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解决不锈钢管道腐蚀和漏水的方法

解决不锈钢管道腐蚀和漏水的方法

分类: 学术论文

发布时间: 2019-07-24 20:55:45

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解决不锈钢管道腐蚀和漏水的方法

]薄壁不锈钢管道在中国的推广和应用已有十多年时间了,为了配合推广和应用,为了保护消费者的权益,国家相继颁发了8套相关的国家标准,尽管如此,在已有的工程中仍经常出现严重的工程事故,导致大面积漏水和重新布管的事件,对用户的使用薄壁不锈钢管道信心造成重大打击。很多人甚至对薄壁不锈钢管道能否使用产生固执性的怀疑!我们可以考察一下近些年来的漏水事件,比如新疆医院刚装好的薄壁不锈钢管道半年内就发生漏水拆管的事件;甘肃兰州医院刚装好的薄壁不锈钢管道半年内就发生漏水拆管的事件;西安和重庆军医大学刚装好的薄壁不锈钢管道半年内就发生漏水拆管的事件;江苏南京某宾馆刚装好的薄壁不锈钢管道半年内就发生漏水拆管的事件等等,究其原因,都不是安装造成的漏水事件,而是选材错误或管件选择错误造成的工程事故。
四川民生管业是美国洛克斯通在中国的定点生产的供货企业,20年如一日地按照ASTM、GB、EN等标准生产薄壁不锈钢管道和连接管件,我们生产的每种连接管件都自带温度补偿,再加上我们提供的管材管件经过全工序检测和处理,使我们先后完成了从国办中南海的管网改造,奥运工程的管网供货和国内近100家宾馆和医院和大型建筑的供货,公司提出的目标是:无论难度多大的工程供货,我们都将保证所供商品在百年内不修不换。近年来公司也承担了原由国外厂商供货的三峡公司溪洛渡和向家坝大电站的管道供货,并取得了用户高度的信赖。
四川民生管业在薄壁不锈钢管道供水方面拥有很多项发明专利,其中常用自带温度补偿的管件专利如下:

组成可伸缩曲挠管件的螺纹接头ZL201210544576.5
可伸缩曲挠的法兰管件201310051644.9
不锈钢活塞式管道温度补偿器ZL200410040945.2
限位密封活接薄壁不锈钢管件ZL 2004 1 0021789.5
高压不锈钢管小法兰联接管件ZL03117217.2
高压快装不锈钢管活接管件ZL 03 1 17216.4
 

这些发明专利都是薄壁不锈钢管件的专利,这些专利管件解决了不锈钢管道的曲挠问题和温度补偿问题,即是说,使用可靠的合格的不锈钢材料后,再使用自带温度补偿的可曲挠管件,把这些技术全部用于不锈钢管道后,才能解决不锈钢管路的终身不修不换问题。
以下以问答的方式来阐明不锈钢管道管道选材、管件选择和安装过程中的注意事项。当你了解了下述内容后,你就掌握了薄壁不锈钢管道的几乎所有技术问题。
一、         304不锈钢管道是不是终身不锈蚀的管道?
      答:不是。304不锈钢管道不经酸洗钝化就投入使用,实际处于活化状态,在海水中电位为+0.36,这类管道作为自来水的输送管道,会立刻发生牺牲阳极的事件,有可能一个月内就会发生穿孔、漏水事件。比使用镀锌管的寿命还短。因此需要固溶酸洗钝化,还需要一些小技巧才能满足终身不锈蚀的问题。
二、         304不锈钢管道经过固溶酸洗钝化后能解决50年内不锈钢管道的锈蚀问题吗?
      答:不能解决,即使固溶后再酸洗钝化的不锈钢管道,也不能解决50年内不锈钢管道的锈蚀穿孔问题。如果304改为304L,基本能解决耐腐蚀问题,它还需要一个小的技巧来解决MIC微生物腐蚀问题,这些小技巧是民生管业独家使用的。
三、         如果解决了薄壁不锈钢管道的腐蚀问题,这种管道最长能使用多长时间?
      答:薄壁不锈钢管道的寿命取决于管道腐蚀的速度,腐蚀分为水冲洗造成的平均腐蚀,按每10年冲洗掉0.02mm计算,0.8mm壁厚的管道100年后管道的厚度还有0.6mm,按日本标准,DN15~DN25的管道,新管的厚度可以选择为0.4mm,也有100年的寿命保证,可见平均腐蚀几乎与管材厚度无关。平均腐蚀之外还有其他的六种腐蚀,它们分别是:①缝隙腐蚀,管件连接过程中产生的人为缝隙,由水垢或沉积物产生的天然缝隙,缝隙处只要有氯离子存在,就会发生缝隙腐蚀;②点腐蚀,金属表面不同位置的纯局部的腐蚀,只要有氯离子存在,就可能发生点腐蚀;③晶间腐蚀,只要有焊接的地方,就可能形成碳化铬析出,其局部结构因铬含量变低发生“敏化”,晶粒周围的贫铬区就可能发生腐蚀;④应力腐蚀,主要发生在氯离子存在的条件下,其表现为裂纹形式;⑤电腐蚀,不同的金属和非金属在潮湿的环境中都有不同的氧化电位,在海水中,镁、锌、镉、铝、钢、304(未钝化的)、铅、锡、海军黄铜、氢、铜、镍、蒙乃尔合金、钛、304(已钝化的)、银、石墨、铂、金,它们的电位分别是+1.49、+0.81、+0.64、+0.61、+0.38、+0.36、+0.32、+0.27、+0.12、0、-0.02、-0.10、-0.13、-0.14、-0.15、-0.16、-0.49、-0.50、-0.50。
由上述电位表可以看出,未钝化的304和已钝化的304其耐蚀电位是不同的,它们相差0.51V的电位,任何金属在一起时,只要有电位差存在,就会发生电腐蚀,由于钝化后的304阴极电位较高,较难发生牺牲阳极事件;⑥细菌腐蚀(称为MIC),这是一种常见的腐蚀,因为不锈钢太环保了,它与所有生命体都能融洽相处,细菌也不例外,由细菌的尸体堆积会造成电化学腐蚀称之为MIC腐蚀,许多管道在安装后,在20°C以上,三月内试压水不排出,试压水中的消毒剂高锰酸钾消失殆尽后,细菌会大量繁殖,其结果是几乎无一例外会让管道大面积穿孔漏水。
四、         与铜管相比,不锈钢管道有哪些优点和缺点?
      答:如众所知铜管的缺点是溶于水中的铜离子进入人体后会引起生理变化,长期的积累会导致老年痴呆,见美国科学院2003年的报道。为此,不锈钢管道成为人类供水的首选管道,在日本等工业发达国家,几乎都100%使用不锈钢管道,但是不锈钢管道由于太环保太娇嫩,易发生六种腐蚀,即使钝化处理后,由于阴极电位不高,易和其他金属发生电化学反应,而铜因为能杀死几乎所有细菌,因而无此缺点。
五、         与塑料管道和钢塑管道相比,不锈钢管道有哪些优点和缺点?
      答:薄壁不锈钢管道的连接管件结构很合理,密封性能良好,且管材管件属于同一种金属,所以不会发生电腐蚀现象,卫生性能也很好,即使2m/s的流速水头损失也几乎为零,所以不锈钢管道很节能。如果采用自带温度补偿的管件,这种管道系统很容易做到百年内不修不换。其缺点是价格比钢塑管和合格塑料管高15%左右。
而塑料管道和钢塑管道至今未解决好管件的连接问题。因此至今没有10年以上仍在使用的合格案例。塑料管道或钢塑管道在通水后水阻过大,被水流切削的塑料和塑料添加剂经饮水的过程在人体内富集,引起健康问题。塑料本身无毒,但塑料制造过程中必须使用六种以上有毒添加剂,这些添加剂在人体内富集后就会引发诸如脱发、不育、阻碍神经传导等严重生理事件,在欧美国家,是严格禁止使用塑料管道作为饮用水管道的。
六、         薄壁不锈钢管件有哪些连接方式,如何评价这些连接方式?
      答:二十年前,德国和日本民间都使用多种连接方式,但经过20年的发展,在各国自来水协会的规范下,许多连接方式被淘汰了,现在只留下三种连接方式,见日本JWWAG115/116标准中的连接方式。这三种连接方式是:
①  可曲挠的自带温度补偿的螺纹连接方式
②  可微曲挠的自带温度补偿的卡压连接方式
③  在严格氩气保护下的对接焊连接方式
而在之前一些国家与今天的中国一样还出现过粘接式连接、转动式卡套连接、承插式焊接等多种连接方式,现在这些连接方式现在都淘汰了。
对连接方式的评价:欧美国家现行的三种连接方式是经过近50年的反复使用和实践总结出来的连接方式,这是数万工匠经过50年总结的最好的连接方式,这是人类智慧的结晶。美中不足之处是,第②方式耐屈挠度不够,第③种方式管件不自带温度补偿,而这两点由中国四川民生管业公司把它们全部解决了,民生管业完善了卡压式管件的结构,还发明了配套的活塞式温度补偿器,使卡压式管件成为可伸缩的耐屈挠的管件。在焊接管件方面,只要焊接上耐屈挠的、自带温度补偿活塞式温度补偿器(一种独立的管件)。焊接管道也变成了耐屈挠的、自带温度补偿的管道了。
粘接式连接在管道运行初期还能满足要求,但随着填充料的干枯、裂口,就不能保证不漏水了,而且粘接强度总是不大于100MPa,而热胀冷缩的强度总是大于540MPa,即使粘接很成功的管件,在冬天也会在热应力下拔脱开来;有人在粘接的基础上再进行卡压,拔脱力增大到150MPa,即使这样,在冬天管道仍然被拔脱开来,所以这种管件在国外是禁止使用的。
薄壁不锈钢管道承插式焊接的连接方式也是不能使用的方式,原因是承插式焊接连接的工艺使上述六种腐蚀都成为可能,在德国和日本,这种连接工艺方式是明文禁止的,在中国不锈钢协会也明文禁止这种连接工艺,见附件。
七、         不锈钢管道的连接件为什么需要自带温度补偿的耐曲挠管件?
      答:不锈钢的热胀冷缩的系数是0.017mm/m·C°,是碳钢管的1.7倍。24米长的管线,30度的温差,管材的长度变化为12.24mm,如此大的长度变化,一定会导致管材接口处被拔脱,使密封失败,造成漏水事故,所以不锈钢管道必须带温度补偿器。传统的温度补偿器是不锈钢波纹管,这种补偿器的寿命一般为2~5年,即是说每2~5年需要拆换一次,工程量大,不能做到50年~100年免维护的功能。而是需要经常维护。所以要解决的关键问题是能不能让所有的不锈钢的管件自带温度补偿的功能?四川民生管业经过15年的研发,用一系列的发明专利终于全部解决这方面的问题,现在四川民生管业所生产的所有管件几乎都自带温度补偿的功能,而且都有相关的标准。
专利“可伸缩曲挠管件的螺纹接头(ZL201210544576.5)”,这套螺纹管件因为自带温度补偿,所以能解决DN15—DN80的管路的温度补偿问题。标准号是GB/T 21359。
专利“可伸缩曲挠的法兰管件(201310051644.9)”,这套法兰管件因为自带温度补偿,所以能解决DN40—DN400的管路的温度补偿问题。标准号是10S407-2。
专利“不锈钢活塞式管道温度补偿器(ZL200410040945.2)”,这个专利提供了一套活塞式温度补偿器的管件,利用这些管件能解决DN15—DN400的管路的温度补偿和管路的抗曲挠问题。它的特征是:具有100年以上的使用寿命,可全部用来代替传统的寿命仅有2~5年的波纹管温度补偿器。标准号是10S407-2。
目前我公司正在申请中的其它管件专利,已解决了DN15—DN100卡压式管件的自带温度补偿问题。使卡压式管件产品用在不锈钢管路中后,整个管路变为终身不修不换的管路。
八、在安装不锈钢管道时,必须注意的十个禁忌是什么?
答:①    不锈钢管路系统在设计时一定要有1.5~3°左右的坡度,并在最低出水口处留泄水阀门,以避免人去楼空后由于管道中留有储水和无氧气,导致由管内储水滋生的厌氧菌所造成的MIC事故发生;
②    不锈钢管路系统禁与碳钢管路系统或碳钢阀门、球墨铸体阀门直接相连,否则会造成电化学腐蚀,锈蚀的水在管路中储留,又导致整个管路腐蚀,但不锈钢管道可以和铜管管件连接使用;
③             不锈钢管路的绝缘系统和保温系统严禁用PVC材料,也严禁用橡塑材料(因为橡塑材料是PVC和橡胶的共聚物),否则在结露和潮湿的环境下,管道会发生大面积氯离子造成的锈蚀穿孔事件;
④             不锈钢接口的焊接有两种工艺:对DN50以下的小管道而言,a,外加氩气的单面焊双面成型工艺;b,内外加氩气的单面焊双面成型工艺。为了充分保护焊口处的金属,a工艺使用的氩气的气压为b工艺1.5倍以上为宜,两种工艺相比,b工艺是最好的工艺。对DN50以上的大管道而言,接口必须分段隔离,使用b工艺,内外加氩气保护焊接。严禁承插式焊接,严禁用氮气做保护气体焊接。
⑤             薄壁不锈钢管道,管材管件都必须经过固溶、酸洗、钝化处理,不经过上述工艺处理的不锈钢,称为活态不锈钢,其在海水中电位为+0.36v,而经过处理的钝化态的不锈钢,其在海水中电位为-0.15v,后者电位提高了0.51v,这种不锈钢几乎能够避免前述6种腐蚀事件发生。所以能准确鉴别不锈钢产品是否经过全工序处理的供货状态是保证产品质量的关键。
⑥             千万不能选择劣质的未经钝化处理的304不锈钢管道产品:因为304不锈钢是一个系列产品,其中碳的含量在0.04%到0.08%之间,硫和磷的含量为0.03%到0.04%,镍的含量在8%到11%之间,铬的含量在18%到20%之间,铁的含量70%到72%之间,游离的铁离子的含量在0到3%之间,这些都是304的范围。对于国内两家大厂生产的薄壁不锈钢冷轧板而言,碳的含量在0.05%之内,硫和磷的含量在0.03%之内,氧化铁的含量为0,铬的含量不小于18%,镍的含量不小于8%,反之,对于其它厂家的产品而言,碳的含量、氧化铁的含量、硫和磷的含量都偏高,这对于焊接式成型的不锈钢卷管而言,是很不利的,碳含量每增加0.01%,管道焊缝发生贫铬现象的可能增加10%,贫铬现象造成的腐蚀几乎是焊缝腐蚀概率的一半。所以欧美国家的标准都强调焊管必须由无游离铁离子的冷轧板材料来制造,并推荐使用含碳量小于0.03%的304L的冷轧板来制作薄壁不锈钢管道产品。反之用小厂304热轧板来制作的管材管件由于游离铁离子超标,若用于供水,其使用寿命是不能保证的。
⑦             从阿累尼乌斯曲线判断橡胶密封的寿命问题,瑞典科学家诺贝尔奖获得者阿累尼乌斯于1895年提出了阿累尼乌斯曲线图,通过这个曲线图可以判定硫化橡胶的使用寿命。这种测定方法可以对不锈钢管道使用寿命作出一种权威性的结论。当橡胶压缩永久变形和拉伸应力松弛临界值不超过原始值0.75时,我们认为橡胶所形成水密封仍是可靠的密封。我们以此来判定橡胶的使用寿命,从而推导出不锈钢管道的使用寿命。以丁基橡胶圈为例,常温下100年前使用寿命就大于60年。由于橡胶经过近100年的改进,高温性能已变得愈来愈好,如陶氏的三元乙丙进口橡胶,从材料的温度曲线上来判定,70℃和30℃已没有很显著的使用年限差别。即使76℃的使用温度下,三元乙丙橡胶也有70年以上的使用寿命。所以说,按阿累尼乌斯曲线图来判定,不锈钢管道在60℃以下使用时,是百年不修不换与房屋建筑同寿命的管道。
⑧             关于管材壁厚的厚度计算:假设圆形管道中,管材的直径为D,壁厚为S,许用应力为R,管道内水压为P,在管材两端堵口的条件下,应该有如下方程式:πDSR/2 =πD2P/4,推导出P=2SR/D,列表如下(其中R取540MPa):

中国标准1.6MPa水压管径x壁厚15.9x0.620.0x0.725.4x0.832x1.040x1.250.8x1.2
实际最大承压(MPa)40.737.834.033.732.425.5
日标
1MPa水压
管径x壁厚15.9x0.422.0x0.428.6x0.434.0x1.042.7x1.048.6x1.0
实际最大承压(MPa)27.219.615.131.825.322.2
 

此表表明了:(1)即使管材的壁厚很薄,也能5倍地满足承压的需要;(2)管材的壁厚不影响水压,密封也不影响水压能力。因此我们的重点应放在管材材料的质量上。
⑨             严禁在不锈钢管道内表面进行镀银、镀镍、镀铬等处理工艺,因为在通水后会引起重金属超标和用户饮水后富集在体内造成重金属中毒事件,引起肝硬化,但是国内很多厂家为了产品外观漂亮,无一不进行镀银、镀镍、镀铬等处理工艺。
⑩             304不锈钢安装时严禁裸管埋地埋墙,因为会发生电腐蚀。
⑪ 无论是那种薄壁不锈钢管路系统,在管路中都必须使用温度补偿器,如果不使用,在北方会引起大范围的管材拔脱漏水事故。
九、         薄壁不锈钢管材管件在出厂前必须经过哪些处理程序?
答:不锈钢管材在出厂前必须经过固溶、酸洗、钝化后抛光处理。在焊缝的检测方面,必须经涡流检测、X射线检测,最后还必须每只管材、每个管件经过水压检测,全检合格后才允许出厂。
十、         不锈钢管道现有标准有哪些;这些标准的侧重点是什么;满足这些标准的管材管件是否可以解决终身不漏水的问题?
答:薄壁不锈钢管道现有标准有8套,管材标准有:GB/T 12771,YB-T 4204,GB/T 19228.2;管件标准有:GB/T 19228.1,GB/T 21359,GB/T 21472,安装标准有:10S407-2,GB/T 29038。
GB/T 12771主要指管材制作应满足的标准,新版强调了焊管的焊缝必须经X射线检测;
YB-T 4204是不锈钢管道的冶金标准,强调了市面常用的几种管道的外径、壁厚;
GB/T 19228.2是与卡压式管路中与卡压式管件配套的管材标准,其特征是管外径最大仅为108mm;
GB/T 19228.1是与卡压式管路中与卡压式管材配套的管件标准,其特征是管外径最大仅为108mm;
GB/T 21359是供水和工业共用的螺纹式管件标准,其特征是这是一套可伸缩曲挠的螺纹式接头管件,是自带温度补偿的管件;
GB/T 21472是食品卫生行业常用的焊接管件标准,其特征是要求很精确的角度和长度尺寸;
10S407-2是薄壁不锈钢管道的安装标准;
GB/T 29038是薄壁不锈钢管道的技术规范。
评议:如众所知,国标是最基本的标准,满足最基本的标准并不能保证管道长期不漏水,行标应高于国标,企标应高于行标,但在中国的国情下,往往倒置的。商人为了追求利润,往往降低标准生产产品,国标是为保护消费者的基本利益而制定的,也是行业的最低规范。国标为商人的利益设定了一个限制性的门槛,但同时也是商人利益的调和文件,因此按国标做出的产品肯定不是最好的产品。在中国,也有些企业为了百年大业,终身都在追求产品的完美,终身都在树立自己的丰碑,比如四川民生管业,一直兢兢业业地做好自己的产品,并向用户提出百年不修不换的产品概念。
十一、              在海边城市或盐碱地使用不锈钢管道有哪些注意事项?
答:304不锈钢管道在海水中钝化后的阴极电位为-0.15,而氯离子标准阴极电位大约-1.35v,故两者接触会发生电化学腐蚀,按牺牲阳极原理,304不锈钢成为阳极腐蚀体。因此在盐碱地使用不锈钢管道时,必须在不锈钢外表完整地外覆PE塑料。此外,在盐碱地使用,最好选用阴极电位较高的316L管道。