锌等元素的浓度在15%～67%的水样中有所增加。
4 金属管道腐蚀主要控制措施1)采用物理或者化学方法在管道内壁形成保护膜,阻隔水体与管壁的接触。
例如水泥砂浆衬里、环氧树脂薄膜等,或者投正磷酸盐、硅酸盐等缓蚀剂。
2)改善管道使用的金属材料物理化学性质以及管道的加工制作工艺,增强管体材料的耐蚀性和材质均匀性,从而阻滞电化学腐蚀反应以及局部腐蚀的发生,有效减缓腐蚀。
3)合理设计管网布局和结构,避免出现“死水”区域以及水力条件急剧变化的情况,使管道内壁表面水流性质稳定均匀。