1、小城鎮給水排水管網設計與計算第 6 章 小城鎮給水管材及設備6.1 給水管道材料及配件水管及零件是安裝給水管網的主要材料，選用時應綜合考慮管網中 所承受的壓力、 敷設地點的土質情況、 施工方法和可取得的材料等因 素。配輸水管網的造價占整個給水工程投資的大部分， 一般約為60%- 80%；正確的選用管道材料，對工程質量、供水的安全可靠性及維護 保養均有很大關系。 因此，給水工程技術人員必須重視和掌握水管材 料的種類、性能、規格、使用經驗、價格和供應情況，才能做到合理 選用水管材料，做出正確的設計。按照水管工作條件，水管性能應滿足下列要求：1. 有足夠的強度，可以承受各種內外荷載。2. 水密性，它

2、是保證管網有效而經濟工作的重要條件。 如因管線的 水密性差以至經常漏水，無疑會增加管理費用和導致經濟上的損失。 同時，管網漏水嚴重時也會沖刷地層而引起嚴重事故。3. 水管內壁應光滑以減小水頭損失。4. 價格較低，使用年限較長，并且有較高的防水盒土壤的侵蝕能力。 此外，水管接口應施工簡便，工作可靠。水管可分為金屬管（鑄鐵管和鋼管）和非金屬管（預應力鋼筋混凝 土管、玻璃鋼管等）。現將各種管材的性能分述如下。6.1.1 鑄鐵管鑄鐵管按材質可分為灰鑄鐵管和球墨鑄鐵管。連續鑄鐵管或稱灰鑄鐵管，有較強的耐腐蝕性，以往使用最廣。但 由于連續鑄管工藝的缺陷，質地較脆，抗沖擊和抗震能力較差，重量 較大，且經常發

3、生接口漏水，水管斷裂的爆管事故，給生產帶來很大 的損失。灰鑄鐵管的性能雖相對較差，但可用在直徑較小的管道上， 同時采用柔性接口， 必要時可選用較大一級的壁厚， 以保證供水安全。鑄鐵管接口有兩種形式：承插式（圖 6-1 ）和法蘭式（圖 6-2 ）。水 管接頭應緊密不漏水且捎帶柔性， 特別是沿管線的土質不均勻而有可 能發生沉陷時。承插式接口適用于埋地管線， 安裝時將插口插入承口內， 兩口之間 的環形空隙用接頭材料填實，接口時施工麻煩，勞動強度大。接口材 料，一般可用橡膠圖、膨脹性水泥或石棉水泥，特殊情況下也可用青 鉛接口，目前不少單位采用膨脹性填料接口， 利用材料的膨脹減輕了 勞動給強度，并加快施

4、工進度。法蘭接口的優點是接頭嚴密， 檢修方便， 常用來連接泵站或水塔的 進、出水管。為使接口不漏水，在兩法蘭盤之間嵌以3 5mm厚的橡膠墊片。在管線轉彎、分支、直徑變化以及連接其他附屬設備處，須采用各 種標準鑄鐵水管配件。 例如承接分支管用丁字管和十字管； 管線轉彎 處采用各種角度的彎管； 變換管徑處采用漸縮管； 改變接口形式處采 用短管，如連接法蘭式和承接式鑄鐵管處用承盤短管； 還有修理管線 是用的配件，接消火栓用的配件等，見表 6-1。球墨鑄鐵管既具有灰鑄鐵管的許多優點，而且機械性能有很大提 高，其強度是灰鑄鐵管的多倍，抗腐蝕性能遠高于鋼管，因此是理想 的管材。求墨鑄鐵管的重量較輕，很少發

5、生爆管、滲水和漏水現象， 可以減少管網漏損率和管網維修費用。球墨鑄鐵管采用推入式楔形膠圈柔性接口， 也可用法蘭接口， 施工 安裝方便，接口的水密性好， 有適應地基變形的能力， 抗震效果也好。目前我國球墨鑄鐵管的產量低，產品規格少，價格也較高。6.1.2 鋼管鋼管有無縫鋼管和焊接鋼管兩種。 鋼管的特點是能耐高壓、 耐振動、 重量較輕、單管的長度大和接口方便，但承受外荷載的穩定性差，耐 腐蝕性差， 管壁內外都需有防腐措施， 并且造價較高。 在給水管網中， 通常只在管徑大和水壓高處， 以及因地質、地形條件限制或穿越鐵路、 河谷和地震地區時使用。鋼管用焊接或法蘭接口。 所用配件如三通、 四通、彎管和漸

6、縮管等， 有鋼板卷焊而成，也可直接用標準鑄鐵配件連接。6.1.3 預應力和自應力鋼筋混凝土管在給水工程建設中，有條件時宜以非金屬管代替金屬管，對于加快 工程建設和節約金屬材料都有現實意義。預應力鋼筋混凝土管分普通和加鋼套筒兩種， 其特點是造價低， 抗 震性能強，管壁光滑，水力條件好，耐腐蝕，爆管率低，但重量大， 不便于運輸和安裝。預應力鋼筋混凝土管在設置閥門、彎管、排氣、 防水等裝置處，須采用鋼管配件。預應力鋼筋混凝土管是在預應力鋼筋混凝土管內放入鋼筒， 其用鋼 量比鋼管省，價格比鋼管便宜。接口為承插式，承口環和插口環均用 扁鋼壓制成型，與鋼筒焊成一體。自應力鋼筋混凝土管的管徑最大為 600m

7、m只要質量可靠，可用在 郊區或農村等水壓較低的次要管線上。6.1.4 玻璃鋼管玻璃鋼管是一種新型管材，已在深圳、大慶、秦皇島和北京等地廣 泛采用。它耐腐蝕，不結垢，能長期保持較高的輸水能力，強度高， 粗糙系數小。在相同使用條件下，重量只用剛才的 1/4 左右，是預應 力鋼筋混凝土管的1/101/5,因此便于運輸和施工。但價格較高， 幾乎和鋼管想接近，可考慮在強腐蝕性土壤處采用。6.1.5 塑料管塑料管具有強度高、表面光滑、不易結垢、水頭損失小、耐腐蝕、 重量輕、加工和接口方便等優點,但是管材的強度較低,膨脹系數較 大,用作長距離管道時,需考慮溫度補償措施,例如伸縮節和活絡接 口。塑料管有多種，

8、如聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料管（ABS、聚乙烯 管（P日和聚丙烯塑料管（PF、硬聚氯乙烯塑料管（PVC-U等，其 中以PVC-U1的力學性能和阻燃性能好，價格較低，因此應用較廣。 塑料管已在天津、沈陽、濟南、青島、成都、南通、蘇州等 30 多個 大中城市應用。與鑄鐵管相比,塑料管的水力性能較好,由于管壁光滑,在相同流 量和水頭損失情況下, 塑料管的管徑可比鑄鐵管小； 塑料管相對密度 在 1.40 左右，比鑄鐵管輕，又可采用橡膠圈柔性承接口，抗震和水 密性較好，不易漏水，既提高了施工效率，又可降低施工費用。可以 預見，塑料管將成為小城鎮供水中中小口徑管道的一種主要管材。硬聚氯乙烯（PVC-U管

9、是一種新型管材，其工作壓力宜低于2.0MPa, 用戶進水管的常用管徑為 DN25和DN50小區內DN100- DN2O0管徑 一般不大于DN400為了推廣應用，還需開發質量高、規格齊全的管 配件和閥門。 管道接口在無水情況下可用膠粘劑粘接， 承插式管可用 橡膠圈柔性接口，也可用法蘭連接。塑料管在運輸和縮放過程中，應 防止劇烈碰撞和陽光暴曬，以防止變形和加速老化。上述各種材料的給水管多數埋在道路下。 水管管頂的覆土深度， 在 不冰凍地區由外部荷載、水管強度以及與其他管線交叉情況等決定， 金屬管道的管頂覆土深度通常不小于 0.7m。非金屬管的管頂覆土深 度應大于11.2m,覆土必須夯實，以免受到動

10、荷載的作用而影響水 管強度。冰凍地區的埋土深度應考慮土壤的冰凍線深度。在土壤耐壓力較高和地下水位較低處， ，水管可直接埋在管溝中未 擾動的天然地基上。一般情況下，鑄鐵管、鋼管、承插式鋼筋混凝土 管可以不設基礎。在巖石或半巖石地基處，管頂應墊砂鋪平夯實，墊 砂層厚度，金屬管和塑料管至少為 100mm非金屬管道不小于150 200mm在土壤松軟的地基處，管底應有強度不小于C8的混凝土基礎。 如遇流砂或通過沼澤地帶， 承載能力達不到設計要求時， 需進行基礎 處理，根據一些地區的施工經驗，可采用各種樁基礎。6.2 給水管道附件給水管網除了水管以外還應設置各種附件，以保證管網的正常工 作。管網的附件主要

11、有調節流量用的閥門、供應消防用水的消火栓， 其他還有控制水流方向的單向閥、 安裝在管線高處的排氣閥和安全閥 等。6.2.1 閥門閥門用來調節管線中的流量或水壓。 閥門的布置要數量少而調度靈 活。主要管線和次要管線交接處的閥門常設在次要管線上。 承接消火 栓的水管上要安裝閥門。閥門的口徑一般和水管的直徑相同， 但當管徑較大以致閥門價格較 高時，為了降低造價，可安裝口徑為 0.8 倍水管直徑的閥門。閥門內的閘門有楔形和平行式兩種。 根據閥門使用時閥桿是否上下 移動，可分為明桿和暗桿兩種。明桿是閥門啟閉時，閥桿隨之升降， 因此易于掌握閥門啟閉程度， 適宜于安裝在泵站內。 暗桿適用于安裝 和操作地位受

12、到限制之處，否則當閥門開啟時因閥桿上升而妨礙工 作。圖 6-3 為一般采用的手動法蘭暗桿楔式閥門，由手工啟閉，用法 蘭連接，閥桿不上下移動，閘板為楔式。大口徑的閥門，在手工開啟或啟閉時，很費時間，勞動強度也大。 所以直徑較大的閥門有齒輪傳動裝置， 并在間板兩側接以旁通閥， 以 減小水壓差，便于啟閉。開啟閥門時先開旁通閥，關閉閥門時則后關 旁通閥。 或者應用電動閥門以便于啟閉。 安裝在長距離輸水管上的電 動閥門，應限定開啟和閉合的時間， 以免因啟閉過快而出現水錘現象 使水管損壞。閥（圖 6-4 ）的作用和一般閥門相同，但結構簡單，開啟方便，旋 轉 90就可全開或全關。蝶閥寬度較一般閥門為小，但間

13、板全開時 將占據上下游管道的位置，因此不能緊貼楔式和平行式閥門旁安裝。 蝶閥可用在中、低壓管線上，例如水處理構筑物和泵站內。6.2.2 止回閥止回閥（圖 6-5 ）是限制壓力管道中的水流朝一個方向流動的閥門。 閥門的閘板可繞軸旋轉。 水流方向相反時， 閘板因自重和水壓作用而 自動關閉。止回閥一般安裝在水壓大于196kPa 的泵站出水管上，防止因突然斷電或其他事故時水流倒流而損壞水泵設備。在直徑較大的管線上， 例如工業企業的冷卻水系統中， 常用多瓣閥 門的單向閥， 由于幾個閥瓣并不同時閉合， 所以能有效地減輕水錘所 產生的危害。止回閥的類型除旋轉啟式外， 微阻緩閉止回閥和液壓式緩沖止回閥 還有防

14、止水錘的作用。6.2.3 排氣閥和泄水閥 排氣閥安裝在管線的隆起部分，使管線投產時或檢修后通水時，管 內空氣可經此閥排出。 平時用以排除從水中釋出的氣體， 以免空氣積 在管中， 以致減小過水斷面和增加管線的水頭損失。 長距離輸水管一 般隨地形起伏敷設，在高處設排氣閥。一般采用的單口排氣閥見圖 6-6 ，垂直安裝在管線上。排氣閥口徑 與管線直徑之比一般采用1:81:12。排氣閥放在單獨的閥門井內， 也可和其他配件何用一個閥門井。在管線的最低點須安裝泄水閥， 它與排水管連接， 以排除水管中的 沉淀物以及檢修時防空水管內的存水。 泄水閥和排水管的直徑， 由所 需放空時間決定。放空時間可按一定工作水頭

15、下孔口出流公式計算。 為加速排水，可根據需要同時安裝進氣管或進氣閥。6.2.4 消火栓 消火栓分地上式和地下式。一般，前者適用于氣溫較低的地區，其 安裝情況見圖6-7和圖6-8。每個消火栓的流量為1015L/S。地上式消火栓一般布置在交叉路口消防車可以駛近的地方。 地下式 消火栓安裝在閥門井內。第 7 章小城鎮給水管網的維護管理7.1 管網技術資料的管理給水管道系統的任務就是按用戶所需要的水質、水量及水壓將水輸 送給用戶。為保證給水管道系統安全供水，保持正常的輸水能力，降 低經常運轉費用， 必須在管道系統使用期間， 做好日常的養護管理工 作。7.1.1 管網技術管理內容管網技術管理的主要內容有

16、以下幾個方面：1. 建立健全管網的技術檔案資料；2. 管網滲漏的檢查與修復；3. 定期進行管網的測流、測壓；4. 管道的清洗和防腐；5. 管道設備的維護和檢修；6. 管網的日常運行調度。為了做好上述工作， 必須熟悉管線的情況、 各項設備的安裝部位和 性能、用戶接管的地位等，以便及時處理。平時要準備好各種管材、 閥門、配件和修理工具等，便于搶修。7.1.2 管網的技術檔案資料管網一般埋在地下，沒有詳實的圖紙與技術資料，很難掌握管網的走向、位置、管徑、管材、使用年限、閥門位置等，給管網管理帶來很大的困難。因此，建立健全管網的技術檔案資料，對于科學管理管 網是至關重要的。管網的技術檔案資料應包括：1

17、. 管網平面圖，比例為1:5001:1000，圖上標明泵站、管線、閥門、消火栓等的位置和尺寸。2. 管線圖，表明管線的直徑、位置、埋深以及閥門、消火栓等的布 置，用戶接管的直徑和位置等。它是管網養護搶修的基本資料。3. 各種設備記錄卡（1）閘門卡包括閘門型號、規格、地位、安裝日期及檢修記錄等；（2）消火栓卡包括類型、規格、地位、安裝日期及檢修記錄等；（3）檢漏卡包括檢漏情況、地點、維修狀況、日期、使用儀表及 人員；4）特殊工程卡包括過鐵路、倒吸虹、管橋及穿越其他障礙物等的情況及維護詳細記錄；（5）管道防腐及清洗卡包括防腐清洗概況及記錄等； （6）水池水塔調節構筑物資料。4. 竣工記錄和竣工圖等

18、管線埋在地下，施工完畢覆土后難以看到， 因此應及時繪制竣工圖， 將施工中的修改部分隨時在設計圖紙中訂正。 竣工圖應在溝管回填土 以前繪制，圖中標明給水管線位置、管徑、埋管深度、承插口方向、 配件形式和尺寸、閥門形式和位置、其他有關管線（例如排水管線） 的直徑和埋深等。 竣工圖上的管線和配件位置可用搭角線表示， 注明 管線上某一點或某一配件到某一目標的距離，便于及時進行養護檢 修。為適應快速發展的小城鎮建設需要， 現在逐漸開始采用供水管網圖 形與信息的計算機存儲管理，以代替傳統的手工方式。7.2 管網的檢漏和修復7.2.1 管網的檢漏管網檢漏工作的是降低管線漏水量，節約水量，降低成本的重要措 施

19、。管網漏水量的大小視管網的管材質量、 施工情況、維護管理工作、 敷設年限以及其他運行情形等如水壓、 水錘和管網腐蝕等而定。 維護 工作好時，其漏水量可能小于 5%的總水量，維護差管理不善者，漏 水率可達 20%以上，因此減少水量的漏損就等于開辟新水源、節省動 力，且可減少因漏水而對地下建筑物的危害， 如我國西北大孔性土壤 地區，若有大量漏水，將會影響附近建筑物基礎的穩固。水管漏水的原因很多，如管材質量較差，有砂眼、裂隙、管壁厚薄不均勻等；施工不良、接口不牢、基礎沉陷、支墩不當、埋深不足、防腐不好等；偶然事故如車輛壓壞，水錘破壞，其他施工中破壞等；維修不善或不及時，管道防腐、水壓過高、檢漏不嚴等

20、都會造成不同 程度的漏水。檢漏的方法有以下幾種：1. 實地觀察法是從地面上觀察管道的漏水跡象， 如地面或溝邊有清 水滲出，檢查井中有清水流出，局部地面下沉，局部地面積雪融化， 某處草木特別繁茂，地面潮濕較重等情況， 可以直接確定漏水的地點。 本方法簡單易行，管理費用低。但由于現在小城鎮道路面層越來越硬， 越來越厚，不少漏水冒不出路面，形成“暗漏” ，用此法難以發現。2. 聽漏法是用聽漏棒或電子放大聽漏儀、 相關檢漏儀等儀器， 憑經 驗來確定漏水位置。聽漏法不但能尋檢明漏，還能發現暗漏，復查漏 點。但聽漏工作應在夜間進行，以免車輛和其他雜音干擾，而且對檢 漏的技術要求高， 要求檢漏工熟悉所管轄區

21、域的自來水管線位置， 能 分辨復雜的漏水聲音。聽漏棒構造簡單， 具有攜帶方便， 聽聲不失真等優點， 使用得當時， 查漏準確率可達 95%以上。電子放大聽漏儀是利用電子放大器將漏水 聲放大傳至耳機，檢漏效果比用聽漏棒好，是一種可以廣泛推廣、替 代聽漏棒的儀器。相關檢漏儀是依靠漏水聲音傳播速度來計算出漏水點， 計算工作由計算機完成，對漏水聲音的強弱要求比較低一些，可白天檢漏。但該 儀器價格昂貴，操作時需用人員較多，還需出動工程車，管理和維修 儀器費用較高。我國目前使用較少，使用經驗上還不成熟。3. 分區檢漏是用水表測出漏水地點和漏水量， 一般只在允許短期停 水的小范圍內進行。 方法是把整個給水管網

22、分成小區， 凡是和其他地 區相通的閥門全部關閉， 小區內暫停用水， 然后開啟裝有水表的一條 進水管上的閥門，使小區進水。如小區內的管網漏水，水表指針將會 轉動，由此可讀出漏水量，水表裝在直徑為 10 20mm旁通管上，如 圖 7-1 所示。查明小區內管網漏水后，可按需要再分成更小的區，用 同樣方法測定漏水量。 這樣逐步縮小范圍， 最后還須結合聽漏法找出 漏水的地點。4. 區域裝表法是將供水區域劃分為若干小區， 根據經驗， 每個小區 內以 20005000 戶最為適宜。在進入小區的總管上安裝總水表，如 果總管經該區后還需供下游的小區用水時， 則在流入其他小區的水管 上再裝水表。 抄表員在固定日期

23、抄錄該區域內的用戶水表， 加抄少量 檢漏專用的總水表后， 即能計算出該區域是否有大的漏水。 此法可減 小聲聽檢漏范圍。但投資較大，水表故障或估表會影響漏水的判斷， 最終確定漏電還需用聽漏法。5. 地表雷達測漏法是利用無線電波對地下管線進行測定， 可以精確 地繪制出現有路面下管線的橫斷面圖， 它亦可根據水管周圍的圖像進 行判斷是否有漏水和漏水的情況。它的缺點是一次搜索的范圍極小。 目前我國使用還很少。7.2.2 管網漏水的修復1. 水泥壓力管的修理水泥壓力管因裂縫而漏水，可采用環氧砂漿進行修補（圖7-2 ）。修補時，先將裂口鑿成寬約1525mm深1015mm長出裂縫50 lOOmnS勺矩形淺槽，

24、刷凈后，用環氧底膠和環氧砂漿填充。較大的裂 縫，還可用包貼玻璃纖維布和粘鋼板的方法堵漏（圖 7-2、圖 7-3）。 玻璃纖維布的大小與層數應視裂縫大小而定，一般為46 層。嚴重損壞的管段可在損壞部位管外焊制一鋼套管，內填麻油及石棉水泥。管段砂眼漏水處理方法與裂縫相同。 如果管道接口漏水，多采用填充封堵的方法。在一般情況下，須停 水操作。由于膠圈不嚴產生的漏水， 可將柔性接口改為剛性接口， 重新用石 棉水泥打口封堵（圖 7-4）；若接口縫隙太小，可采用充填環氧砂漿， 然后貼玻璃鋼進行封堵（圖 7-5 ）；若接口漏水嚴重，不易修補，可 用鋼套管將整個接口包住，然后再腔內填自應力水泥砂漿封堵（圖 7

25、-6） 。如果接口漏水的修復是帶水操作，一般采用柔性材料封堵的方法 （圖 7-7）。操作時，先將特制的卡具固定在管身上，然后將柔性填 料置于接口處，最后上緊卡具，使填料恰好堵死接口。2. 鑄鐵管件的修理鑄鐵管件本身具有一定的抗壓強度，裂縫的修復科采用管卡進行 （圖 7-8 ）。管卡做成比管徑略大的半圓管段，彼此用螺栓緊固。發 現裂縫，可在裂縫處貼上3mm的橡膠板，然后壓上管卡上緊至不漏水 即可。砂眼的修補可采用鉆孔、攻絲，用塞頭堵孔的方法進行修補（圖 7-9）。接口漏水，一般可將填料剔除，重新打孔即可。7.3 管網的水壓和流量測定7.3.1 管網壓力的測定測定管網的水壓，應在有代表性的測壓點進

26、行。測壓點的選定既要 能真是反映水壓情況， 又要均勻合理布局， 使每一測壓點能代表附近 地區的水壓情況。 測壓點以設在大中口徑的干管線上為主， 不宜設在 進戶支管上或有大量用水的用戶附近。 測壓時可將壓力表安裝在消火 栓或給水龍頭上，定時記錄水壓，能有自動記錄壓力儀則更好，可以 得出 24h 的水壓變化曲線。常用的壓力測量儀表有單圈彈簧管壓力表、電阻式、電感式、電容 式、應變式、壓阻式、壓電式、振頻式等遠傳壓力表。單圈彈簧管壓 力表常用于壓力的就地顯示， 遠傳式壓力表可通過壓力變送器將壓力 信號遠傳至顯示控制強。測定水壓， 有助于了解管網的工作情況和薄弱環節。 根據測定的水壓資料，按0.51.

27、0m的水壓差，在管網平面圖上繪出等壓水線，由 此反映各條管線的負荷。 整個管網的水壓線最好均勻分布， 如某一地 區的水壓線過密， 表示該處管網的負荷過大， 因而指出所用的管徑偏 小。水壓線的密集程度可作為今后放大管徑或增敷管線的依據。由等水壓線標高減去地面標高， 得出各點的自由水壓， 即可繪出等 自由水壓線圖，據此可了解管網內是否存在低水壓區732管網流量的測量測流工作可測定管段中的流向、流速和流量。管網測流量工作可根 據需要進行，測定時將畢托管（圖 7-10）插入待測水管的測流孔內。 畢托管有兩個管嘴，一個對著水流，另一個背著水流，由此產生的壓 差h可在U形壓差計中讀出。根據畢托管管嘴插入水

28、管中的位置，可測定水管斷面內任意測點的 流速，并按下式計算流速：v=k = 2gh（ 7-1）式中：v水管斷面內任一測點的流速（m/s）;h壓差計讀數（m）;p壓差計中的液體密度（kg/L ）,通常用四氯化碳配成密度為1.224kg/L的溶液；P水的密度（kg/L ）;k畢托管系數；g重力加速度，9.81m/s2。設k值為0.866，代入式（7-1 ）得各測點的流速：v=0.866 J.224-1.2 9.8 h =1.81 h （7-2）實測時，須先測定水管的實際內徑，然后將該管徑分成上下等距離 的10個測點（包括圓心共11個測點），用畢托管測定各測點的流速。 因圓管斷面各測點的流速不均勻分

29、布，可取各測點流速的平均值V,再乘以水管段面積即得流量。用畢托管測定流量的誤差一般為3%-5%除了用畢托管測流量外， 還可用便攜式超聲波流量計， 可由儀器打 印出流量、流速和流向等相應數據。7.4 管道腐蝕和防腐蝕措施7.4.1 腐蝕現象及危害金屬管道由于接觸腐蝕性介質而引起的一種管壁侵蝕敗壞現象稱 為腐蝕。因腐蝕而造成的管網損失相當嚴重。 腐蝕使管道外表色澤發 生改變、機械性能下降、穿孔泄露、管內水質變壞、管壁粗糙、阻力 增大、使用年限大大縮減，有時甚至會因管道泄漏而引發重大事故。7.4.2 腐蝕的類型根據腐蝕的機理不同，可將腐蝕分為：1. 化學腐蝕 單純化學作用而引起的腐蝕稱為化學腐蝕。化

30、學腐蝕不產生電流。在金屬腐蝕過程中，化學腐蝕多是與電化學腐蝕交叉一起進行的。地下管道發生化學腐蝕的地方多半在工廠區。 特別是埋設在化工廠 區域的管道，易受化工廠排放的酸性廢水的腐蝕。2. 電化學腐蝕當金屬與電解質容易接觸時， 由于電化學作用而產生的腐蝕叫電化 學腐蝕。電化學腐蝕是由于形成了原電池而產生的。金屬管道暴露于潮濕的空氣中或埋設于潮濕的地下時， 由于金屬管 道的不均質性和金屬表面與水接觸形成水膜， 水膜與管壁會形成原電 池，鐵失去電子進入水膜，水膜中的氫離子得到電子成為氫氣逸出， 形成了不可逆的電化學過程， 最終在金屬表面生成大量的鐵銹， 使管材損壞3. 微生物腐蝕由鐵細菌和硫酸鹽還原

31、菌參與下的腐蝕過程中叫微生物腐蝕。 鐵細 菌是給水系統腐蝕中非常有害的細菌，它是一種特殊的化能營養菌 類，它依靠鐵鹽的氧化，以及在有機物含量極少的清潔水中，順利地 利用細菌本身生存過程中產生的能量而生存。 這樣，鐵細菌附著在管 壁上后， 在生存過程中能吸收亞鐵鹽和排出氫氧化鐵， 因而會形成凸 起物，造成結瘤，導致“紅水”事故。硫酸鹽還原菌是一種腐蝕性很 強的厭氧細菌，常存在管內壁上，在沒有氧的條件下，能把硫酸鹽還 原成硫化物，加快了管道腐蝕結垢速度。7.4.3 腐蝕的影響因素腐蝕的影響因素主要有以下幾種：1. 水的 pH 管道中的鐵細菌和硫酸鹽還原菌適宜生長在中性和偏酸性介質中，當pH等于8.

32、0時，它們的生長就受到抑制，pH在8.4以上時基本不 生長。試驗表明pH在5.967.89范圍內鐵細菌生長，pH在5.96 8.35 范圍內硫酸鹽還原菌生長。再者，由于腐蝕的生成物 主要是 Fe(0H)3能溶于酸性介質中，不易溶于堿性介質中。因此，pH偏低的 酸性水能促進腐蝕作用，pH偏高能阻止或完全停止腐蝕作用。2. 侵蝕性二氧化碳的存在如無侵蝕性二氧化碳的存在， 反應首先生成氫氧化亞鐵， 然后被水 中溶解氧氧化生成氫氧化鐵， 形成鈍化保護膜， 使管壁腐蝕速度減緩。 否則，在生成氫氧化亞鐵后，與二氧化碳作用生成重碳酸亞鐵，它具 有可溶性而流失于水中， 被水中溶解氧氧化生成氫氧化鐵， 出現紅水

33、， 其中部分脫水形成鐵銹。 因此，侵蝕性二氧化碳的存在將加劇管道的 腐蝕。3. 水的流失 水的流速增大，氧的補給容易，促進管道的銹蝕。當流速再加快， 氧的補給量增多，鐵管表面由于氧氣過剩，趨于鈍態化，反使腐蝕減 小。7.4.4 腐蝕的防止腐蝕的防止通常有以下方法：1. 采用非金屬管材可以考慮采用預應力鋼筋混凝土管、 自應力鋼筋混凝土管、 塑料管 等非金屬管材。2. 投加緩蝕劑 投加緩蝕劑可在金屬管道內壁形成保護膜來控制腐蝕。 由于緩蝕劑 成本較高及對水質的影響，一般限于循環水系統中應用。3. 水質的穩定性處理在水中投加堿性藥劑，以提高 pH 和水的穩定性，工程上一般以石 灰為投加劑。投加石灰后

34、可在管內壁形成保護膜， 降低水中H+濃度和 游離 CO2 濃度，抑制微生物的生長，防止腐蝕的發生。4. 管道氯化法投加氯來抑制鐵、硫菌，杜絕“紅水” 、“黑水”事故出現，能有效地控制金屬管道的腐蝕。該法效果較好、操作簡單、價格低廉。應盡 量使管網游離余氯至少維持 1.0mg/L ；管網有腐蝕結瘤時，先進行重 氯消毒抑制結瘤細菌，然后連續投氯，使管網保持一定的余氯值，待 取得相當的穩定效果后，可改為間歇投氯。5. 表面處理（1）表面鈍化處理：直接在鋼鐵表面作氧化處理或磷化處理，使 鋼鐵表面性質發生變化， 形成難于發生腐蝕的表面保護層， 起到防腐 作用。（2）表面涂層防腐：采用穩定性高的涂料涂在被

35、保護的管材上， 使管材表面與周圍環境隔離，起到防腐作用。防腐材料種類很多， 管道外防腐主要使用石油瀝青面漆、 環氧煤瀝 青漆、聚乙烯膠帶、聚氯酯等。管道內防腐有水泥砂漿襯里、環氧樹 脂襯里、噴涂塑料等。 石油瀝青防腐層是國內一直廣泛使用的一種外 防腐層。水泥砂漿作襯里是管道內防腐的常用措施。（3）陰極保護法：根據在腐蝕原電池中，中有陽極發生腐蝕而陰 極得到保護的原理， 利用非金屬作為陽極， 管道作為陰極從而使其得 到保護。陰極保護法可采用不加電流法和外加電流法。不加電流法采用鋁、鎂、鋅等材料作為陽極，沿管線每隔一定距離將陽極埋于地下，并用導線與管道相連接，如圖7-11 （a）。這種方法適用于土

36、壤電阻率低，電源使用不便，管道保護涂層良好的情況。外加電流法采用廢鐵作為陽極， 管道作為陰極。 直流電源的正極與 廢鐵相連，負極與管道相連。這種方法適用于土壤電阻率高的情況， 如圖 7-11 （b）。外加電流法與不加電流法相比， 前者可用于高電阻率的土壤， 保護 范圍較大，可保護十幾公里至幾十公里，但只適用于有電源的地方； 后者一般只用于土壤電阻率低的地方。陰極保護法可以有效地防止管道腐蝕， 但并不能保護管道完全不受 腐蝕的侵害。因此，管道防腐往往是多種方法并存，以提高管道防腐 效果。7.5 刮管涂襯管道經長時間使用后，內壁因腐蝕和結垢使得管道阻力增加，管道 斷面縮小，導致管道輸水能力下降，電

37、耗增加，使用年限縮短，嚴重 時甚至會造成管壁穿孔爆裂。 此外，腐蝕、結垢對水質有 “二次污染” 的情況，使水的濁度、色度升高，產生嗅和味，細菌總數增加，有的 細菌會嚴重影響水質、 損害人們的身體健康， 有的則加劇管道的腐蝕。為延長管道的使用壽命， 減緩管道內壁的腐蝕和結垢， 保持應有的 輸水能力，應定期對管道實施清理和涂保護層，即刮管圖襯。管道結垢的原因比較復雜，其主要原因有：金屬內壁的銹蝕；水中 碳酸鈣物質的沉淀；水中懸浮固體的沉積；鐵細菌、藻類等微生物的 滋長和繁殖等。不同的結垢物質，應選用不同的刮管方法，涂襯時也 應有所側重。7.5.1 刮管1. 水力清洗 當結垢表面松軟，可經常用高速水

38、流沖洗，以免日久變成硬垢。沖 洗流速可為正常流速的35倍，但壓力的增加不可超過管道的允許 值。沖洗時從水管進水口進水，廢水從排水口、閥門或消火栓排出。2. 水- 氣聯合沖洗在水力沖洗的同時通入壓縮空氣，使水氣混合，紊流加劇，可以對 管壁產生強烈的沖擊作用，效果比單純用水沖洗更好。3. 高壓射流沖洗利用530MPa勺高壓水，靠噴水向后射出水產生向前的反作用力， 推動運動。管內結垢脫落、打碎、隨水流排掉。對管道內的軟垢和沉 積物清洗效果比較好， 對于附著力很強的硬垢效果較差。 此種方法適 于中、小管道。高壓射流法的一次清洗管道長度， 受高壓膠管的長度限制， 而高壓 膠管的長度越長，水頭損失越大，一

39、般采用的高壓膠管長度為 50 70m。4. 氣壓脈沖法清洗如圖 7-12 所示，貯氣罐中的高壓空氣通過脈沖裝置 1、橡膠管 3、 噴嘴 6送入需清洗的管道中， 沖洗下來的銹垢由排水管 5排出。該法 的設備簡單、操作方便、成本不高。進氣和排氣裝置可安裝在檢查井 中，因而無需斷管或開挖路面。5. 機械刮管若管壁內形成堅硬的結垢，難于用水力或水 - 氣沖洗的方法清除， 可考慮采用機械刮管法。 主要分兩種形式： 第一種是在連于絞車的鋼 絲繩上順序拖掛切削環、刮管環、鋼絲刷，使其在管道內多次往復， 直至管壁結垢完全清除，適用于中小管徑的管道，如圖 7-13 所示； 第二種是將旋轉刮刀或鍵錘安裝在電機上，

40、 利用電機作動力， 帶動車 前端的刀具轉動，用鋼絲繩拖動刮管器往復運動，去除結垢，此法適 用于大口徑管道，如圖 7-14 所示。機械刮管法一般每次可刮管 100 150mm對于較長距離的管道需 要分成若干個清洗段，分別斷開，逐段實施，從而增加人工開挖工程 量的施工停水時間。6. 彈性清管器法（ Poly-Pig 清管法）Poly-Pig 清管技術是國外的成熟技術。其刮管的方法，主要是使 用聚氨酯等材料制成的“炮彈型”的清管器， Pig 清管器外表裝有鋼 刷或鐵釘，在壓力水的驅動下，使清管器在管道中運行。在移動過程 中由于清管器和管壁的摩擦力， 把銹垢刮擦下來， 另外通過壓力水從 清管器和管壁之

41、間的縫隙通過時產生的高速度， 把刮擦下來的銹垢沖 刷到清管器的前方，從出口流走。采用這種刮管方法，對于壓力水的 要求是：小口徑管道由于清管器后背受力面積小，推力不足，一般管 徑為200mm以下的小口徑管道在管中壓力不足（0.35MPa時，必 須采用高壓水泵加壓來提高推力；200mm以上的管道刮管時，可以使 用管網的運行水壓。Poly-Pig 清管方法適用于管徑為100mm以上的各種管道，一次清 管長度可由幾十米到幾千米， 只要管道沒有變徑， 可以通過任何角度 的彎管和閘門（除蝶閥外） ，進行長距離清管。使用Poly-Pig清管器的最佳運行速度是2m/s，清管時施工停水時 間短，一般100 m的

42、管道，只用一天就可以清晰干凈，并回復供水。7.5.2 涂襯 新敷設的管道防腐襯里工作，是防止小城鎮給水管網中被腐蝕管道 不斷增加的重要手段。 舊管道刮管后的涂襯時減少管道再次被腐蝕的 重要措施，可使舊管道恢復原有輸水能力，延長管道的使用壽命。涂襯方法有以下幾種：1. 水泥砂漿涂襯法 水泥砂漿襯里靠自身的結合力和管壁支托， 結垢牢靠， 其粗糙系數比金屬管壁小，對管壁起到物理性能保障外，還能起到防腐的作用。鋼管或鑄鐵管可在內壁噴涂水泥砂漿或聚合物改性水泥砂漿； 涂敷 水泥砂漿可采用活塞式涂管器，一般用鋼板與膠皮制成，如圖 7-15 所示。涂覆時先將導引管道內裝入配好的水泥砂漿， 兩端塞入活塞式 涂

43、管器，并將導引管接入待涂覆的管道， 將管道密封并通入壓縮空氣， 利用壓縮空氣產生的推力推動涂管器由管道的一端移動至另一端， 將 砂漿均勻地涂抹在管壁上，如此往返抹涂兩次，可達到要求。這種方 法適于中、小直徑的管道，如圖 7-16 所示。當管道直徑在500mm以上時，可采用自動噴涂機進行噴涂，如圖7-17 所示。2. 環氧樹脂涂襯法 該法是近十年才推廣使用的，環氧樹脂具有耐磨性、柔軟性、緊密性，使用環氧樹脂和硬化劑混合后的反應型樹脂，可以形成快速。強 勁、耐久的涂膜。環氧樹脂的噴涂方法是采用高速離心噴射原理， 一次噴涂的厚度為0.51mm便可滿足防腐要求。環氧樹脂涂襯不影響水質，施工期短， 當天即可恢復通水。但該法設備復雜，操作較難。3. 內襯軟管法內襯軟管法即在舊管內襯套管，有滑襯法、反轉襯里法、 “襪法” 及用彈性清管器拖帶聚氨酯簿膜等方法， 該法改變了舊管的結構， 形 成了“管中有管”的防腐形式，防腐效果非常好，