浅析硬质聚氨酯泡沫对埋地管道的影响

时间：2024-05-17

马丽红（天津爱德加科技有限公司，天津　301600）

浅析硬质聚氨酯泡沫对埋地管道的影响

马丽红
（天津爱德加科技有限公司，天津301600）

摘要：硬质聚氨酯泡沫为城市集中供热管道保温层的常用材料，能够让热力管道最大限度地减少热量损失。但是在应用过程中，短期失效并引发腐蚀现象多有出现，大大影响了使用效果。为解决这一问题，提高管道性能，本文主要就硬质聚氨酯泡沫对埋地管道的影响及预防措施进行简单阐述。

关键词：硬质聚氨酯泡沫；埋地管道；固体电解质；阴极保护

0. 前言

硬质聚氨酯泡沫指的是把有机多异氰酸酯、多元醇化合物还有各种助剂等在一定比例下混合在一起所得到的一种多分子材料，又可称为泡沫塑料。这种材料黏附性强，可和砖石、木材、金属等材料任意粘贴，密度小、耐老化、耐温，密度及软硬度能够随意改变，多用在埋地管道中做管中管的保温层，以让热力管道能最大限度减少热量损失。但是在应用过程中，短期失效并引发腐蚀现象多有出现，影响使用效果。本文主要就硬质聚氨酯泡沫对埋地管道的影响及预防措施进行简单阐述。

1. 硬质聚氨酯泡沫结构及性能

城市集中供热管道多采用的为直埋方式，管道需要能够承受一定压力，因此，SY/T0415-1996《埋地钢质管道硬质聚氨酯泡沫塑料防腐保温层技术标准》对埋地钢质管道外的硬质聚氨酯泡沫结构及性能做了如下规定：硬质聚氨酯泡沫保温防腐层应为防腐层-保温层-防护层所组成的一个3层防腐复合结构，硬质聚氨酯泡沫为保温层材料，聚乙烯塑料为保护层材料。硬质聚氨酯泡沫作为保温层材料在性能上需要满足（表1）：

对防腐指标进行综合分析，我们可以看出在保温防腐层中，影响防腐性能的主要指标是水解氯、酸值及异氰酸根含量。多异氰酸酯同潮湿空气接触之后，其内的氯能够水解生成一些酸性腐蚀性物质，这种物质就是水解氯，此物质不仅对多异氰酸酯性能造成不良影响，同时还会让管中管保温层内生成能够让钢管出现腐蚀的氯离子。城市集中供热管道要做到防腐保温，硬质聚氨酯泡沫在性能上需要能够短期耐受130℃高温，长期耐受100℃高温。

表1城市供热管道硬质聚氨酯泡沫性能要求

2. 硬质聚氨酯泡沫对埋地管道的影响

硬质聚氨酯泡沫对埋地管道所产生的影响主要为以下两种：

2.1加速管道腐蚀

保温管线运行过程中，保温层进水使管道腐蚀速度加快。硬质聚氨酯泡沫强度不高，运输过程还有施工过程中极易损坏，一旦进水，不但不能对钢管起到保护作用，还会让钢管腐蚀速度加快，尤其在低洼地段更是如此，分析原因主要为：

（1）硬质聚氨酯泡沫水解，产生氯离子，周围环境变为酸性：干燥状况下，硬质聚氨酯泡沫不会出现腐蚀，但一旦防护层出现破损，水就是通过泡沫向内浸透，产生聚氨基甲酸酯，而聚氨基甲酸酯会进一步水解，水解中会有酸性介质析出。此外还有一部分氯离子存在于残留的异氰酸酯中，氯离子同异氰酸根还有水会产生水解反应，生成胺及二氧化碳。氯离子体积小，拥有良好的穿透性，能让阳极去极化加强，加快钢管腐蚀速度。残留的多元醇在潮湿空气中也会被氧化，环境内酸值增加，腐蚀速度加快。

（2）硬质聚氨酯泡沫内水分能腐蚀管道：钢管等金属材料在与不同含氧量溶液接触过程中会出现一个氧浓差电池，氧浓度小，金属电位低，为阳极；氧浓度高，金属电位高，为阴极；硬质聚氨酯泡沫保温层一旦破坏，水分会自泡沫进入到保温层同管道之间，这些水分自行排除困难，特别是雨季内，水分含量增加，管道多处于半干半湿状态，管道短距离中出现氧浓差电池腐蚀增加。

2.2管道保护失效

在某种状况下，管道管线阴极的保护电流减少，当这些电流小于最小保护电流的时候，管道就不会得到有效保护，从而会让管道出现腐蚀。从管线运行状况分析，管体腐蚀位置同聚乙烯保护层的位置不一定重合，除非管外壁处所贴近的防腐层出现损坏或是失效，且破坏点位于聚乙烯防护层的缺陷段或者是破损点。

3. 硬质聚氨酯泡沫对埋地管道的防腐改进措施

城市集中供热管道运行过程中，要避免硬质聚氨酯泡沫对埋地管道的腐蚀作用，提高管线运行寿命，需要对硬质聚氨酯泡沫防腐性能进行改进，对管道腐蚀加以控制。具体来讲，需要从如下方面来改进：

3.1阴极保护技术的改进

传统阴极保护技术是通过牺牲阳极还有在阴极外加电流来实现的，保护中将土壤看作电解质，利用这些土壤电解质同管道之间形成电流回路。对管道来讲，保温层内的管道，因保护层、保温层间存在高绝缘电阻率，在这种电阻率下，土壤同管道间电流回路难以形成及实现，传统阴极保护的效果被大大制约。为提高阴极保护效果，我们可以通过固体电解质来加强阴极保护的效果。固体电解质指的是在被保护金属管道的表面涂刷导电固体电解质，随后在电解质之上再涂敷具备电子导电能力的一层阳极层，涂刷完成之后将直流电源的负极同被保护金属相连接，将正极同阳极层相连接，利用通电极化效应来提高阴极保护的效果。这种技术当前在储油罐底板及罐顶这些容易屏蔽的区域中应用较多，阴极保护效果好。地下直埋管道系统中，防腐保温层绝缘性高，在这种环境下，管道阴极保护能够通过固体电解质来实现，可以说为一种简单且行之有效的保护方法。

而对阴极保护牺牲阳极的实现方式是在管道附近土壤内安装上牺牲阳极的材料。如果这些牺牲阳极材料被安装于管道外的保温层中，保温层进水之后能够对保温管线做好阴极保护。这种牺牲阳极材料阴极保护方法已经应用于胶青线上，并取得了满意效果。在胶青线下，将阳极加工为30mm厚的瓦状，每三根管布置一片，让阳极存在于管体及夹克之间的这一层环形泡沫之中，在布置过程中阳极需在管道下布置，并用铝热焊将铜电缆连接到管道上，这种保护方式下，焊点周围就能够实现良好防腐。

3.2泡沫质量及工艺的改进

当前城市地下直埋管道系统中所使用的硬质聚氨酯泡沫其浸水之后的析出液，pH值小于7.0，在这一pH值下，管道周围是酸性环境，钢管长期处于这种环境中容易出现腐蚀。而硬质聚氨酯泡沫一旦添加了阻燃剂，这样的泡沫一旦浸水，pH值会更低，在这种酸碱值下，钢管腐蚀性自然加大。此外，硬质聚氨酯泡沫发泡工艺也会影响泡沫性能，发泡工艺高，泡沫闭孔率高，水分难以进入泡沫内，钢管腐蚀的可能性就被大大降低。可以说对硬质聚氨酯泡沫发泡工艺进行改进，能提高泡沫质量，阻挡水分进入到保温层，并阻止水分在保温层内的蔓延，能够让水分进入保温层后的酸性环境大大改善，让管体腐蚀危害大大降低。

3.3补口技术及质量的改进

从城市地下直埋管道运行现状可以看出，夹克破损还有补口失效是泡沫层中地下水渗入，管体出现腐蚀的一个主要原因。管线补口技术及质量同管道保温防腐整体性能直接相关。而补口技术及质量的改进能阻止泡沫层进水，降低管体腐蚀危害，提高管线使用寿命。