聚氨酯内衬球墨铸铁管及其在海水淡化中的应用

聚氨酯内衬球墨铸铁管及其在海水淡化中的应用

杨万良1孙华林2李军1 李宁1

新兴铸管股份有限公司天津市华淼给排水设计研究院有限公司

1 引言

离心球墨铸铁管具有管壁薄、韧性好、强度高、耐腐蚀等优点，采用柔性接口，施工方便，运行安全，机械性能接近钢管，而耐腐蚀性能优于钢管，是目前国际上最通用的输水管材，被广泛应用于市政给水排水工程。

水泥砂浆是历史最悠久的球墨铸铁管防腐内衬，目前仍在供水行业大量应用，但对于具有腐蚀性的水质如软水、淡化后的海水、膜处理后的水质等高品质水，水泥砂浆内衬不具备长久的防腐性能，影响了球墨铸铁管应用领域的扩展。

球墨铸铁管聚氨酯内衬采用100%固含量的聚氨酯涂料喷涂而成，因具有高耐磨、耐腐蚀、零渗透、表面光滑阻力系数小、无挥发性有机物，符合环保要求等优点，对于提高球墨铸铁管的使用寿命和保证输送水的质量都具有很好的作用，已成功的应用于海水淡化、膜处理等高品质水的输送，备受用户青睐。

2 淡化海水（产品水）的特点

目前海水淡化较为普遍的处理方法主要为蒸馏法及反渗透膜处理方式等，处理方式决定了淡化海水具有如下特点：

pH较低：由于处理过程的高压作用，使水中溶解了较多的CO2，水质显酸性，一般p H≤6.5；

水质非常纯净：由于在生产过程中去除了绝大多数阴阳离子，钙、镁离子含量非常低，溶解性总固体（TDS）、电导率和总硬度、总碱度远远低于自来水，与离子交换等方法生产的纯水（去离子水）近似，而与自来水差异明显。这样的水质缓冲能力非常弱，pH 极易受酸碱的影响发生剧烈的变化。

水质化学稳定性差，对钢铁及水泥管道具有较强的腐蚀性：目前普遍把化学稳定性作为分析水和管网材质关系的重要指标。水质化学稳定性的鉴别方法一般通过对水质的朗格利尔饱和指数IL（式1）、稳定指数IR的计算（式2），然后对水质的腐蚀性倾向及稳定性进行判断，水质腐蚀性倾向的判断见表1、水质化学稳定性判断表2：

朗格利尔饱和指数IL＝pH0－pH s（式1）稳定指数(IR)计算式为：

IR = 2pH s–pH0（式2）式中，pH0－水的实测pH ；

pH s－水在碳酸钙饱和平衡时的pH 。

pH s =(9.3+N s+N t)-(N h+N a)

式中Ns－溶解固体常数；

N t－温度常数；

N h－钙硬度常数(以CaCO3)计，mg/L；

N a－总碱度常数(以CaCO3)计，mg/L。

表1 水质腐蚀性倾向的判断

饱和指数I L腐蚀性倾向判断

0 水质稳定

＞0 碳酸盐处于过饱和，有结垢倾向

＜0 碳酸盐未饱和，二氧化碳过量，有腐蚀的倾向

表2 水质化学稳定性判断

稳定指数I R水的倾向稳定指数I R水的倾向

4.0～

5.0 严重结垢7.0～7.5 轻微腐蚀

5.0～

6.0 轻度结垢

7.5～9.0 严重腐蚀

6.0～

7.0 基本稳定9.0以上极严重腐蚀

案例1为某公司膜处理方法产品水水质与自来水水质比较，通过对产品水水质进行朗格利尔饱和指数、稳定指数的计算，其饱和指数IL＜0，稳定指数IR≥9.0，因此具有极严重的腐蚀性。案例1见表3。

表3 案例1：某公司膜处理方法产品水水质与自来水水质比较

序号指标产水水质自来水水质

1 pH 5.56 7.4

2 溶解性总固体/mg·L-114.6 252

3 电导率/μS·cm-126.2 400

4 钙/mg·L-10.1

5 58.7

5 镁/mg·L-10.063 19.8

6 总硬度（以CaCO3计）/mg·L-1 1.06 267

7 镁硬度（以CaCO3计）/mg·L-10.26 82.5

8 钙硬度（以CaCO3计）/mg·L-10.38 147

9 总碱度（以CaCO3计）/mg·L-17.9 184

10 朗格利尔饱和指数IL＝pH0-pH s-4.31 -0.035

11 稳定指数（雷兹纳指数）IR =2pH s-pH014.18 7.47

12 化学稳定性判断极不稳定，有

严重腐蚀性有轻微腐蚀性基本稳定

3 淡化海水（产品水）的输送

由于产品水水质极不稳定，具有极高的腐蚀性，无法满足一般管网管材的进水稳定性要求，因此一般采用如下方式进行处理达到输送目的：

1）稳定产品水水质：与其它原水掺混，增加水中矿物质含量；在出水中加入所需化学药剂（例如生石灰或熟石灰），增加水的硬度、碱度和pH等方式，以达到稳定水质的目的。

2）在不改变产品水水质的情况下，选择新型防腐内衬或改变输水管材。

3）聚氨酯内衬球墨铸铁管具有优异的抗化学腐蚀性、强有力的附着力以及抗机械损伤能力，

优异的耐磨性能，用于供水管线的聚氨酯涂料均通过了英国WRAS根据标准BS6920测试认证，可用于输送饮用水，卫生可靠。涂层不结垢，水质不会被水中的微生物污染或氧化生锈，不产生二次污染，能保证永久性输水量和水质洁净度不变，满足淡化海水（产品水）的输送。

4 球墨铸铁管聚氨酯防腐涂层的性能特点

新兴铸管公司采用国内外不同厂家、不同密度的100%固体份含量的聚氨酯涂料在球墨铸铁管上进行了涂敷，并进行了相关性能的检测试验，下面就试验的内容进行介绍，进一步对球墨铸铁管内外聚氨酯防腐涂层的性能及特点进行说明。

1）化学稳定性好

作为长效防腐涂层必须具有优异的抗化学介质中离子的腐蚀，如Cl-、SO42-、Na+等，判断涂层抗化学侵蚀性能，有不同的方法及标准。本试验没有采用在钢铁基材上涂覆聚氨酯涂层，然后浸泡于化学介质中，通过观察涂层的起泡、剥离等情况来衡量其耐化侵性能，这样的检测基本也是一个定性的分析。

对于重防腐厚涂层的聚氨酯涂层来说，采用这样的检测方法要在短期得到一个明显的检测结果是非常困难的，因此本试验采用了塑料材料抗化学腐蚀性的检测方法，即采用一定厚度（本试验涂层厚度为1000μm左右）的独立的聚氨酯涂层完全浸入到特定化学溶液中来进行试验检测。试验用腐蚀性极强的介质环境来精确、快速地取得涂料长期抗化学侵蚀性能，涂层浸入测试溶液中在规定时间后取出，计算涂层重量变化的百分率来衡量抗化学腐蚀性。合格的标准是：涂层外观无凸泡、无裂纹、无显著色变、无显著软化，增重率不超过标准要求。

图1 在50℃、10%硫酸溶液中的浸泡时间与增重曲线

标准要求浸泡100天后，涂层的增重率不超过10%。

图2 在常温下30%NaOH溶液中的浸泡时间与增重曲线

标准要求浸泡30天后涂层的增重率不超过5%。