21种常见管道腐蚀类型全解

2020-06-04 06:41:39 hualin 30

在许多情况下,同一个管道系统会存在许多条件的相互作用。下面,就让我们先来来看看21种不同的腐蚀类型和失效条件中的7种。


管路损坏


管路损坏通常是第一个表明发生了腐蚀问题的迹象。然而在许多案例中,这种管路损坏的迹象会明显存在几个月或几年了,只是一直被忽略而已。


这种损坏可能是很微小的(针孔泄漏的形式),也可能是灾难性的;因为无论是水质损坏还是更换管路都会带来重大的经济损失。

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管道维修


管道维修有各种形式,从使用临时性的夹具到更换整个管道系统。


在许多案例中,不正视腐蚀问题的结果就是要面对多发性的故障或不断地进行维修,这会浪费很多的宝贵时间;因此应该从最开始就正确地面对问题,才能将腐蚀损害最小化。


一个部位的单次失效或多发性失效往往是由于没有深入地查明隐藏的原因。绝对的信赖是会使我们变得轻松,但这也是一种失职。由腐蚀挂片提供的腐蚀速率数据,经常与那些明显的物理指标截然相反,如管螺纹泄漏和高锈沉积;高腐蚀条件持续有增无减从而产生了更多的修复问题。

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管螺纹泄漏


每个管道的螺纹处都是一个固有的薄弱点,其带来的损失是要将大约50%的管壁切掉。通常管螺纹处泄漏是腐蚀问题的第一个迹象,这将促使我们进行进一步调查。而如果忽略了它而不采取任何解决措施,那么所有的管道间隔处就会发生与水相关的灾难性的损失


对于建筑或工厂负责人来说,大型管道干线的固有条件就是最令人担忧的,因为它都是采用的螺纹管,这通常会造成最大的损坏。即使管壁足够厚可以防止更大的损坏,但高的点蚀条件仍会导致螺纹任意区域的失效,尽管在这种情况下水可能是还是可以继续通过的。


管螺纹处发生的小泄漏、氧化铁的溶解和其他沉积物的堆积等腐蚀问题起初都会反映管道的外表面上,然而,事实上这是一个内部腐蚀的问题。


对于那些管壁不均匀且处于高腐蚀条件下的螺纹处,其情况更危险,这是因为管壁的均匀性降低了,从而无法为泄漏问题提供指示。所有形式的管螺纹泄漏,都存在潜在的螺纹失效的风险。

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电诱导失效


只要是不同的金属连接在一起,就可能发生电化学腐蚀,其腐蚀程度极大地依赖于所处腐蚀条件和所处的管道系统。


例如,相较之冷冻水或消防系统用水,这种腐蚀更常见发生于开放的冷凝水和生产用水系统。这种腐蚀常发生在碳钢管道和铜阀门之间,其中镀锌碳钢管和铜阀门连接处尤为严重。在阀门处的蓝绿色沉积物和反面钢管与钢管连接没有泄漏的地方,提供了电流连通的条件。这是非常高发的、也是最普遍的腐蚀行为,这可能会导致大规模的失效和总管道分离。


在许多情况下,在碳钢管与黄铜阀门或铜管之间的螺纹泄露都自然而然地认为是由于电活性引起的,但事实上它是一个更大的、更具威胁性的高腐蚀问题导致的。在这种情况下,如果钢管简单地被更换为介电绝缘配件这将是一个昂贵的“误操作”;它会导致长期的、持续的高腐蚀行为以及最终整个系统的故障。

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管道内部沉积物


管道内部生锈形成的沉积物通常称为腐蚀瘤,对于大多数管道系统来说它都意味着不可避免的死刑。它们是钢管由于发生了腐蚀而产生的一种轻且密度低的产物。一旦确定了高、不受控制的腐蚀条件下,内部沉积物会变成一个诱发点引起更大的深点蚀。


该类腐蚀最严重的情况通常发生在呈水平的、伴有低流速或死角的管线,这些地方特别容易沉积大量的沉淀物;当然垂直的管线和主立管线也会发生,只是没那么严重。


虽然高腐蚀瘤出现的区域是随机的,但实际上是高点状腐蚀或电池腐蚀的直接结果,其铁锈沉积的体积和高度正比于管壁损耗的深度和体积。

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保温层失效


这可能与制造商的声明相违背,标准玻璃纤维保温材料并不能为低温管线提供一个有效的防水透气层。


水蒸气在管道外的二次浓缩凝结,通常是一种隐藏的管道外腐蚀条件。在冷水和双重温度系统中,外部腐蚀速率高达内部腐蚀速率的10倍或更多。几十年下来,那些隐藏的保温层失效可以会摧毁整个管道系统。


事实上在大多数情况保温层不是隐藏的,所以保温层失效问题应该是很容易被识别出来。保温材料的破碎、损坏、丢失可能应该作为一个值得研究的问题。当保温管的外表面出现水质变坏、管道滴水、水质变色或结晶等迹象,我们就应该进一步查找是否存在潜在的腐蚀问题。


铝和乙烯基外套这两种保温材料对于水分的迁移可以提供较小的阻力,但同时它们也会掩盖一些变色的迹象。此外,乙烯基外套的表面经常会凝结更多的水,从而产生更大的管道外腐蚀的威胁。


由于小直径管道本身壁厚较小,所以与其结合使用的保温材料就会较薄,则对于小直径管道其保温层的失效就成为了最大的威胁。而管内供水的低温进一步提升了这种威胁。

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天气条件的损坏


在管道系统所有的腐蚀形态中,由于雨水、降雪、大气条件或冷却塔过喷等天气条件的损坏是属于比较容易预防的。因为这种管道通常是暴露在外面的、我们比较容易靠近,同时它的腐蚀行为总是那么明显,很容易用肉眼发现。


大部分由于天气条件的损坏导致的失效需要几十年才能发生一次,其原因也仅仅是维护不足造成的。当然,小直径管道由于其固有的较小的壁厚依然是最脆弱的。

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垢下腐蚀


垢下腐蚀是一种最具代表性和破坏性的管道系统腐蚀。它通常被称为“电偶腐蚀”,具有侵略性和局部性的特征。


金属表面仅仅较小面积发生了垢下腐蚀就可能导致很深层的渗透和引发周边区域大面积的腐蚀。由于表面沉积、电势不均或其他引发机制等腐蚀因素的存在,都会引发个别的某些点位被侵蚀。


大多数情况下,点蚀会在整个金属表面进行扩展,最终造成金属表面的不规则的或非常粗糙的轮廓。当然也有一些个别的情况,坑洼会都集中在某个特定的区域,而设备的大多数金属表面看起来还是很新。


镀锌管是更加敏感的,在微生物攻击下常常发生垢下腐蚀。无论内部管道是否存在潜在生锈条件,但一旦有锈生成了这都在不同程度上提示我们存在许多潜在的问题。


垢下腐蚀是管道系统不可避免的死角,因此,有效地消除这些沉积物以便化学抑制剂可以进一步减少腐蚀的损失,必须被优先考虑。

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保温层下的腐蚀


保温层下的腐蚀(CUI)非常普遍,但它通常很隐蔽。


潜在的问题是我们总有一种误解,觉得玻璃纤维和(/或)软泡沫保温材料提供了一个防潮层;但请大家不要忘记这一条:我们选择这些保温材料的主要初衷是它们可以降低传热,而不是减少湿度迁移。


大多数低温管线都存在保温层厚度不足、采用的材料类型不恰当或者安装不当的问题;甚至以上三个问题都存在。保温材料的损坏、丢失的确会导致水分迁移变得更容易。这对于那些双重保温和冷却立管被安装在建筑物墙外的公寓是一个普遍的、非常大的问题。至今那些房龄在45年或更多的建筑物,除了那些已经花费巨额成本更换了总管道的以外,其余那些外部的立管管道几乎已经完全报废。


直径较小的管道由于本身较薄的保温层和管壁厚度,更容易受到保温层下腐蚀。供水端管的情况会更糟糕一些,这是受其表面温度更低的影响。此外螺纹端增加了另一层隐患,这通常发生在冷水和双温系统中更小的管道上。

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无保温层管道


对于任何机械设备操作要求来说,管道保温都是重要的和必要的。


人们总是认为保温对于蒸汽、冷凝水和其他高温管线等的作用仅仅是为了防止热量损失;而冷却水和低温管线它的作用就显得更为重要了,因为水分凝结会对管道造成严重损害。


这似乎不合逻辑,假如适当的保温被忽视,就可能会导致重要管道和设备的损坏。比如排水管道、喷口和其他小直径部位等看似不大可能产生可测量的系统传热损失的地方,所以经常是不做保温处理的,可是就是由于这种忽视的存在,才导致不断地发生管壁出汗和外管壁损坏的结果。

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湿式管道的保温


足够的水可以隐藏在管道保温层里,当打开时你会发现已经发生了管路损坏。事实上,这是由于玻璃纤维保温层并不是真正意义上的防潮层,它允许水分在冷凝管表面凝结。


因此,湿式管道的保温采用玻璃纤维保温层确实存在一定的问题;水分最终会渗透到表面形成潮湿、变色和结晶,这都是明显的证据。如果采取一些措施,这种保温层下腐蚀的问题通常可以在早期阶段就避免或纠正,可以有效地防止进一步恶化的情况出现。如果任其发展,就可能发生大量的管道损坏。


另外,如果在保温不当或不足的管道外再用铝或塑料外套进一步保温的话,实际上可以起到保护管道的作用,修复那些多年来的管道损坏。在多数使用刻槽管或固定式管道的情况中,其乙烯树脂弯管、三通接头和其他配件内部都存在积水,从而对链接整个管道系统最薄弱的位置造成严重的恶化——其连接螺栓——会导致灾难性故障。

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霉菌污染


冷水管、保温层失效、冷凝产生的潮湿区域和湿式管道等条件下,都是霉菌滋生的先决条件。供热通风与空调系统(HVAC)如果在湿式管道条件下使用一段时间后会出现霉菌,当然我们是有机会在这个问题发生前就修正的。


虽然它没有导致相关的管道腐蚀条件或管道失效,但在许多情况下霉菌的存在通常会引起各种健康问题,这会导致频繁而昂贵的法律诉讼。由于墙壁里面的管道失效而漏水、冷凝排水管溢水以及其他情况出现的水都会产生同一个结果——霉菌。


通常唯一的解决方案就是更换所有的管道保温层和石棉水泥板。虽然技术上来说这不是一个管道腐蚀问题,除非被水浸透的保温层和管道也损坏了;但大面积的霉菌污染可能导致的成本损失要远远超过更换管道。

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微生物诱导腐蚀


到目前为止,微生物诱导腐蚀(MIC)是对空调管道和消防系统具有最严重威胁的腐蚀形式。由于在特定的环境条件下存在各种微生物,在某些情况下,其结果是几年内整个管道系统全面的失效。


通常对于整个系统来说,MIC的存在是非常严重的威胁信号,需要花费巨大的代价进行广泛的清洁和重复灭菌。对许多受影响的系统,MIC并不能被彻底消除,适当地提高腐蚀和点蚀条件可以延长系统的使用寿命。


由于MIC可以利用钢管本身作为能源(通常作为氧气的替代物)以及产生强腐蚀性代谢副产品如硫酸(可以进一步协助微生物溶解金属管道),所以MIC会产生非常大的影响和深基坑。


MIC存在不同程度的严重性,包括对碳钢管道系统或开放式冷凝器供水系统。MIC常见于封闭式冷冻水管道,特别是那些用乙二醇防冻的系统;已有很多关于铜、黄铜和不锈钢管毁坏的记载。

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有缝管


35年前,所有HVAC和消防系统管道规范都要求使用ASTM A53 B级无缝钢管。ASTM A53 grade B 无缝原料。 这是由于有缝管或焊接管是公认的具有高失效率和脆弱性的管道。但今天,除非设计中指定了,否则很难找到安装了无缝钢管之处。


这并非是因为有缝管已经被制造得更加完美,而仅仅是因为它更加便宜。由于很多原因使有缝管在其焊缝处更容易发生腐蚀。


在许多案例中,由于较差的生产条件使得有缝管的内部或外部焊缝都很不完整。在内部,这个不完整的焊缝就演变成锈点、微生物滋生点和高腐蚀活性点,常常会导致针孔失效。而在管道本身和焊缝之间存在的电势差异又带来了另一个威胁。有缝管接缝处有时没有用镀锌涂层保护,这在电流的攻击下会更早“夭折”。


在海外市场,有缺陷的有缝管是普遍存在的。即使是很好的美国管道制造商生产的产品中,有缺陷的有缝管仍然存在。即使在低腐蚀条件下,有缺陷的有缝管仍可以导致生产系统的故障问题;在高腐蚀条件下,其威胁会被进一步放大,导致严重的腐蚀问题。


长期以来,大多数腐蚀情况都是由于没有尽早地识别出、识别出但未能妥善处理,或直接被忽略的问题所导致的。


腐蚀问题一直如影随形,并且还会带来巨大的经济损失。知己知彼,方能百战不殆。所以,快来了解最后的7种不同的腐蚀类型和失效条件吧!

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槽管失效


几十年来,槽管都是一个受人尊敬的、可以证明管组装过程是否成功的方法。大多数槽管失效都是由于安装不正确或处于严重的腐蚀条件下作业。在外槽的锻造或轧制之处,内部管壁虽然发生了位移,但实际上管壁没有被损坏。


切槽的外表面所发生的管壁位移和螺纹管的壁面损失很相似,因此,高侵蚀条件的环境将使外切槽先产生一个针孔失效,然后再发展成总管线分离。由于切槽的深度的关系,可能不会像其他管道腐蚀那样,给出明显的腐蚀信号。此外,管道段与段之间的端隙常常会导致整个管道系统从前至后规模性的腐蚀。


由于该类腐蚀的破坏力具有远远超过一个针孔失效和总管线分离的可能性,因此任何槽式夹紧装置的泄漏都应该进行彻底地调查。

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外部腐蚀


查看过往记录,我们会发现管道外部(外表面)腐蚀比内部腐蚀多得多。大多数是由于未被察觉的保温层失效,然后直到出现泄漏或其他可以通过视觉观察到的现象后,才采取相应的维修措施。


令人惊讶的是大量的无保温的管道如屋顶水平冷凝水管线都已经发生了严重的恶化,而这些本来是可以通过简单的维护就能避免的。人们可能会被外表面腐蚀的严重程度所误导,其腐蚀程度大概是钢管原体积低密度铁锈的18倍。


在大多数案例中,表面生锈属于轻微的情况,维修人员使用机械钢丝轮、有效的铁锈换向器和外部保护层就可以很容易地解决。


如果腐蚀继续加深,就会由表面生锈发展成层下深点蚀,此时只有采用喷砂去除才会有效。

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冷却塔和换热器腐蚀


发生了腐蚀问题的第一个迹象通常会显示在冷却塔。在锅内沉积的铁锈就代表了循环系统中管壁已经生锈了。而塔填补中出现沉积物就代表了腐蚀已经在进一步扩展的情况。


水的颜色和浑浊度是另一种可以表明高腐蚀活性和缺乏水的化学处理的迹象。藻类和其他有机物的生长不仅会干扰操作,同时也会加速其他种类的腐蚀进程,以及促进MIC。


在许多情况下,冷却塔的维护和清除铁锈沉积物并不能从根本上解决调查,因为只考虑沉积在塔中的铁锈而遗漏了那些牢牢地附着在管壁上的铁锈。


经过几十年的高腐蚀行为后会产生巨量的铁锈沉积物,只有对系统进行一些特殊形式的冲击如启动冷却弹簧或改变温度,才能使冷却塔中的铁锈散落下来。他们极少被过滤系统或化学辅助物溶解消除。

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软泡沫管道保温导致的腐蚀


和玻璃纤维保温系统一样,软泡沫保温也会使水分渗透到低温管线表面,并对钢管产生破坏。在一个相对较短的时间里,软泡沫保温材料就会出现硬化、裂缝和收缩等恶化情况,然后产生很大的缝隙,最终导致水分可以大量的渗入。


此外,实际上泡沫降解后会变成微酸性的化合物,它会与管道本身或锈层牢牢地粘合在一起,以至于很难清除干净。


当低温管线处于高湿度环境或其表面存在冷凝水时,是一个非常严重的问题;此时强烈推荐您选择坚硬的泡沫玻璃。作为第二个选择,可以采用更重、更厚的玻璃纤维,在涂上一层高固体涂料作为防潮层。软泡沫保温应该只在临时或短期情况下被采用。

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铜管腐蚀


对于铜管来说,由于其腐蚀造成高额的成本损失的情况是很罕见的。


然而,与普遍的看法相反,铜管并不是不受腐蚀的影响。在一定的高腐蚀条件下,铜管和铜制组件的腐蚀速率可能高于正常钢管腐蚀速率的10倍。虽然对于HVAC管道系统来说,铜管的正常腐蚀速率是0.3 MPY,但是我们也测量到过更高的腐蚀速率3~4 MPY。


铜管道系统失效多数情况与这些因素有关:酸性和低pH值的水、电流和不当的接地处理、寄生电压,或高钢铁腐蚀行为导致了生成的氧化铁迁移到铜管道中等。

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黄铜脱锌


如今黄铜在商业上的应用已经越来越少,它已被更容易安装和更便宜的L型铜管所取代。黄铜管道的腐蚀活性通常是非常低的,它的使用寿命至少可以达到100年。


然而,在某些特殊的水质和供水很频繁的条件下,黄铜中的化学成分锌会被浸出而产生针孔失效或断裂。


脱锌现象会常常出现一种绿-白色沉积物,可以通过实验室分析证实它的成分。即使存在脱锌的情况,但它的发生仍然需要75年以上,一般来说这个时间长度已经超过了大多数建筑物的预期寿命。


通常是在古老的家庭热水管道系统中使用的就是黄铜而非镀锌管,这是由于高温会对锌保护涂层造成影响。虽然镀锌钢管总是发生失效且在任何管道项目中更换起来都会遇到困难,但它仍然取代了铜制热水组件,使得铜管变得越来越不常见。

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钢-钢之间的电解作用


由于建筑物管道和建筑钢结构之间存在微伏的电位差异,我们看到了许多局部的管道失效的案例。


这种情况通常发生在钢管道支架和吊架之间,也就是金属与金属直接接触的地方。需要用高度灵敏的电气仪器进行阳性诊断,以及进一步的超声检测来排除故障区域,通常显示的结果都是不好的甚至是腐蚀活性的。


虽然这种电解形式很少发生,我们依然认为绝缘金属与金属接触时仍要慎重,特别在钢管能接触到水、冷却塔喷溅和处于特殊的天气条件下的情况。

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