對直埋蒸汽管道保溫防腐的探討

摘要：本文首先分析了直埋高溫蒸汽管道保溫材料和保溫結構，最后介紹了常用的直埋管道外防腐技術。

關鍵詞：直埋蒸汽管道；保溫防腐；探討

一、前言

隨著城市建設的發展，對城市環境和景觀的要求越來越高，市政管網工程中管道敷設從地上轉入地下，防腐、保溫結構在工程總投資中約占1/3左右，直埋高溫蒸汽管道保溫防腐技術在城市集中供熱工程中也得到廣泛應用，

二、直埋高溫蒸汽管道保溫材料和保溫結構

1、直埋高溫蒸汽管道敷設對保溫結構的要求

直埋高溫蒸汽管道保溫層直接與土壤接觸，容易受到潮氣和地下水的浸襲。保溫結構一旦吸濕，導熱系數成倍增加使保溫層起不到應有的保溫作用，同時管道長期處于濕熱狀態下工作，將會加速管道的腐蝕。國內外普遍認為要防止管道出現腐蝕最主要的是防止水及潮氣接觸管子表面。但是從目前條件看，還沒有一種可直接涂于管子表面，能耐高溫（>100℃）潮濕這種惡劣條件而可靠有效的防腐蝕涂料。所以從保溫及防腐兩個角度都要求直埋管道使用的保溫材料及保溫結構同時具備保溫及防水的雙重性能。也就是說保溫材料除了要有一定的高抗壓強度、低導熱系數和高耐熱性，同時還應具有憎水性以及便于制成整體、連續、無縫隙的保溫結構。這就是近二十年來國內外直埋敷設保溫材料及保溫結構發展的總的趨勢。

2、保溫材料

目前國內外適用于直埋高溫蒸汽管道敷設的保溫材料綜合起來主要可以分為硅酸鹽、瀝青及泡沫塑料三種類型。為便于比較現將其性能簡略介紹如下：

（1）硅酸鹽類：主要有泡沫混凝土和加氣混凝土兩種。導熱系數較高（入=0.13大卡/米·時·℃）吸濕性強，絕緣性能差。施工方法有現場澆筑和工廠預制兩種。

（2）瀝青類：它有瀝青粉自熔結和以瀝青為膠結劑與輕質保溫材料混合而成的各種新型保溫材料兩類。前者是將高軟化點的粉末狀瀝青按一定顆粒粒徑級配填充在管道四周。

在管內熱介質溫度作用下，使管道周圍的瀝青熔化而形成密實的瀝青防水層。稍遠的部位仍保持原有疏松狀態起保溫作用。后者有瀝青珍珠巖，瀝青硅石，瀝青陶粒等多個品種。膨脹珍珠巖具有強力吸水的特性。但是與熔化的熱瀝青混合后，其表面包裹上了一層憎水的瀝青膜。這樣改變了吸水的特性而成為憎水性保溫材料—瀝青珍珠巖。它無腐蝕性近似于中性材料（PH值為6.9）。瀝青珍珠巖是在熱狀態下壓縮成型的。通常是在工廠里使用機械把它直接擠壓在管子上制成整體式保溫管。

（3）泡沫塑料類：輸送熱介質的直埋管道使用硬質泡沫塑料保溫是從1965年澳大利亞修建第一條原油長輸管線開始的。以后由于其顯示優異的保溫和防水性能而得到了很快的發展。目前，國外用于熱力管道保溫的硬質泡沫塑料，主要是聚氯基甲酸脂硬質泡沫塑料（簡稱聚氨脂硬泡）。國內除了這一品種外，尚有一種與其十分相近的改性聚異氰脈酸脂硬質泡沫塑料（簡稱脈酸脂硬泡）。這種材料由于發泡過程中形成的微孔有90%以上是屬于封閉性的小孔。因此，它們具有極小的導熱系數，幾乎不吸水，絕緣性能好，質輕、耐熱，耐化學性強，與金屬或非金屬都易粘接等優點，是較理想的保溫防水材料。脈酸脂硬泡是在聚氨脂硬泡的分子結構中引入了耐溫、耐燃的異氰脈酸脂環。因此，它較聚氨脂具有更高的耐熱性能。成型方法一般是在予制廠內用澆筑或噴涂的方法在管子外直接發泡成型制成整體式保溫管。

3、保溫結構

目前直埋高溫蒸汽管道保溫結構型式大致上可以從制作工藝和管道的結合方式兩個方面來進行分類。從制作工藝上可分為現場溝槽填充和工廠預制保溫管兩種保溫結構型式。工廠預制型，它是由一層保溫層和二至三層防水層組成的復合式防腐結構。由于泡沫塑料具有不吸水的優點，管壁上不設防腐措施。最外面的防水層除了防水作用外還起到保護保溫層不受損壞的作用。該防護層在國外有兩種作法，一種為柔性防護如瀝青玻璃布，聚氯乙烯薄膜。另一種是剛性防護如用鋼管，硬塑料套管。工廠預制型保溫結構外多一層防護層。在防水性能和防水結構上要比一般填充型完善。而且材料消耗也較少。因此，一般情況下采用工廠預制型為宜。當然填充型施工方法簡單，不用專門的施工機械。適合于工程量不大，施工力量比較薄弱的單位。從管道與保溫結構的結合方式上分類也有兩種不同的型式。一種是脫開式，它是在保溫層與管壁之間涂一層低軟化點的瀝青，重油等。當管道升溫后該層物質熔化，使管道可在保溫層內自由伸縮。另一種是緊箍式，它是使保溫層緊緊包箍在管壁上，管道溫度變化時保溫層與管道一起伸縮，使保溫層與土壤之間產生滑動摩擦。從使用效果看，脫開式所涂的瀝青、重油在使用過程中會逐漸流失或滲入保溫層內以致在管壁外出現空隙。這樣當保溫層損壞時地下水滲入管壁處造成管道大面積腐蝕。而緊箍式就不存在這個弱點，它提高了管道抗腐蝕能力。因此目前國外絕大部分保溫結構采用緊箍式。目前，我們在瀝青珍珠巖保溫結構中，在管壁上涂刷環氧煤瀝青管道漆。從短期試驗看效果良好。但由了國內缺乏高溫老化試驗的評定方法和恰當的手段，長期使用效果尚待考驗。

4、瀝青珍珠巖和泡沫塑料的使用范圍

（一）、對管內介質溫度的要求

泡沫塑料：在直埋高溫蒸汽管道上實際使用溫度應低于耐熱度指標。聚氨脂不超過100℃，聚酸酯不超過150℃。瀝青珍珠巖：瀝青在高溫下油脂成份會揮發并發生碳化現象，致使瀝青珍珠巖失去防水性能，導熱系數增大。因此它的最高使用溫度應不超過150～160℃。

（二）、瀝青珍珠巖保溫適用的最大管徑

由于瀝青珍珠巖采用壓縮成型的加工工藝，隨管徑加大其剛度逐漸減小。由子管道彈性變形而使保溫層出現裂紋。為此，瀝青珍珠巖以使用在Dg500以下管道為宜。

（三）、對地下水的適應能力

由于瀝青珍珠巖不完全防水，因此僅適宜在地下水位以上的地方使用。如在地下水位以下的地方使用還待進一步研究。

三、常用的直埋管道外防腐技術

近年來我國的管道外防腐技術發展很快，出現了許多新的防腐蝕材料和技術，管道外防腐技術發展的主要特點體現在防腐材料的高性能、復合化、使用壽命長和良好經濟性。

直埋管道外防腐層一般分為普通級和加強級，穿越鐵路、道路、溝渠等應采用特加強級。直埋管道防腐蝕等級，應根據土壤腐蝕性等級確定。

由于管道穿越地區地形復雜、土壤性質千差萬別，直埋鋼質管道需要采取不同的外防腐措施。

石油瀝青防腐層。石油瀝青防腐層的特點：石油瀝青屬于熱塑性材料，低溫時硬而脆，隨溫度升高變成可塑狀態，升高至軟化點以上則具有可流動性，發生瀝青流淌的現象。瀝青的耐擊穿電壓隨硬度的增加而增加，隨溫度的升高而降低。抗植物根莖穿透性能差，不耐微生物腐蝕，抗有機溶劑、油等性能差，耐溫性差。雖然設計、施工技術成熟，價格便宜，但施工后的防腐厚度很難均勻，隨時間延長防護層易脆裂。

環氧煤瀝青防腐層。環氧煤瀝青防腐層的特點：具有良好的物理機械性能和耐化學介質的腐蝕性。在直埋管道外壁的防腐施工中經纏繞了玻璃布固化后形成類似于玻璃鋼結構的涂襯層，具有優異的電絕緣性、抗水滲透性、抗微生物侵蝕、抗雜散電流、耐熱、耐溫差驟變等優良性能。防腐層性能穩定，使用壽命長，施工較方便，價格低廉。但涂層固化反應受溫度影響，低溫（10℃以下）固化較慢，北方冬季施工受限制。

環氧煤瀝青冷纏帶。環氧煤瀝青冷纏帶的特點：由冷纏帶和定型膠兩部分組成。防腐層固化速度快，施工期短，可在低溫（-20℃）和潮濕條件下施工，解決了冬季施工難題。機械強度高，電性能和化學性能優異，涂層厚度均勻，施工質量穩定。涂層具有防水、耐酸堿、抗沖擊等性能。

煤焦油瓷漆。煤焦油瓷漆的特點：吸水率低，抗水滲透。優良的化學惰性，耐溶劑和石油產品侵蝕，電絕緣性能好，粘結性優于石油瀝青。抗植物根莖穿透和耐微生物腐蝕。低溫發脆，熱穩定性差。施工熬制和澆涂的過程中容易溢出有害物質，對環境和人體健康有影響。一般用于地下水位高和沼澤地段的土壤環境。

聚乙烯膠粘帶防腐層。聚乙烯膠粘帶防腐層的特點：機械性能較好，絕緣電阻高、抗雜散電流性好、施工方便，價格較便宜。缺點是抗土壤應力能力差，易于因粘結差和電阻值很高而產生陰極保護屏蔽。適用于地下水位不高、土壤腐蝕性不強等地區。

3PE防腐層。3PE防腐層的特點：三層結構聚乙烯防腐層綜合了環氧涂層和擠壓聚乙烯兩種防腐層的優良性質，將環氧涂層的界面特性和耐化學特性，與擠壓聚乙烯防腐層的機械保護特性等優點結合起來，從而顯著改善了各自的性能。因此作為直埋管線的外防護層是非常優越的。據有關資料介紹，3PE可使直埋管道的壽命達到50年。目前，在國際上被認為是最先進的管道外防腐技術。在我國，3PE已率先在石油天然氣系統得到應用。涂層具有優良的化學防腐性能和較高的機械性能，尤其耐磨性和附著力最佳。

聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層。聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層的特點：適用于輸送介質溫度不超過100℃的直埋保溫管道。它是由防腐層-保溫層-防護層組成的復合結構，整體防腐、絕緣及機械性能優越。

電化學保護

電化學保護法是根據電化學原理在金屬設備或管道上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法，主要有以下兩種：

（1）犧牲陽極保護法：該方法是用電極電勢比被保護金屬更低的金屬或合金做陽極，固定在被保護金屬上，形成腐蝕電極，被保護金屬作為陰極而得到保護。犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。（2）外加電流法（陰極保護法）：將被保護金屬與另一附加電極作為電池的兩個極，使被保護的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護。

四、結束語

高溫蒸汽管道直埋技術已越來越多的得到應用，良好的保溫防腐措施對提高管道的安全可靠性，減少熱損失，創造良好的工作熱環境，節約能源都有重要的意義。

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