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预防不锈钢供水管腐蚀的措施及对策
发布时间:2012-09-15 20:46:00

        摘要:近年来,随着人们对饮用水健康安全要求的提高,薄壁不锈钢供水管在公共建筑、城市住宅中已开始大量应用,而荷兰、德国、西班牙意大利等国家早在60年前就开始使用。它的应用能够有效防止饮用水在输送过程中被的二次污染,为人们的健康设立了安全屏障,是饮用供水管道一次大的变革。然而,如何延长薄壁不锈钢供水管的寿命,防止不锈钢被腐蚀是关键。为此,笔者根据浙江正康实业有限公司多年来,在全国不同区域、不同环境下薄壁不锈钢管件的应用,对不锈钢管件的防腐蚀,延长使用寿命所采取的对策与措施,与大家共同讨论和分享,能为大家提供更多的经验和借鉴。

  关键词:不锈钢管   延长寿命   措施对策

  不锈钢的抗腐蚀性能主要是不锈钢表面覆盖着一层极薄致密的钝化膜,这层膜把腐蚀介质隔离,可减少氧化和腐蚀。如何提高不锈钢的使用寿命,这是人们十分关心的问题,尤其在建筑工程使用薄壁不锈钢供水管道,减少腐蚀、延长使用寿命已被人们所重视。如果我们在不锈钢管件生产加工、安装使用过程中不被腐蚀,不锈钢管道的使用寿命就可以大大延长。不锈钢在不被腐蚀的情况下使用寿命可达上百年。因此,做好不锈钢的防蚀工作,是延长其寿命的重要因素。

  一、不锈钢的几种腐蚀类型及原因

  不锈钢被腐蚀破坏的发生,大致可分为两大类:全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀是指:腐蚀是均匀或不均地分布于整个构件表面的腐蚀。这种腐蚀很容易被人们所觉察,较易采取对策。局部腐蚀是指:腐蚀的发生是在小部分区域内选择性地进行,导致构件局部破坏的现象。局部腐蚀比较隐蔽,会在没有先兆的情况下突然发生事故。局部腐蚀是不锈钢构件在使用中发生腐蚀破坏的重要形式。

  不锈钢发生腐蚀破坏的常见形式有点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、空泡腐蚀、电偶腐蚀及高温腐蚀。常见的不锈钢被腐蚀破坏的形式有:

  1、点腐蚀:是不锈钢明显腐蚀的通常形式。腐蚀集中在不锈钢的某些特定点域,并在这些点域形成向深处发展的腐蚀小坑,受腐蚀部位变黑色或变成深褐色。大多数严重腐蚀环境中,点蚀的数量和深度增加,使表面呈现受腐蚀的外观。在弱腐蚀条件下,点蚀表面不明显,锈斑渗出就可能使周围失去光泽。

  2、缝隙腐蚀:是指在金属构件缝隙处钝化层被破坏,发生斑点状或溃疡形的蚀坑,是局部腐蚀的一种形式。这样的缝隙可以在金属与金属、金属与非金属的接合处,遇到雨水、自来水或非金属清洗剂等因素而形成,导致缝隙腐蚀的产生。如在铆钉、螺栓、焊接及松动表面沉积物(沙粒、污垢、焊渣和锈层)接触处形成。缝隙腐蚀在氧气不足的情况下容易产生,特别在裂缝非常小、氧气很难渗进的地方常出现缝隙腐蚀。

  3、应力腐蚀(SCC):有两种情况可能出现应力腐蚀开裂。一是不锈钢处于氯化物水溶液环境中可能产生应力腐蚀开裂;二是不锈钢在加工或深加工后被破坏的金属分子结构没有还原情况下容易发生应力腐蚀。例如,海雾环境,气温又超过正常的环境温度中(超过60℃或在较低温度),不锈钢处于很高的拉应力作用,会产生应力腐蚀开裂。

  4晶间腐蚀:不锈钢中的碳(通常含0.08%)与铬结合,在热处理过程或在焊接过程中晶界析出,使晶界出现贫铬,不锈钢在受热后含碳量会增加,导致抗腐蚀能力下降。如果钢材表面再受到油脂、涂料和油漆的污染,也容易发生晶间腐蚀。

  5、电化学腐蚀:当两种电化学势能差较大的金属相互接触过程中可能产生这种腐蚀。如碳钢和不锈钢接触时,又在电解电压或者杂散电流的驱动下,两种金属产生一个电流回路,两构件之间的电解电流会引发电化学腐蚀。若在电流的持续作用下,腐蚀速度加大,能在短时间内腐蚀构件。

  二、不锈钢供水管在安装过程中最常见的腐蚀现象及分析

  在一个建筑中有很多的管道组成,有供排水管、电缆管、供气管、消防等管道交织在一起,且大部分都是在地下室和管道间,通风不良、空间湿度较大,使用环境欠佳,管道腐蚀现象很多。但是对不锈钢供水管道来说,防止因环境和安装不当出现的不锈钢管件的腐蚀十分重要。下面我们着重介绍薄壁不锈钢管道在安装、使用过程中容易发生腐蚀的几种形式:

  1、全面腐蚀现象:不锈钢管件在氯离子广泛存在和腐蚀介质较多的环境中,使钝化膜遭到破坏,以至形成腐蚀坑,加之表面的一些夹杂物、贫铬区、晶界、位错等,不锈钢表面容易出现腐蚀,出现锈斑,周围失去光泽,从而形成腐蚀。所以在使用中尽量改善使用环境,降低氯离子的含量,保持空间清洁干燥,减少灰尘附着。如在海滨城市、潮湿的空间、氯离子多的区域等,选用耐蚀性较好的316或316L材质,减少氯化物介质的侵蚀。

  如2011年5月,我们做厦门一高档写字楼项目,由于地处海边,地下室管道间潮湿,且通风不好,水气严重,水中钠离子和氯离子较多,地下室管道出现腐蚀坑,腐蚀现象明显,我们派出工程师对材质送当地权威部门进行化验,对现场环境进行察看,最后综合分析一致认为是由于水质和不良环境造成,对地下室管道改用了316材质,来增强耐腐蚀能力,至今没有发生腐蚀。

  2缝隙腐蚀现象。造成不锈钢缝隙腐蚀的条件比较广泛,几乎所有的腐蚀介质都会对不锈钢管件产生缝隙腐蚀。如雨水、冷凝水含氯离子的水汽等都可导致缝隙腐蚀的产生,特别在裂缝非常小、氧气很难渗进的地方常出现缝隙腐蚀,如供水管的法兰盘、螺丝链接处以及与其它不同材质链接时,容易产生缝隙腐蚀。因此,在项目设计中对缝隙腐蚀要给予特别的注意,在容易碰到水汽和腐蚀介质多的环境和部位,努力避免缝隙的产生,可以考虑卡压式链接方式,减少缝隙腐蚀。

  3电化学腐蚀现象。以上我们讲到的当两种电化学势能差较大的金属如碳钢与不锈钢接触会出现电位差异,容易发生腐蚀。我们这里还需强调的是当碳金属或者砂轮切割沫、残留的焊接氧化物,碳钢打磨落下的粉层等腐蚀介质残留在不锈钢管内,再遇到周围环境带有电压电流(或者杂散电流)的作用,会出现意想不到的电化学腐蚀。这种现象不是很常见,往往容易被大家所忽视,如果一旦发生,腐蚀速度之快,会给施工和安全带来一定影响。

  什么叫杂散电流:是指设计回路或规定回路以外流动的电流称为杂散电流。它主要分为直流杂散电流、交流杂散电流和大地(天然)杂散电流。

  杂散电流的产生:交流杂散电流主要来源于工业用电的传输、感应和馈地。变电站、雷达站、载波电话和有线广播站附近都有强烈的交流杂散电流。直流杂散电流主要由电气化铁路、直流电机、直流用电器、各类接地避雷装置等引起。

  杂散电流腐蚀特点表现:(1)腐蚀迅速;(2)多集中于局部;(3)外部有防腐层时,集中于防腐层(带有碳离子的保温材料)有缺陷部位。使不锈钢管在短时间内发生点状蚀坑。

  例如,2012年8月我们在重庆一个五星级酒店项目,安装在洗衣房内的DN50mm不锈钢供水横管,仅安装后18天左右,管材就腐蚀击穿,出现针眼大少的穿孔,产生漏水。同时,在现场安装中施工单位在横管外使用了黑色橡塑保温材料,如下图所示。

  如上图所示内部腐蚀部位周围无腐蚀, 属典型的电解腐蚀。  

  此外,施工现场出于保温的需要,在钢管外部包覆了一层黑色橡塑发泡材料,而这包装材料中含有炭黑,而炭黑是一种很好的导体,这就使得保温材料也具有一定的导电性,两者贴合在一起,使得不锈钢钢管与橡塑保温层之间形成了无数个触点,使得不锈钢管材表面出现类似的腐蚀浅坑。下图所示。

  
        事发以后,我们对材质化验、安装现场和腐蚀状态剖析探讨,经过专家分析认为:是残留在不锈钢管底部的活性金属等腐蚀介质(砂轮切割沫、含酸碱性材料、残留的焊接氧化物,碳钢打磨落下的粉层)与钢管内壁接触,当有杂散电流通过不锈钢管时,在腐蚀介质与钢管接触的部位加快了电化学腐蚀,重者在半个月左右不锈钢管就产生腐蚀穿孔。如上图所示,腐蚀速度很快。

  杂散电流腐蚀的现象多存在于横管的中下部位,其原因是沉淀于钢管内的腐蚀介质遇到杂散电流而造成杂散电流腐蚀。而在安装竖立的水管中这种现象发生很少。

  根据以上情况,经请教专家和查阅理论依据,不锈钢管腐蚀原理是:由于外界因素导致工程地下室墙体存在着杂散电流,不锈钢管道安装时未经过绝缘处理,管卡、支架等与墙体或者其它管道接触,使电流形成一个闭合回路,从而造成杂散电流腐蚀。如下图。


 

  三、防止不锈钢管件腐蚀的措施和对策

  根据多年生产、安装和使用的经验,防止不锈钢腐蚀,延长使用寿命要从生产环节开始抓起,贯穿于设计、生产和安装全过程。

  1、生产过程中的预防。在不锈钢管件生产企业,要考虑到管件在使用中的安全和防止腐蚀的因素,在加工中对不锈钢管件一定要采取固溶处理,这项热处理至关重要。

  不锈钢管件经过成型焊接等工艺后,金属分子结构会发生一定变化,经过1050℃的固溶处理(采取氢气保护处理)对管件具有良好的改善作用:一是可以消除管件焊接中的敏化现象,提高焊缝的耐腐蚀性能。二是可以恢复管件生产过程中的晶间变化,防止使用过程中的晶间腐蚀。三是可以消除管件生产过程中的应力,降低使用过程中应力腐蚀的可能。四是可以消除管件加工过程中的改性现象,恢复材料的耐腐蚀性能。五是可以还原不锈钢材料表面的自然的光亮。(这种光亮和抛光的亮不一样)。

  其次,管件在焊接和固溶过程中一定要采用气体保护,因为在焊接工艺和固溶处理工艺,使用气体保护可以大幅度提高不锈钢管材焊缝和不锈钢本体的耐腐蚀性能,从而大幅度增强产品的使用寿命。

  因此,固溶是提高不锈钢管件使用安全和防蚀的重要措施,采用固溶工艺,会使加工成本有所上升,但增加了安全系数。我们公司多年来在生产过程中一直采用固溶工艺。据了解目前有少数企业在管件生产中为节约成本,在焊接过程没有使用气体保护措施,也没有采取固溶工艺处理,仅用抛光喷砂等方法处理,掩盖了焊接和固溶工艺的不足,这将给客户带来永远的隐患。

  2、管道设计预防。在管道设计过程中,一是尽可能减少缝隙腐蚀;二是尽量减少施工现场的焊接,确需焊接要进行气体保护和后序处理,减少对缝隙钝化层的破坏;三是在安装环境不佳、容易碰到水汽的地方,可以考虑采用卡压式连接方式,尽量避免缝隙的产生;四是如果缝隙不可能避免,使用的环境又不好,就应该考虑改用316材质。

  3、安装施工过程的预防。不锈钢的耐腐蚀性能不是绝对的,而是相对的,有条件要求的,在不利因素和条件下不锈钢也会发生腐蚀。如304不锈钢板,在干燥清洁的大气中,有绝对好的抗锈蚀能力,但将它移到含有大量盐份的海雾中,很快就会生锈,使用环境好坏对不锈钢管件的腐蚀影响较大。

  第一,在安装时要尽量保持清洁干燥的良好环境,避免水汽集聚,这对使用寿命的延长至关重要。

  第二,在安装施工过程中避免在不锈钢管内残留砂轮切割沫,焊接氧化物和碳钢粉层等腐蚀介质的产生,尽量减少砂轮切割带来的对不锈钢金属结构的破坏,避免造成多种腐蚀。

  第三,城市的各种建筑物会不可避免地受到电力线路,通讯线路,或者电气化铁路、直流电机等产生的杂散电流的干扰。因此,对杂散电流较大的区域建筑,如周边有变电站、雷达站、信号发射站附近,在管件安装时要尽可能考虑做绝缘处理,避免产生电流回路所造成的电流腐蚀。预防电流腐蚀可采取以下方法:

  1、管道安装时尽量避开或减少杂散电流干扰源。

  2、尽量减少不锈钢管件与其它金属的接触,如需连接时尽可能使两种金属之间彼此电绝缘。

  3、在安装时尽量避免管道与管道之间相互接触而再次产生杂散电流腐蚀。

  4、对带有散杂电流的建筑物,在管道安装时可间隔一定距离采取电绝缘处理,采用活接或安装绝缘法兰,切断杂散电流的循环路线。

  结束语

  防止不锈钢腐蚀是人们所重视的问题,但是防止电化学腐蚀也不容忽视,如果一旦造成腐蚀,会给生产企业、施工方和项目单位带来不同程度的麻烦和影响,为此,我们希望更多的人了解不锈钢的特性,愿为不锈钢供水管道的使用和安装提供更多的经验,提高薄壁不锈钢供水管道生产和使用的安全性,延长不锈钢供水管的使用寿命。                                                                                                          

                                                                                                                                             2012年9月


 

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