某长距离大口径输水工程管道防腐设计研究

GXF360 2019-09-14

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1.工程概况

该工程位于新疆克拉玛依市境内，管线全长5890m，管径DN1400，输水流量为3.47m3/s。

2．工程地质条件

输水管线沿线场地土层主要由第四系的素填土( pagenumber_ebook=70,pagenumber_book=68 ）、角砾 (l+pl）及侏罗纪（J）的泥岩组成。通过地勘成果分析，场地土对混凝土结构具有中等～强腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋具有微～中等腐蚀性，综合评价为强硫酸盐渍土。另外，场地土电腐蚀性为中等腐蚀性。防腐蚀设计对管道的长期安全运行至关重要，所以须加强对管道的内外壁防腐处理。

其次，积极引入大型物流公司。在经济新常态的背景下，经营国际化是机遇之一。要把握住国际化的潮流，发展国际贸易，就需要有国际化的物流体系，此时就离不开大型的物流公司。

3．管材比选结论

长距离输水管管材选择首先要求所选管材在保证输水安全、持久耐用、接口密封性能、施工及维护管理方便的条件下综合造价经济合理。从管材造价、运输条件、施工难度、防腐、维护、接口及可靠性等综合分析比较，综合分析比较后结论为：采用螺旋缝埋弧焊钢管。

4．管道防腐设计

对管道结构应根据环境条件和输送介质的性能，设计内、外防腐构造。

4.1 设计原则

（1）严格遵循防腐蚀工程有关的设计规范、技术标准和技术规定。

（2）采用成熟技术，做到经济合理、安全可靠。

（3）选择合适的防腐防护材料和结构，保证防腐防护效果。

4.2 管道内防腐

输水钢管的内防腐材料应具有无毒、耐水、耐磨、低阻的性能。常用材料沥青涂料、水泥砂浆、环氧粉末、无毒涂料等。本工程中输水钢管的内防腐采用无溶剂环氧防腐涂层，防腐层干膜厚度≥300μm。

采用无溶剂环氧防腐涂料衬里后能达到将钢管内壁与水或空气隔离的作用，形成一层致密的保护层，从而抑制了钢管内壁腐蚀。对比其它的防腐蚀涂层，无溶剂环氧防腐涂料对管道过流能力影响较小。

4.3 管道外防腐

输水管道的外防腐包括物理防护和电化学防护。物理防护法是在管道外表面进行涂层保护，将金属与腐蚀介质分隔开。这种方法使用广泛，但在实际工程应用中，由于种种原因效果不是十分可靠。由于管壁与防腐绝缘层界面之间的物质传递是不可避免的，电化学保护法则可对防腐层的缺陷进行补救，通过对腐蚀反应进行积极的干预，从而是腐蚀反应的发生大大降低。

植物油脂快速热裂解生物燃油的 GC-MS分析结果如图3所示，按出峰时间对组分加以比对整理。根据对GC-MS图谱的分析，将占比非常小和相似度不高的成分删除，集中讨论该燃油的典型组分，根据碳链长度及特征，对成分进行归类总结，见表4。可以看出该生物裂解燃油（PBF）包含了 C7 ～ C22之间的各类脂肪酸甲酯、烷烃、烯烃等生物燃料的常见成分，碳链长度跨度范围较大，在后续的研究中，将进一步简化组分构成。

根据输水管道工程使用环境的特点，单一的防腐方案不能达到输水管道长期安全、经济运行的要求，因此，工程中通常选择外防腐层加阴极保护的防腐方案。

(1)管道外壁涂层防护。该方法的特点是将一些防护材料涂覆在钢管管外，阻止使用环境中的腐蚀性介质，如空气、水分以及土壤中的氧、水、盐类等对钢材的腐蚀。由于此方法具有适应性强、有效、造价较小、施工方便等特点，是目前广泛使用的防腐措施。

后现代主义心理治疗的特点在于“建构主义治疗”。建构主义治疗模式认为，心理疾病患者是由于内心缺乏弹性及灵活性，无法很好地适应社会，认知能力不强，不能抵抗外界环境对自身所造成的影响，不能调整自我，不能释放自我，造成自我内心狭隘、孤僻，与世界不融合。后现代主义治疗的心理专家改变了以往的治疗模式特点，将治疗模式由主动变为被动，尝试与患者建立平等的社会关系，通过聆听患者的内心想法，与患者共同进行尝试及探索，帮助患者建立新的心理建构，恢复内心的弹性、灵活性，以便适应社会对其造成的压力，不被压力所压垮。

随着长距离管道的发展，管道外防腐材料迅速发展，除基本的石油沥青防腐和环氧煤沥青涂料防腐，近年又出现了煤焦油瓷漆防腐、环氧粉末防腐、挤压聚乙烯（聚丙烯）复合结构防腐（简称2PE、3PE）、热熔聚乙烯防腐等。

近年来，在政策和实践层面，国家持续不断地加大了对乡村基础设施的支持力度，各级政府也增加了对乡村道路、农田水利设施和村容村貌等的建设投入，广大农村的基础设施状况有了很大改观。但由于城乡差距由来已久，公共服务及其设施整体落后的局面在短期内很难全面改观，突出表现在文化教育、医疗卫生、社会保障等多个方面。

煤焦油瓷漆涂层的特点是化学稳定性好、吸水率低，能可靠地防止微生物侵蚀和植物根茎穿透，造价较小，阴极保护相容性好，使用寿命较长。但耐温性差，抗土壤应力、机械性能不理想，施工过程中会产生有毒有害气体，对环境造成不良影响，因而限制了其应用。

环氧粉末涂层具有良好的粘结性、耐温性、耐化学性能和机械性能，环境适用性强。但由于其造价较高、涂层薄引起防水性能、抗冲击性能较差、施工补口技术要求高，使其在长距离输水管道防腐中发展较慢。

2PE、3PE：由线性聚乙烯和色母料及辅料混合而成，标准要求PE层厚度≥2.3mm以上，其工艺为加热后挤压成带状缠绕，是一个物理过程。2PE与3PE区别是2PE底层为粘合胶外缠绕PE带，3PE为底层热熔120μm环氧粉末，外涂粘合胶再缠绕PE带。

对参加“2018年江苏省定向锦标赛暨江苏定向邀请赛”中的带队教练和教师进行本课题相关的专题访谈，为研究的内容分析和逻辑论证提供理论支持。

热熔聚乙烯（PE）：由线性聚乙烯、高压聚乙烯、树脂胶、抗氧化剂、紫外光吸收剂、促脂酚、色母料、润滑剂等成份配比组成，其受热后发生化学反应，其功能团释放分子链链接聚合，使得其附着力、韧性、硬度大大增强。

钢管只做外涂装时，3PE与热熔聚乙烯均是目前最佳产品，性能稳定可靠，但钢管内壁需做热熔环氧涂装时则对外壁工艺要求非常严格，3PE与热熔聚乙烯（PE）防腐对比见表1。

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目前，三层结构聚乙烯（3PE）和涂塑均在工程中得到广泛的应用，经过环境条件、施工条件及经济条件等综合比较分析，本工程推荐采用涂塑做为外防腐的方案。

(2)阴极保护。阴极保护是防止金属腐蚀的一种电化学保护技术，通过阴极极化降低腐蚀电位，从而达到大大减小金属腐蚀速率，向被保护金属施加阴极电流，使金属的电极电位从原平衡电位向负偏移，并进入该金属的免蚀区，以达到防护的意图。阴极保护分为强制电流法和牺牲阳极法，方法的选用主要取决于保护对象和对周围构筑物的干扰影响，土壤电阻率也是主要因素。

牺牲阳极法阴极保护是将一种更负的金属或合金与被保护金属连接，并处于同一电解质中，形成一个新的腐蚀原电池。被保护金属作阴极，所连接的金属或合金作阳极，优先溶解，其上的电子转移到被保护金属上去，从而使被保护金属得以防护。其优点是不需要外部电源、对周围构筑物没有干扰影响、保护电流分布均匀、利用率高，且日常管理工作量小等。其缺点是保护电流几乎不可调，投产调试工作复杂，消耗牺牲阳极金属。

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强制电流法阴极保护是用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负极与被保护金属相连，电源的正极与辅助阳极相接，使被保护金属成为阴极，以实现保护。其优点是输出电流连续可调，保护范围宽，环境电阻率限制极小，保护装置寿命长。其缺点是对邻近构筑物干扰大，需要外部电源，维护管理工作量大。

通过对两种阴极保护法的比较，从防腐层施工质量的预期效果、以及现场条件的干扰大小和运行管理是否方便等考虑，采用牺牲阳极法阴极保护措施。

表1 聚乙烯三层结构防腐(3PE)与热熔聚乙烯（PE）防腐对比表

项目聚乙烯三层结构防腐(3PE) 热熔聚乙烯（PE）防腐工艺3PE生产执行 SY/T 0413 标准或GB/T 23257标准，当涂装时必须先内涂环氧树脂粉末达到一定数量后再外缠绕3PE。外涂时因工艺要求重新加热并连续生产（工艺要求不能间断），稍停几秒钟后马上水喷淋急速降温避免外PE带水粘连，该工艺对内涂环氧粉末涂层造成一定伤害。热熔聚乙烯（PE）生产执行CJ 120-2016标准，是将钢管一次性加热后,先外涂热熔聚乙烯，然后内涂环氧树脂粉末，为单根一次成型，该标准也是对内外涂一次成型的唯一标准，严格按此标准制做的产品质量稳定可靠。由线性聚乙烯、高压聚乙烯、树脂胶、抗氧化剂、紫外光吸收剂、促脂酚、色母料、润滑剂等成份配比组成的单层结构。外防腐层厚度 2.5～4mm ≥1.5mm附着力强强涂敷商的涂敷水平高较高耐久和抗衰老性能优优防腐结构底层环氧树脂涂层，中间层是胶黏剂，外层高密度聚乙烯。