一、輸水管道的現(xiàn)狀

　 供水管網(wǎng)是城市運行的生命線，爆管、斷水、低壓都會威脅安全供水。保障輸送的水質(zhì)安全衛(wèi)生對管道要求是非常重要的，水廠輸出再好的水，經(jīng)過不良管道可能也會出現(xiàn)問題，因此國家要求供水企業(yè)要不間斷地保障將出廠的自來水安全、有效、可靠地通過管網(wǎng)輸送到每一個用戶。

　 長距離輸水鋼管道將受到各種環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，在多種腐蝕因素中電化學腐蝕和生物腐蝕是主要的。在大口徑（DN>600）輸水工程中，推薦使用鋼塑復合管和球墨鑄鐵管，但成本上鋼塑復合管更具有優(yōu)勢。下圖1為常用幾種管材的綜合造價比較。由圖中可見DN600是鋼塑管和球鐵管的成本分水嶺，管徑超過600mm，球鐵管的綜合成本將急劇增高。

　 由于鋼管具有優(yōu)越的延展性、整體性和便捷的施工操作性, 既適用于埋地敷設, 又可用于跨越架空、過河倒虹和頂管施工。對鋼管及其配件，采用防腐蝕涂層對其內(nèi)、外壁表面實施屏蔽，是最方便、最常用的防護手段。經(jīng)內(nèi)外防護后的鋼塑復合管性價比很高，它是鋼管與塑料管優(yōu)良性能的結(jié)合體，既有鋼管的強度和鋼度，又有塑料的耐化學腐蝕、無污染、內(nèi)壁光滑、不積垢、流體阻力小等優(yōu)點，美國和日本等發(fā)達國家已有50年以上的使用歷史。

　 給水鋼管內(nèi)外涂塑工藝是目前國內(nèi)最先進的防腐技術，它集鋼材優(yōu)越的機械性能與高分子材料卓越的耐化學腐蝕性能于一體，極大地延長了鋼管的使用壽命，具有獨特的防腐耐酸堿性、抗磨損、無結(jié)垢、助潤滑、耐負壓等優(yōu)越性，可替代襯塑管、鍍鋅管、不銹鋼管、銅管等。將高分子防腐粉末涂料，通過特殊的設備將其均勻地涂覆于金屬管道的內(nèi)外表面，經(jīng)固化和塑化后在金屬管道內(nèi)外表面形成一層均勻、致密、光滑的塑料涂層，成為一種新型的鋼塑復合管。

　 內(nèi)外涂塑鋼塑復合管可有效防止水質(zhì)的二次污染，對提高水質(zhì)有明顯的作用。涂塑鋼管在發(fā)達國家的使用已比較成熟，如美國、日本等國的輸水管道有80％～90％的管材采用涂塑鋼管。內(nèi)外涂塑鋼塑復合管的優(yōu)勢和特性，符合建設給排水要求，完全符合CJ/T120-2008及GB/T5750-2006標準，近年來受到廣大客戶的高度贊揚和肯定。

　 二、 給水涂塑鋼管內(nèi)防腐涂層綜合性能分析:

　 2.1管道內(nèi)防腐涂層種類

　 a)單層聚乙烯涂層

　 b)環(huán)氧粉末涂層

　 管道內(nèi)涂敷層主要有兩個功能：

　 ·防腐，提高輸水管線的使用壽命；

　 ·減阻，提高輸水管線的輸水能力。

　 2.1.1 環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構與性能

　 雙酚A型環(huán)氧樹脂的各結(jié)構單元賦予樹脂不同的功能，見圖2

　 1)環(huán)氧基和羥基賦予樹脂反應性，使樹脂固化物具有很強的內(nèi)聚力和粘接力；

　 2)醚鍵和羥基是極性基團，有助于提高浸潤性和粘附力；

　 3)醚鍵和C-C鏈使大分子具有柔順性；

　 4)苯環(huán)賦予聚合物以耐熱性和剛性；

　 5)異丙基也賦與環(huán)氧大分子具有一定的剛性；

　 6)-C-O-鍵的鍵能高，從而提高了樹脂的耐堿性。

　 圖2 雙酚A環(huán)氧樹脂各結(jié)構單元賦于樹脂的性能

　 · 環(huán)氧樹脂卓越的附著力

　 環(huán)氧樹脂經(jīng)與固化劑反應，充分交聯(lián)之后才發(fā)揮其優(yōu)良性質(zhì)，最突出的是其與接觸物的附著力。這是由于其分子中含有極性的羥基、醚鍵等，即使對濕面也能有一定的附著。其附著機理與圖2的搭扣機理有關。由于羥基和醚基的極性使環(huán)氧樹脂分子和相鄰表面之間產(chǎn)生引力，而且環(huán)氧基和含活潑氫的金屬表面形成化學鍵，因此大大提高了其對金屬表面的附著力及耐化學防腐性能。

　 固化時體積收縮率僅有2%左右，而且環(huán)氧分子中的醚鍵使分子鏈便于旋轉(zhuǎn)，可消除內(nèi)應力，所以附著力高。

　 圖2 環(huán)氧樹脂附著力搭扣原理

　 ·環(huán)氧樹脂的化學性

　 環(huán)氧樹脂中含有親水的羥基及醚鍵，但該樹脂中的雙酚A鏈段（二個苯環(huán)和一個異丙基，共15個碳原子的烴基）則有疏水性，兩個苯環(huán)的剛性屏蔽了羥基和醚鍵，保持了整體涂層的耐水性。固化后的環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度較高，有利于其耐水性。環(huán)氧樹脂分子中沒有酯鍵，耐堿性優(yōu)良。在腐蝕微電池的陰極部位呈堿性。一般優(yōu)良的防腐蝕涂層必須有耐堿性和附著力，所以環(huán)氧樹脂是優(yōu)良的防蝕涂料的基料。

　 ·環(huán)氧樹脂的老化性能

　 環(huán)氧樹脂中含有醚鍵，涂層經(jīng)日光紫外線照射后易降解斷鏈，其鏈式反應可見圖3

　 圖3. 環(huán)氧樹脂的老化斷鏈反應

　 所以環(huán)氧涂層不耐戶外日曬，涂層易失去光澤，然后粉化，不宜作戶外用面漆。環(huán)氧涂層老化破壞主要表現(xiàn)為逐漸粉化而涂層減薄。

　 2.1.2 聚乙烯的分子結(jié)構與性能

　 聚乙烯粉末涂料是目前鋼管涂塑的主要原料，且以線性低密度為主。線性低密度是乙烯和—烯烴的共聚物，其分子結(jié)構和密度有較大變化，它的結(jié)構、結(jié)晶度和密度介于高密度聚乙烯和低密度聚乙烯之間，雖然也是線性結(jié)構，但分子排列整齊，支鏈短小且有規(guī)則，導致分子間排列不緊密，破壞了分子鏈段的近程有序性，降低了聚乙烯分子的結(jié)晶傾向，因此抗沖擊性能好，結(jié)構通式為

　 R為：CH3（甲基）；C2H5（乙基）；C4H9（異丁基）

　 由結(jié)構可看出聚乙烯是以—CH2—為主體的鏈狀高分子聚合物，R側(cè)鏈或支鏈的存在會降低聚乙烯的結(jié)晶度。

　 聚乙烯的分子結(jié)構使其具有優(yōu)異的耐環(huán)境應力裂化性能及耐腐蝕性能。

　 2.2兩種內(nèi)防腐涂層綜合比較

　 　 1) EP附著力更強。涂層與鋼管內(nèi)表面的附著力與涂塑鋼管的使用壽命有密切關系，而涂層的附著力主要取決于所用防腐涂層材料的自身性能。環(huán)氧（EP）涂層附著力強，遠大于聚乙烯涂層的附著力。環(huán)氧樹脂結(jié)構中含有不易水解的脂肪基（－C－）和醚鍵（－C-O-C-），能夠產(chǎn)生電磁引力。另外，在固化過程中活潑的環(huán)氧基和鋼材表面上的游離氫鍵起反應而形成牢固的化學鍵，從而賦予環(huán)氧固化物對鋼管基材以極好的附著力以及抗陰極剝離能力。

　 2）EP具有更優(yōu)異的防腐蝕性能

　 環(huán)氧樹脂固化涂層，含有穩(wěn)定的苯環(huán)、醚鍵等，結(jié)構致密，耐酸、耐堿、耐有機溶劑、耐水。漆膜對金屬附著力好，結(jié)構氣孔小，使各種腐蝕介質(zhì)難以滲透到金屬表面，所以耐腐蝕性極好。

　 3）EP固化收縮率低

　 環(huán)氧樹脂具有很強的內(nèi)聚力，分子結(jié)構致密，通過加成反應方式進行固化，固化過程中沒有水和其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。另外，環(huán)氧樹脂本身具有仲羥基，再加上環(huán)氧基固化時派生的部分殘留羥基，它們的氫鍵締合作用使分子排列緊密，因此環(huán)氧樹脂的固化收縮率是熱固性樹脂中最低的品種之一，一般為1～2％。環(huán)氧樹脂固化時的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應力小，這也有助于提高粘附強度；

　 4）PE塑料的熱容較大（熔融時吸收熱量大，冷卻時放出的熱量也多），因此當內(nèi)層防腐使用PE涂塑時，隨著塑膜厚度增大，在冷卻時體積收縮也大，內(nèi)應力就隨之增大。防腐要求越高，所需涂膜厚度越大，這就使厚塑膜的耐環(huán)境應力開裂隨膜厚增加而變差。

　 5）環(huán)氧粉末與單層聚乙烯內(nèi)涂層相比，成本較低，使用壽命長，現(xiàn)場連接補口工藝成熟、操作方便；

　 6）EP涂層具有很高的玻璃化溫度，應用溫度范圍寬，能在–30～100℃之間保持最佳性能；環(huán)氧粉末（EP）涂層使用用溫度高于涂聚乙烯PE產(chǎn)品，消防管道更加適用。

　 熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料（FBE）國外最早開發(fā)于上世紀50年代，在60年代實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。由于FBE具有優(yōu)良的機械性能、抗腐蝕性能和耐久性能，所以被廣泛應用于陸上、水下、海底等管線的防腐涂裝，為處于各種環(huán)境中的管線長期低維護運行提供了可靠的保證。40多年來，經(jīng)過不斷的發(fā)展完善，這項技術已經(jīng)走向成熟。迄今為止，全球已有20余萬公里以上的管道使用了熔結(jié)環(huán)氧粉末，鋪設于世界各地—從陸地到海洋，從城市到鄉(xiāng)村，從赤道到極地，從平原到山地、河流、湖泊，從西伯利亞草原到非洲沙漠，從美洲大陸到中東海灣，都有熔結(jié)環(huán)氧粉末的應用實例。

　 熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層能夠在各種極端的氣候條件和苛刻的機械應力作用、化學介質(zhì)侵蝕的環(huán)境中得到廣泛應用，足以證明熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層是一種可靠的保護涂層，經(jīng)得起實踐和時間的考驗。

　 據(jù)美國《管道文摘》統(tǒng)計，熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層以其優(yōu)良的機械性能和防腐性能、極強的附著力和與陰極保護相融性等特點，一直是世界管道工程的首選防腐層。

　 三、給水涂塑鋼管外防腐涂層綜合性能分析:

　 1．管道外防腐涂層種類

　 a) 環(huán)氧粉末涂層

　 b) 3PE涂層

　 c) 單層聚乙烯涂層

　 2．三種外防腐涂層綜合比較

　 1）EP粉末防水性較差（吸水率較高，達到0.83％），給陰極保護設計帶來一定的困難。

　 2）PE涂層柔韌、沖擊力優(yōu)；不易因形彎而發(fā)生脆性斷裂。

　 3）涂塑鋼管的使用環(huán)境惡劣，不僅要求外涂層具有較強的抗腐蝕能力，還必須具備抵御大氣、土壤、陽光的侵蝕，即要有防紫外線輻射和由于風化而使塑膜變質(zhì)老化的能力。在這一點上，PE粉末明顯要優(yōu)于環(huán)氧粉末。環(huán)氧粉末戶外暴曬3-5個月會失光、泛黃，半年就產(chǎn)生粉化現(xiàn)象。

　 4）單層聚乙烯與環(huán)氧粉末外涂層相比，在同等成本下單層聚乙烯熱融粉末涂層抗沖擊能力優(yōu)于環(huán)氧粉末涂層，連接補口、補傷工藝成熟，操作方便。

　 5) 單層聚乙烯與3PE外涂層相比，具有均勻的覆蓋層厚度，克服了聚乙烯三層復合結(jié)構（俗稱3PE）的側(cè)向擠出纏繞使焊縫前坡變薄的致命缺陷；

　 6) 單層聚乙烯與3PE外涂層相比，不存在焊縫處的陰極保護"死區(qū)"，粉末"淋涂"技術類似粉末噴涂技術，防腐層與管體100%接觸，消除了3PE側(cè)向擠出纏繞時可能造成的焊縫后坡的空鼓（見圖4），提高了陰極保護的效率。

　 圖4.　3PE可能產(chǎn)生的焊縫空腔現(xiàn)象

　 四、給水涂塑管選擇內(nèi)環(huán)氧、外聚乙烯為最佳防腐工藝組合

　 大口徑內(nèi)環(huán)氧、外聚乙烯防腐鋼塑復合管產(chǎn)品技術是我從國內(nèi)的實際情況出發(fā)，仔細的研究了各種涂層的特性、 加工工藝后，將日本單層聚乙烯涂層和美國的環(huán)氧粉末涂層技術進行巧妙的融合后推出的新型產(chǎn)品，它經(jīng)過多年不斷的研究、完善和應用，驗證了管道內(nèi)環(huán)氧粉末涂層、外壁單層聚乙烯涂層是一種鋼管防腐的最優(yōu)方案，目前已成為市場廣泛應用的一種主流產(chǎn)品。

　 該防腐方案集聚乙烯、環(huán)氧樹脂優(yōu)異的防腐蝕性能和鋼質(zhì)管道超強的抗變形能力于一身，內(nèi)涂層衛(wèi)生安全、對水質(zhì)無影響，也能抵抗部分酸、堿、鹽及未經(jīng)處理的污水 的侵蝕，綜合成本低，是一種比較完美的組合方案。既可應用在城市供、排水管網(wǎng)和 遠距離輸送各種水質(zhì)的自來水、污水、中水、海水的管道，也可作為油氣及油氣混合介質(zhì)的輸送管道，是符合綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能的優(yōu)良產(chǎn)品。

　 內(nèi)環(huán)氧、外聚乙烯防腐鋼塑復合管道是由鋼管為基體、內(nèi)壁采用衛(wèi)生級熔結(jié)環(huán)氧粉末、 外壁采用線性低密度聚乙烯熱噴涂一次形成有效的內(nèi)外防腐涂層具有以下特點：

　 1）管道內(nèi)壁環(huán)氧涂層防污抗蛀不會被海洋或污水中的甲貝、菌類等微生物站污蛀附。用做給水管道完全符合CJ/T120-2008標準

　 2）管道內(nèi)壁環(huán)氧涂層光滑，流體摩擦阻力小于PCCP和球墨鑄鐵管道。

　 3）管道內(nèi)壁環(huán)氧涂層防腐蝕性能優(yōu)于普通PCCP和球墨鑄鐵管道，尤其適和中水和污水的輸送。

　 4）管道外壁的單層聚乙烯粉末涂層，具有很強的耐土壤腐蝕性能，綠色環(huán)保。

　 5）內(nèi)環(huán)氧外PE涂層管道的管件規(guī)格齊全，能適應各種安裝需要。

　 6）內(nèi)環(huán)氧外PE涂層管道可采用電焊、卡箍、法蘭等多種連接形式。

　 7）直連電焊補口及補傷方法簡便可靠?！?/p>

　 8）內(nèi)環(huán)氧粉末涂層與外單層聚乙烯涂層的設計壽命相當、均可達到50年以上。有效地提高了材料的利用率，符合國家提倡的綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能方針。

　 采用最優(yōu)粉末

　 與世界500強美國杜邦公司合作，聯(lián)合研發(fā)東方鋼管專用浸塑粉末

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