既然銅被定義為貴金屬,那么銅管道為什么會(huì)被腐蝕?
銅金屬具有許多金屬所無(wú)法比擬的抗腐蝕性,因此,銅管的使用壽命一般都很長(zhǎng)。然而,由于這種金屬被歸為貴金屬類,因此一度被廣泛的誤認(rèn)為是永久性耐腐蝕的。幾十年以來(lái),銅金屬管道一直是廣大家庭所熱衷使用的管道材料之一。據(jù)估計(jì),美國(guó)有超過(guò)80%的家庭采用銅管來(lái)供應(yīng)冷熱水和作為中央供暖管道使用。銅管道之所以如此普及,很大一部分原因是因?yàn)槠渌逃械母吣透g性。然而,與一些流行的觀點(diǎn)相反,盡管銅管具有耐腐蝕性,但銅管的這種特性并不會(huì)無(wú)限期地持續(xù)。就像其他金屬一樣,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),銅管仍然很容易受到腐蝕損壞。在這篇文章中,我們將探討導(dǎo)致銅管道發(fā)生腐蝕的各種因素。
一、銅金屬的腐蝕
在化學(xué)方面,銅被定義為一種貴金屬(貴金屬是指對(duì)腐蝕和氧化具有高度抗性的金屬)。銅的耐腐蝕性主要?dú)w因于當(dāng)其暴露在空氣和濕氣中時(shí),在銅表面上會(huì)形成一層薄氧化膜。這種被稱為銅銹的氧化層會(huì)牢固地粘附在銅的外表面上,并保護(hù)下面的銅層免受進(jìn)一步的腐蝕作用。在大多數(shù)時(shí)候,這種銅銹層就能夠?yàn)殂~管提供足夠的保護(hù)以延長(zhǎng)使用壽命。然而,水化學(xué),水質(zhì)和其他因素的變化能夠逐漸引起水對(duì)銅管道產(chǎn)生越來(lái)越大的侵蝕。這種侵蝕性的增加有時(shí)會(huì)超過(guò)銅管道的抗腐蝕能力并縮短其預(yù)期的使用壽命,最終導(dǎo)致管道發(fā)生泄漏和損壞。
二、導(dǎo)致銅管道發(fā)生腐蝕的因素
水分特性
生水(未凈化的水)的來(lái)源和市政處理廠為生產(chǎn)飲用水而采取的處理方法決定了水的化學(xué)性質(zhì)。這直接影響了最終產(chǎn)品的味道,氣味和腐蝕性。眾所周知,流經(jīng)銅管的水的化學(xué)性質(zhì)會(huì)直接影響到管道系統(tǒng)中腐蝕現(xiàn)象的形成和傳播。影響水的化學(xué)性質(zhì)和腐蝕性的一些因素主要是:地表水源——地表水(通常來(lái)自湖泊和河流)通常較軟,堿度較低(弱酸性),總?cè)芙夤腆w(TDS)含量少于100毫克/升。當(dāng)pH值低于7時(shí),未經(jīng)處理的地表水會(huì)對(duì)銅管造成特別大的損害。如此低的pH值會(huì)促進(jìn)腐蝕,從而導(dǎo)致溶解的銅離子釋放到水中,使其變?yōu)樗{(lán)/綠色。
地下水源——與地表水相比,地下水(從井和含水層收集的水)通常較硬并具有相對(duì)較高的堿度,總?cè)芙夤腆w含量為200-300+毫克/升。此外,地下水還可能含有高濃度的溶解型二氧化碳,如果不進(jìn)行處理,也會(huì)對(duì)銅管道產(chǎn)生較大的影響。總?cè)芙夤腆w含量高,pH值介于7.0和8.2之間的未經(jīng)處理的地下水會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這更可能發(fā)生在冷水中,并且這種效應(yīng)有時(shí)會(huì)被稱為冷水點(diǎn)蝕。
水處理方法——通??梢圆扇《喾N方式對(duì)這些地表水和地下水進(jìn)行處理。例如,氯胺在美國(guó)被用作氯氣的替代品以符合環(huán)境保護(hù)署(EPA)的標(biāo)準(zhǔn),用于從飲用水中消毒細(xì)菌。但是,氯胺也會(huì)腐蝕銅管,并可能導(dǎo)致點(diǎn)蝕和針孔泄漏等現(xiàn)象。此外,使用明礬(硫酸鋁)去凝結(jié)溶解的固體也被認(rèn)為是導(dǎo)致銅管中形成點(diǎn)蝕和針孔泄漏的一個(gè)因素。
微生物腐蝕
微生物腐蝕是指由水和管道壁中存在的細(xì)菌引起的內(nèi)部腐蝕。細(xì)菌在水中的代謝活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致硫化氫氣體的形成。當(dāng)硫化物氣體進(jìn)入表面時(shí),它會(huì)與空氣發(fā)生反應(yīng)形成硫酸,硫酸具有很強(qiáng)的腐蝕性和侵蝕性,足以在大多數(shù)金屬甚至混凝土管道中造成腐蝕。
高水速流動(dòng)
當(dāng)水壓沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié),或者如果銅管直徑不適合的話,可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)高的水流量。其特點(diǎn)是水壓增高,流體速度增大,導(dǎo)致可能會(huì)侵蝕銅管的表面保護(hù)性氧化層,導(dǎo)致未受保護(hù)的銅暴露于潛在的腐蝕性流體中。在一些極端情況下,金屬本身還可能因高速度而被移除。這被稱為侵蝕腐蝕,并可能導(dǎo)致在銅管道內(nèi)壁上形成凹槽和圓孔(通常為定向圖案)。正如人們所預(yù)料的那樣,侵蝕腐蝕將在水流被迫改變方向的地區(qū),如彎頭和T字管處產(chǎn)生最具破壞性的影響。
細(xì)沙、沉積物和沙粒:
細(xì)沙、沉積物、砂礫和其他顆粒的存在會(huì)使得水具有磨蝕性。當(dāng)磨蝕的水流過(guò)系統(tǒng)時(shí),結(jié)果是再次引起侵蝕腐蝕。高速水與管道系統(tǒng)中的碎屑混合在一起會(huì)導(dǎo)致很高的侵蝕率,并可能大大降低銅管道的預(yù)期使用壽命。當(dāng)熱水箱內(nèi)部發(fā)生腐蝕并釋放一些剝落的鋼粒到銅熱水系統(tǒng)中時(shí),會(huì)發(fā)生另一種不常見(jiàn)的顆粒腐蝕。這會(huì)由于兩種不同金屬(即銅管和來(lái)自熱水箱的鋼)的接觸而引起電偶腐蝕,并且也會(huì)導(dǎo)致局部針孔泄漏。
管道安裝不當(dāng)
由于過(guò)量使用助焊劑導(dǎo)致的管道安裝不當(dāng)被認(rèn)為是導(dǎo)致銅管道腐蝕的主要原因之一。助焊劑主要被用于清潔焊接過(guò)程中連接表面處產(chǎn)生的氧化物質(zhì)。如果使用過(guò)量的助焊劑,焊接過(guò)程中施加的熱量可能會(huì)導(dǎo)致焊劑流入銅管內(nèi)的各個(gè)區(qū)域。如果管道沒(méi)有用熱水適當(dāng)沖洗,助焊劑會(huì)一直附著在管道的內(nèi)壁上。由于氯化鋅和氯化銨等化學(xué)物質(zhì)會(huì)積極地去除銅的氧化物層,因此助焊劑對(duì)銅管道自然而然的就具有腐蝕性。在銅管道中留下過(guò)量的助焊劑會(huì)最終導(dǎo)致在焊劑沉積處產(chǎn)生局部腐蝕。
三、總結(jié)
銅金屬由于不易被腐蝕而被列為貴金屬,但它被錯(cuò)誤地認(rèn)定是永久性耐腐蝕的。銅在20世紀(jì)60年代成為一種流行的管道材料,最初預(yù)計(jì)這種管道的使用壽命將持續(xù)25到40年。因此,二十一世紀(jì)銅管失效的盛行應(yīng)該不會(huì)令人意外。
目視檢查不容易對(duì)水化學(xué)和工藝不良等因素進(jìn)行評(píng)估;因此管道使用者應(yīng)該意識(shí)到一些可以指示銅管道腐蝕問(wèn)題的早期跡象,例如:
? 瓷器裝置中的水變色和污漬;
? 敲擊/錘擊管道;
? 自來(lái)水中顯著的氯氣味;
? 濕點(diǎn)表明有泄露跡象;
及早發(fā)現(xiàn)潛在的銅管腐蝕可以幫助減少后期可能會(huì)引起的不便和維修成本。
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