CN104736915A - 具有外涂层的地埋管道用铁质管道元件 - Google Patents

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Abstract

一种具有外涂层(9)且尤以铸铁制成的地埋管道用铁质管道元件(1)，所述外涂层(9)包括：第一层(11)，包括至少一层锌/铝合金多孔层，其中铝的质量百分含量为5～60％；第二层(13)，其为位于所述第一层(11)上的粘合剂层；以及第三层(15)，位于所述第二层(13)上且包括有机合成材料。一种用于制造此类管道元件的方法。

Description

具有外涂层的地埋管道用铁质管道元件
技术领域
本发明涉及一种具有外涂层且尤以铸铁制成的地埋管道用铁质管道元件。此类管道元件尤其用于饮用水供应管道或废水管道。
背景技术
“管道元件”指管道及其各种配件，如弯头和接头等。
与大气腐蚀性质不同，铁质金属的土壤相关腐蚀主要为一种生成氧化区以及与氧化区电性相关且可能相隔一定距离的还原区的现象。此类现象可造成铁质金属的局部劣化，从而引起严重变质。
由于地质条件的多样性和变化性，以及随管道使用情况不同，其内输送的流体的温度不同，从而造成不同的腐蚀温度，地下管道元件的防腐蚀保护成为一个高难度课题。在腐蚀性极强的土壤，电阻率较低的地带(如海边、盐沼等)，酸性或碱性极强的天然地形，以及遭受污染(化学污染、农业污染、电气污染等)的环境中，通过使用由化学惰性合成材料制成的涂层可实现管道元件的外部防腐蚀保护。此涂层可起到密封屏障的作用，从而防止土壤电解液与铸铁间的接触。
此项防腐蚀保护系统的改进使得管路腐蚀的发生数量得到下降。
根据Gulf Professional Publishing-Elsevier出版的W.Kent Muhlbauer所著《管道风险管理手册-第三版》一书中第3/43页至第3/45页所述，第三方破坏为导致地下管路故障的最大原因。美国交通部已证实，第三方事故是引起破坏的最大原因，20～40％的故障由其引发。欧洲燃气行业的数据亦显示，50％的故障为第三方引起的管道破裂。
实际上，在对设计目的在于频繁埋入的管道元件的操作过程中，尤其当管道元件容积、体积及质量较大时，管道元件外表面上会形成多处损伤。
当管道结构受到大力冲击时，第三方破坏可能导致管道立即破裂或者引起外部防腐蚀涂层的损坏，从而使得管道元件壁部铸铁失去保护而暴露于土壤的侵蚀中。在此情况下，由于金属腐蚀，管道可能会在破坏发生后数年后破裂。
因此，在使用可使管路电性绝缘的屏蔽涂层提供防腐蚀保护的情况下，当该涂层发生损坏时，管路的使用寿命将大幅缩短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地埋管道用铁质管道元件，其具有更高的耐腐蚀性，尤其在安置管道元件或安置后在管道元件附近实施操作等情况下，管道元件外表面上发生第三方破坏时，具有更高的耐腐蚀性。
为实现此目的，本发明涉及一种尤以铸铁制成的地埋管道用铁质管道元件，包括一外涂层，所述管道元件的特征在于，所述外涂层包括：
-第一层，包括至少一层锌/铝合金多孔层，其中铝的质量百分含量为5～60％；
-第二层，其为位于所述第一层上的粘合剂层；以及
-第三层，位于所述第二层上且包括有机合成材料。
“包括至少一层锌/铝合金多孔层”并不排除所述第一层只由所述合金多孔层构成的情况，即不排除所述第一层为单层的情况。
根据其他具体实施例，所述涂层可包括以下一个特征或所有在技术层面上可行的多个特征的组合：
-所述第一层由所述锌/铝合金多孔层构成；
-所述第一层还包括位于所述锌/铝合金多孔层和第二层之间，优选位于所述锌/铝合金多孔层上的密封漆层；
-所述第二层包括热熔胶；
-所述第二层包括防腐蚀颜料和/或灭菌剂；
-所述第二层基本无金属成分；
-所述有机合成材料包括聚乙烯，例如双峰高密度聚乙烯，或者包括聚丙烯；
-所述有机合成材料包括由硬质矿物填料加强的聚乙烯或聚丙烯；
-所述第三层包括使所述管道元件与该管道元件欲被埋入的土壤的颜色之间形成最大反差的着色剂，尤为荧光着色剂；
-所述第三层具有强的光反射能力，所述强的光反射能力尤其得自于所述矿物填料；
-所述锌/铝合金多孔层具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度；
-所述锌/铝合金多孔层包括质量百分比含量为10～30％的铝；
-所述锌/铝合金多孔层由铝的质量百分比含量为15％，锌的质量百分比含量为85％的锌/铝合金构成；
-所述锌/铝合金多孔层包括一个或多个优选选自镁、锡、铜、银且质量百分比含量可达5％的其他合金成分；
-所述锌/铝合金多孔层被沉积至具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度；
-所述硬质矿物填料包括石英和/或硅灰石；
-所述硬质矿物填料在所述第三层中的质量百分比含量优选为1～20％。
本发明还涉及一种包括上述管道元件的地埋管道。
最后，本发明还涉及一种用于制造上述管道元件的方法，至少包括如下步骤：
a)通过电弧金属化工艺沉积所述锌/铝合金多孔层；
b)沉积所述第二层；以及
c)沉积所述第三层。
根据其他具体实施例，所述方法可包括以下一个特征或所有在技术层面上可行的多个特征的组合：
-所述锌/铝合金多孔层被沉积至具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度；
-所述第二层和第三层通过挤出工艺、喷涂工艺分别沉积或者通过共挤工艺共同沉积；
-在所述第三层的挤出工艺、共挤工艺或喷涂工艺的过程中，一着色剂，尤为荧光着色剂，被加至所述第三层的所述有机合成材料中，从而与所述管道元件欲被埋入的土壤的颜色形成反差。
本发明还涉及一种具有外涂层且尤以铸铁制成的地埋管道用铁质管道元件，所述管道元件的特征在于，所述外涂层包括：
-第一层，其为铝的质量百分含量为5～60％的锌铝合金多孔层；
-第二层，其为位于所述第一层上的粘合剂层；以及
-第三层，位于所述第二层上且包括有机合成材料。
根据其他具体实施例，所述涂层可包括以下一个特征或所有在技术层面上可行的多个特征的组合：
-所述第一层具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度；
-所述第一层包括质量百分比含量为10～30％的铝；
-所述第一层由铝的质量百分比含量为15％，锌的质量百分比含量为85％的锌铝合金构成；
-所述第一层包括一个或多个优选选自镁、锡、铜、银且质量百分比含量可达5％的其他合金成分；
-所述第一层被沉积至具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度。
本发明还涉及一种包括多个上述管道元件的地埋管道。
最后，本发明还涉及一种用于制造上述管道元件的方法，至少包括如下步骤：
a)通过电弧金属化工艺沉积所述锌/铝合金多孔层；
b)沉积所述第二层；以及
c)沉积所述第三层。
根据具体实施例，所述方法可包括以下一个特征或所有在技术层面上可行的多个特征的组合：
-所述第一层被沉积至具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度。
附图说明
通过参考本发明的唯一附图，阅读下面的描述，可更好地理解本发明。其中，所述说明只作为一个示例，所述附图为本发明管道元件的部分横截面示意图。
具体实施方式
附图所示为本发明管道元件1。管道元件1被埋入土壤3中且用于传输流体5，例如为水。管道元件1为一地埋管道(未图示)的一部分，所述地埋管道包括多个与管道元件1类似的管道元件。
管道元件1包括原始管件7以及位于土壤3与原始管件7之间的外涂层9，优选分布于原始管件7上，以将其与土壤3隔绝。
原始管件7为铁质元件，优选为球墨铸铁元件。“球墨铸铁”指石墨大致以原始形态存在于其内的铸铁。
原始管件7例如为管体。在图示实施例中，其沿垂直于附图平面的纵向L延伸。所述附图只显示了原始管件7的部分横截面，余下的部分横截面可由所示部分横截面轻易地推断而得。
流体5于原始管件7内沿纵向L流通。原始管件7的内壁上可具有内涂层，其未图示，用于将流体5与原始管件7进行隔绝。所述内涂层优选为水泥砂浆类涂层，或为聚合物类涂层。
外涂层9包括位于原始管件7上的第一层11，位于第一层11上的第二层13，以及位于第二层13上的第三层15。
第一层11为多孔层，其由包含5～60％质量百分比的铝的锌/铝合金构成。第一层11沉积于原始管件7的外壁上，优选为通过电弧金属化工艺。
优选地，第一层11包含10～30％质量百分比的铝，且尤以铝的质量百分比含量为15％，锌的质量百分比含量为85％的锌/铝合金形成。所述合金也可包括其他金属，如镁，锡，铜和银，所述其他金属的质量百分比含量可至5％。第一层11例如具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度。
第二层13为粘合剂层，其提供第一层11和第三层15间的机械连接。
所述粘合剂优选为热熔胶。该热熔胶优选无金属成分。
所述粘合剂优选具有以下一个或多个特点：
-对于聚合物，尤其是聚丙烯或聚乙烯，具有高粘合力；
-适于极端气候条件的耐流变和耐蠕变性能，如阳光暴晒、高达60℃的高温存储环境、低至-40℃的低温存储环境和/或流体5的温度高达60℃的条件；
-包括至少一个活性成分，如铜、银以及其盐或氧化物等杀菌剂，和/或磷酸锌、氧化锌、改性氧化锌及其混合物等防腐蚀颜料，从而如下所述可以在第一层11暴露于腐蚀条件时，提高第一层11的保护能力。
所述粘合剂例如为乙烯-醋酸乙烯共聚物型粘合剂或乙烯-丙烯酸酯共聚物型粘合剂。
第三层15由有机合成材料制成，如双峰高密度聚乙烯型等聚乙烯型树脂或聚丙烯型树脂。第三层15优选具有约1mm至5mm的厚度。
第三层15的所述聚乙烯或聚丙烯树脂包括硬质矿物填料，以提高其对来自第三方或土壤3中硬质部分的机械冲击的抵抗力。
所述硬质矿物填料例如为石英和/或硅灰石。所述硬质矿物填料在第三层15中的质量百分含量优选为1％至20％。
优选地，第三层15的外表面具有区别标识，用于表明其所输送流体的性质。所述标识例如采用符合国家颜色代码或国际颜色代码(ISO标准R508-1966)的彩色条带。所述条带例如通过印制工艺或共挤工艺形成于第三层15上。
第三层15的所述有机合成材料可同时具有或替代地具有颜料或着色剂，优选具有荧光性，以使第三层15具有和土壤3的颜色形成最大反差的颜色。如此，管道元件1可更好地由视觉辨识，从而显著降低管道元件1被意外损坏的风险。通过实际观察可知，常设于管道上方的警示格栅通常并不能充分防止此类损坏的发生。
例如，当管道被置于由枫丹白露砂土形成的浅色土壤3中时，第三层15选择为具有暗色，优选为黑色或深蓝色，以在土壤3和管道之间形成最大反差。
通常情况下，第三层15在原始管件7的金属外壁和土壤3之间形成一道密封屏障，从而防止所述球墨铸铁和起电解液作用的土壤3中的水分之间产生任何接触。
第一层11只有在外涂层9的损伤使得第三层15发生破损时才会暴露于外。在此情况下，第一层11可提供进一步的防腐蚀保护，从而可延迟管道元件1的故障发生时间。所述故障发生时间取决于第一层11以及在所述铸铁壁和第三层15之间提供机械连接的第二层13的特性。
只要第三层15未被损坏，或者说在第三层15未被损坏时，其以被动方式发生作用，即形成一道防止腐蚀扩散的屏障。而当第三层15被损坏时，第一层11将以主动方式发生作用，即为管道元件1提供电化腐蚀防护。
实际上，在土壤3中的腐蚀性物质的作用下，第一层11转化为一抵制腐蚀生成物的保护层，该保护层在其生成于的介质中保持稳定。所述锌/铝合金层也可说是所述铸铁的“牺牲层”，因为其在所述铸铁、合金及土壤所形成的电化学电池的作用下被逐渐氧化消蚀并生成保护层，以对下方的铸铁或暴露于所述合金层缺陷中的铸铁形成保护。
由于使用金属电弧沉积工艺，第一层11由凝固滴状物构成，因而为多孔层。此外，通过选择合适的孔隙大小及第一层11厚度，可以实现对所述保护层形成条件的调节，尤其是对其形成速度的调节。通过观察发现，所述锌/铝合金的双相结构有利于俘获可腐蚀金属锌的物质。
此外，由于其金属微结构，第一层11具有易塑性。如此，在第三层15受到第三方冲击或损坏时，第一层11可发生塑性形变并仍然贴合于具有易塑性的所述球墨铸铁上。所以，即使第三层15被损坏后，第一层11的易塑性仍可以起到延长保护的作用。
以下对管道元件1的一种制造方法进行描述。所述方法包括：步骤a)在原始管件7上沉积上述第一层11；步骤b)在第一层11上沉积上述第二层13；步骤c)在第二层13上沉积上述第三层15。
在使用热处理炉在原始管件表面形成铁的氧化物层后，上述外涂层9被形成于原始管件7的顶部。
在步骤a)中，通过电弧金属化工艺沉积锌-铝合金，以形成第一层11。所述合金包括5～60％质量百分比的铝，优选为10～30％质量百分比的铝，尤其为15％质量百分比的铝。第一层11被沉积至具有至少为400g/m2的面密度。
在步骤b)中，通过热喷涂或挤出工艺沉积热熔胶，以形成第二层13。
在步骤c)中，通过挤出或喷涂工艺沉积聚乙烯或聚丙烯层，以形成第三层15。
在一个替代实施例中，步骤b)和步骤c)可同时进行，例如，通过第二层13和第三层15的共挤工艺同时实施此两步骤。
在第三层15的挤出、喷涂或共挤工艺过程中，将上述颜料或着色剂加至第三层15的材料中。
由于管道元件1的上述特性，其具有更高的耐腐蚀性，尤其在安置管道元件或安置后在其附近实施操作等情况下，其外表面上发生第三方破坏时，具有更高的耐腐蚀性。
根据另一个替代实施例，第一层11包括铝的质量百分含量为5～60％的锌/铝合金多孔层，以及位于所述锌/铝合金多孔层与第二层13之间的密封漆层(未图示)。优选地，第一层11只包括此两层。
所述密封漆层例如位于所述锌/铝合金多孔层上。优选地，所述密封漆层覆盖所述锌/铝合金多孔层。
所述密封漆层例如包括沥青漆，或溶剂相中的合成树脂型漆，如聚氨酯环氧树脂，或水相中的合成树脂型漆，如丙烯酸树脂。“溶剂相中”是指所述合成树脂溶解于有机溶剂中。
所述密封漆层例如具有约为0.1mm的厚度，且优选通过喷涂工艺涂布于所述锌/铝合金多孔层上。
所述密封漆层将所述锌/铝合金多孔层的孔隙密封，从而为所述合金提供进一步的保护。

Claims (17)

1.一种尤以铸铁制成的地埋管道用铁质管道元件(1)，包括一外涂层(9)，所述铁质管道元件(1)的特征在于，所述外涂层(9)包括：
-第一层(11)，包括至少一层锌/铝合金多孔层，其中铝的质量百分含量为5～60％；
-第二层(13)，其为位于所述第一层(11)上的粘合剂层；以及
-第三层(15)，位于所述第二层(13)上且包括有机合成材料。
2.如权利要求1所述的管道元件(1)，其特征在于，所述第一层(11)由所述锌/铝合金多孔层构成。
3.如权利要求1所述的管道元件(1)，其特征在于，所述第一层(11)还包括位于所述锌/铝合金多孔层和第二层(13)之间，优选位于所述锌/铝合金多孔层上的密封漆层。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，所述第二层(13)包括热熔胶。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，所述第二层(13)包括防腐蚀颜料和/或灭菌剂。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，所述第二层(13)基本无金属成分。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，所述有机合成材料包括聚乙烯，例如双峰高密度聚乙烯，或者包括聚丙烯。
8.如权利要求1至7中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，所述有机合成材料包括由硬质矿物填料加强的聚乙烯或聚丙烯。
9.如权利要求1至8中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，所述第三层(15)包括使所述管道元件(1)与该管道元件(1)欲被埋入的土壤的颜色之间形成最大反差的着色剂，尤为荧光着色剂。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，所述第三层(15)具有强的光反射能力，所述强的光反射能力尤其得自于所述矿物填料。
11.如权利要求1至10中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，所述锌/铝合金多孔层具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度。
12.如权利要求1至11中任何一项所述的管道元件(1)，其特征在于，其包括一原始管件(7)，所述第一层(11)位于该原始管件(7)上。
13.一种包括多个如以上权利要求中任何一项所述的管道元件(1)的地埋管道。
14.一种用于制造如权利要求1至12中任何一项所述的管道元件的方法，至少包括如下步骤：
a)通过电弧金属化工艺沉积所述锌/铝合金多孔层；
b)沉积所述第二层(13)；以及
c)沉积所述第三层(15)。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述锌/铝合金多孔层被沉积至具有至少300g/m2，优选为至少400g/m2的面密度。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，根据需要，所述第二层(13)和第三层(15)通过挤出工艺、喷涂工艺分别沉积或者通过共挤工艺共同沉积。
17.如权利要求14至16中任何一项所述的方法，其特征在于，在所述第三层(15)的挤出工艺、共挤工艺或喷涂工艺的过程中，一着色剂，尤为荧光着色剂，被加至所述第三层(15)的所述有机合成材料中，从而与所述管道元件(1)欲被埋入的土壤(3)的颜色形成反差。
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