不锈钢在城市废水处理厂的使用（下）

不锈钢在城市废水处理厂的使用（下）

60年代和70年代及以后建成的老废水处理厂 中的不锈钢管道，即使不是全部，也是绝大部分仍在使用中。不锈钢在应用中的实际性能比根据前面归纳的试样实验数据指示的情况还要好，特别是在很好维护的情况下。

浸没在污泥中的通气管外壁上出现过一些沉淀物腐蚀的事例。在这些事例中，腐蚀都发生在正常清理曝气池时，没有完全清除的小块残余物的下面。

注意一下试验架就会发觉，在添加了氯化铁的活性污泥中的试样上出现了腐蚀。不过，不锈钢污泥管道在输送活性污泥的环境下使用性能良好，最近只是在污泥管道0型环机械连接的开槽和弯头处发现缝隙腐蚀。污泥汇集在开槽处，并造成0型环周围严重腐蚀，看起来由于流速慢和滞流持续时间很长，使管道的开槽处汇集了许多沉积物，沉积物的下面产生腐蚀。为了尽量减少沉积物腐蚀，应避免污泥管道中的滞流和低速流动。自由流动将有助于减少沉积物形成。

在有些土壤中也会出现缝隙腐蚀。埋入土中的不锈钢管的外部表面腐蚀取决于土壤成分和电阻系数。土壤的腐蚀性取决于湿度、pH值、透气性、杂散电流和表面排水性。土壤湿度越大，埋在土中的不锈钢管越容易产生缝隙腐蚀，沼泽地、河流交叉口下面和湿土中产生缝隙腐蚀的可能性最大。日本进行的试验表明，不锈钢在许多土质中，特别是电阻系数较高的土壤中使用性能良好。日本极其成功地将不锈钢连接管埋入东京市地下，把饮用水从街道的辅干线引到住宅中。从80年代大规模安装使用以来，在目前使用的50多万根连接管中，没有发现一处腐蚀问题。对于湿土壤和关键管道，可以采用阴极保护的方法，这是埋在地下的不锈钢管道的标准防护措施。

(1)采购与标准

废水处理厂不锈钢管道中所出现的大多数问题都发生在采购、设计、制作和安装等环节中。ASTM标准A312(管)和A403(接头)规定奥氏体不锈钢焊管和接头专用于侵蚀性腐蚀环境，典型行业是化工和其它加工工业。这些技术条件中的低碳级和普通级钢种包括了绝大多数通用不锈钢合金，直径范围从 3mm(1／8英寸)到75mm(30英寸)。ASTM标准A312要求进行最终固溶退火，去除回火色氧化铁鳞。

ASTM标准A778(管子)和A774(接头)可用于腐蚀性较弱的环境，在这种环境下通常使用焊接条件的低碳和稳定型钢种(该标准中只包括低碳和稳定型钢种)，本标准中所包括的直径范围从75mm(3英寸)到1．22m(48英寸)。由于标准中只包括了低碳和稳定型不锈钢钢种，所以不要求进行焊后固溶退火。虽然去除回火色氧化铁鳞可视情况而定，但是为了避免未经酸洗表面有回火色氧化铁鳞的管子已经发生的腐蚀问题，应将其去除掉，而且采购文件上也是这样规定的。

(2)设计与制作

ASTM标准中并没有对管子的工厂或现场制作时的环形对接焊缝做出规定。用户或负责设计施工的工程公司必须制定出室内焊接技术规范，其中包括以下重要内容：

①要求完全焊透，同时并要求沿内径环形焊缝平滑。

②焊接过程中在管子里辅以惰性气体，尽量减少氧化和回火色。

③使用成分匹配或钼含量较高的填充金属。

④用安全的保护性塞头将管子两端堵严，防止运输、室内外存放时将管子内部弄脏。

⑤要保证室内外贮存区域干净(存放时要离地)。

⑥曝气池管道外表面上的回火色氧化铁鳞应去除掉。

浸没在污泥中的各个区域的环形焊缝―通气管的外表面、消化池和污泥管的内壁不能有缝隙，而且要全部焊透。   

有些管道系统如通气管，在使用过程中容易受到振动。虽然304不锈钢和316不锈钢具有很好的疲劳强度，疲劳极限约为35000psi,但是，认真设计诸如过渡段或组装中的相交部件是重要的。这些部位是整体结构的最终薄弱的环节，振动应力容易集中于此处。因此，采用鞍形和推式连接可以避免连接部位的相交连接。鞍形接合可以使连接处的焊缝完全焊透，并去掉与头部相连接的焊缝，形成更为传统化的管子焊缝。这种设计可以省略掉另外严格设计的相交接头中的焊缝，采用手工电弧焊技术焊这样的焊缝时可能会产生焊缝中裹带熔剂，或在接头的下面产生缝隙(焊缝没完全焊透)。

(3)酸洗

酸洗对于不锈钢废水处理厂管道使用性能的成 功很重要。它能使处理曝气池污泥的通气管具有良 好的耐蚀性。酸洗可以有效地去除金属表面的回火 色氧化铁鳞、嵌入的铁屑和其它产生点蚀的缺陷。虽 然多数车间都尽量避免不锈钢与碳钢划线平台、滑 块、吊链接触，但铁屑仍然会嵌入其表面。此外在切 割和焊接过程中，周围的金属被加热，形成深棕色或 黑色氧化膜(回火色氧化铁鳞)。加工厂可以选择一种 方法，他们可将加工好的材料发给用户，并希望用户允许加工时产生的铁屑和其它表面污染所造成的锈蚀或划痕，或者对它们进行酸洗，使表面恢复其最好的耐蚀性。酸洗可以在酸洗槽中进行，也可以用酸洗膏和弱酸洗液对被污染的表面进行处理，然后进行彻底的中和清洗，去除金属表面残余的酸液和酸膏。 Tennessee大学最近进行的一项研究证实，在选用不锈钢并利用其耐蚀性的含水环境下，需要去除回火色氧化铁鳞。经过酸洗，去除了回火色表明奥氏体不锈钢具有正常钝化行为(保护性)。经过焊接的试样由于热影响区的原因缺少类似的钝化范围，这表明在侵蚀性环境下可能出现局部腐蚀。

(4)成本比较

不锈钢设计为轻型的构件和管道系统取得了很 好的成本效益。虽然不锈钢的初始投资费用可能高于其它材料，但是它使用寿命长、总的维修费用低，总的寿命期降低了成本。欧洲不锈钢开发和信息集团 (EUROINOX)对意大利一家废水处理厂完成了一项欧洲项目的研究，尽管不锈钢的初期安装费用比碳钢高25％以上，但是仅仅使用10年不锈钢的寿命周期成本与碳钢持平。这项分析包括资本成本和维修成本，而且选用了不锈钢进行设计时，节省重量采用了一个保守的估计数字10％。不锈钢装置包括机械护板、移动桥及扶手，这些部位常用的是镀锌钢。

结论

304L和316L不锈钢已经非常成功地广泛用于 废水处理厂中的管道和其它许多用途之中。不锈钢较高的设计性能和很低的腐蚀速度允许采用轻型结构。工厂很好的清洁维护会进一步提高不锈钢的优良使用性能。

(1)ASTM标准A312和A778一般能够满足采购钢管的要求，如果按照ASTM A778订货时则要求去除回火色氧化铁鳞。

(2)必须制定环形对接焊的室内标准，因为 ASTM中没有这部分内容，标准中应要求焊缝完全焊透，而不是“工业级质量”焊缝。

(3)设计全焊透接头的外形和焊缝加强高必须平滑，在分支连接处不要采用角焊缝，这样可以获得最好的抗振性能。

(4)在氯化物含量超过200ppm(mgl)或残余氯气含量超过2ppm的水中，最好选用316L，不要用 304L。

(5)处理污泥的设施，流速应保持在2英凡秒以上，避免低洼处和缝隙处沉积污泥，这是保证最佳使用性能的关键。

(6)自60年代后期，美国有1600座城市废水处理厂中的曝气管道、消化池气体管道和污泥输送管道都使用了304L和316L不锈钢。