模型管道规范中的腐蚀，第2部分

20世纪70年代末，我住在德克萨斯州，在一家大型机械、电气和管道工程公司担任管道设计绘图员。在德克萨斯州的一次管道行业协会会议上，我遇到了约翰·h·菲茨杰拉德三世(John H. Fitzgerald III)，他是来自纽约布鲁克林的腐蚀工程师，毕业于耶鲁大学工程学院。

他在一家大型腐蚀咨询公司工作，负责德克萨斯州和美国各地的石化、工业和地下公用事业腐蚀项目。万博手机版登录本官网几个月后，约翰让我协助他准备一些标准的细节图和他想在工作中使用的笔记。

在那些日子里，许多地下储油罐和管道都是钢制的。他们需要以阴极保护的形式保护镁阳极(与铜线和铝热焊连接)的腐蚀，这将允许不太贵重的金属(镁)腐蚀，以保护钢罐。

我们一起工作时，约翰指导我。他教我腐蚀电池，电化学反应，电动势(原电)系列金属，电动势，阳极和阴极。他还教了我一些常见的腐蚀形式，例如:电偶腐蚀、点蚀、均匀腐蚀、集中腐蚀、撞击腐蚀、应力裂纹、选择性腐蚀和不同的环境土壤条件
腐蚀。

电偶腐蚀是由连接在腐蚀槽中的不同金属引起的(图1)。John说，在不同金属管道系统的连接点上指定和使用介电接头或介电水道是很重要的。当时，关于微生物诱导腐蚀(MIC)的讨论还不多。然而，从那时起，人们对MIC进行了大量研究，特别是在消防系统中。

我们讨论了杂散电流，它也会引起腐蚀，以及保护电流，后者是控制地下结构腐蚀的有意感应电流。约翰参与了底特律的一个项目，在这个项目中，有轨电车电气化轨道产生的杂散电流导致地下公用管道、阀门、储罐和其他地下钢结构过度腐蚀。

约翰教我如何用法拉第定律来计算腐蚀/氧化还原速率。随着时间的推移，腐蚀速率可以用来确定基于原始壁厚、当前壁厚和材料损失的金属结构的预期寿命。

他还教了我欧姆定律，该定律指出，腐蚀电池中两种金属之间的电流与电压成正比，与电阻成反比。电阻取决于几个因素，随着腐蚀池中电解质或导电湿土等因素的变化，电阻会增加或降低腐蚀速率。

我了解了水的pH值、酸度、氧含量和氧化程度。我了解到，在水管中使用磷酸盐和硅酸钠等化学物质，在内壁形成一层膜，可以保护铸铁或球墨铸铁管不受水的影响。我们还讨论了它如何保护水不被金属(铜、铁、铅、锌、锡等)溶解到水中。

我的腐蚀教育

钝化是在老旧的铸铁或球墨铸铁水管内部涂上一层化学物质，使管内的水pH值略高于7.0。另一种方法是在管道上涂环氧树脂或其他耐腐蚀材料。

请注意，一些水处理顾问在建筑水系统中添加硅酸钠，这会在冷凝器水、加热水、冷冻水系统以及某些情况下的生活用水系统的水管内部形成涂层。在向生活用水系统中添加化学物质时，应格外小心，以免因水垢积聚而使活动部件卡住而导致系统故障。层可以建立在混合阀，过滤器，隔离阀或平衡阀的运动部件上，使它们无法操作。

水玻璃或磷酸盐层也会在加热表面堆积，导致传热效率的显著下降。添加硅酸钠或磷酸盐可能需要遵守州一级的许可和定期测试，以满足安全饮用水法的要求。

我们谈到了仍在开发的外部管道涂层系统。当时，大部分现场应用的涂料都是煤焦油或沥青涂料，行业正在转向现场应用的搪瓷和环氧树脂、工厂应用的涂料、热熔结环氧树脂或熔结粉末环氧树脂，用于修补金属管道涂层的刮痕、划痕或涂层和连接处的裂纹(针孔)。

除了涂层之外，还可以选择塑料管和其他与应用兼容的材料。约翰和我都参与了由酸性土壤引起的腐蚀项目。万博手机版登录本官网我们都在一个大型机场工作过，那里的土壤具有腐蚀性，任何暴露在地下的金属都很快被腐蚀。

约翰总是告诉我，为了防止腐蚀，首先要考虑的是选择一种不会腐蚀的材料。但是，如果应用或设计需要钢或其他金属管道材料(如液体燃料)，则应选择与管道周围潮湿土壤或环境相容的涂层，以尽量减少腐蚀。

我们讨论了温度升高加速腐蚀的影响，但我们从未讨论过水流速度以及水流速度和侵蚀的影响。在大型球墨铸铁水管中，流速和侵蚀不是问题。

案例研究:循环泵腐蚀

在20世纪90年代，约翰和我在美国管道工程师协会(ASPE)东密歇根分会的一次会议上再次相遇;我是分会主席。我邀请约翰在我们当地分会的会议上谈论腐蚀问题，他邀请我讨论芝加哥一栋高层公寓楼里的一个令人困惑的案例。

他给我看了一个似乎被腐蚀的泵叶轮，并说腐蚀似乎只发生在循环泵上。水泵的叶轮不断更换;几个星期之内，叶轮就被腐蚀得几乎没有了。

“这是最奇怪的事情，但管道、阀门和泵体都很好，”他说，并补充说，高层建筑的热水循环系统也有问题。维修人员一直在用越来越大的泵替换小的循环泵，但装置的热水温度几乎没有改善。

当系统不平衡时，我经常看到维护人员安装更大的泵来尝试循环。在许多情况下，他们使用铸铁结构的大型泵来加热热水系统。(图2显示了一个常见的热水再循环系统，在地下室的机械房安装了较大的泵，试图解决系统顶部的空气困。)

看着叶轮，我说:“我想我知道问题出在哪里了，但我想再问几个问题来确定一下。”

我了解到叶轮来自12层楼顶层机械室的循环泵。热水器在顶楼的机械室里，一条热水总管直通一楼的天花板，水管沿着走廊分布，然后在楼里每个浴室和厨房区域后面的垂直立管中向上分布。热水管道在顶楼天花板上方终止，进入穿过顶楼到热水器的热水回水管(图3)。

“这个问题似乎不是腐蚀问题;这是一个空气问题，会导致泵的空化，侵蚀循环泵的叶轮，”我说。

侵蚀与腐蚀

然后约翰和我讨论了腐蚀和侵蚀的区别。我们讨论了铜发展协会对铜管中最大流速的建议，以及铜和铜合金(如本泵中的黄铜叶轮)的速度侵蚀是如何发生的。

我解释说，分配管道中的空气会在系统的高点聚集。当叶轮以每分钟数千转(rpm)的速度旋转时，空气会被叶轮的眼睛捕获。气泡在泵内迅速坍塌膨胀(空化)，破坏泵叶轮。这就是为什么在这种情况下，腐蚀只发生在泵叶轮上。

热水循环泵通常是小型的，分马力的青铜泵(主要是铜)，容易受到侵蚀，特别是如果有空化。根据泵的选择，泵将以大约1,750 rpm的速度旋转。

我解释说，一个典型的小周长的小叶轮的外缘每旋转一次，就会移动圆周的距离。这意味着典型小型叶轮的外缘速度将在10到30英尺/秒(fps)之间，具体取决于所选泵的转速和叶轮的尺寸。

然而，较大的泵可以有高达3600 rpm。在这栋大楼里，泵的叶轮直径为6英寸，周长约为18.8英寸。较大的泵在高温热水中的叶轮速度约为45 ~ 90fps。这种速度，加上空气问题，很可能在短时间内造成叶轮的空化和侵蚀。

家用热水vs加热热水

我们讨论了生活热水(DHW)和供暖热水系统之间的区别。DHW系统为开式，加热热水系统为带消风器的闭式。

DHW系统在加热时包含微小的气泡，这些气泡将在分配管道中合并成更大的气泡;大气泡上升到热水管的顶部。在一些管道布局和立管中，立管顶部的空气收集可能会导致流动受限。在高层公寓和酒店中尤其如此，这些地方的管道分配管道通常是垂直的，水流必须在某个点下降。

当DHW回水系统在管道中有一个高点时，气泡可以结合，在热水回水管道中形成一个大的气穴。当小型循环器位于较低楼层时，气穴可以阻碍流动并停止循环。当泵位于建筑物顶部时，空气会被吸入或进入循环泵的叶轮眼内并引起空化。

当热水回流在顶层收集时，空气会到达管道中的一个高点，通常是在热水回流管道下降到循环泵之前。较小的泵将看到流量下降，一个大的气泡可以阻止流动。大型泵可能会将空气吸入泵叶轮眼内，造成泵内空化。

听了我的解释，约翰退后一步问道:“这么说这不是腐蚀问题?”

“这是侵蚀的问题，不是腐蚀的问题，”我回答。

“学生变成了老师，”他说。

在与维修人员的后续讨论中，我们了解到热水循环出现了问题，出现了“太长时间没有热水”或“没有热水”的抱怨，这是由于空气收集后导致循环泵停止泵送。

维修人员认为解决办法是安装一个更大的循环泵，当这个泵不起作用时，他安装了一个更大、转速更高的泵。尽管泵更大了，但几周内，全新的青铜叶轮就被腐蚀掉了。

我给了维修人员一些建议的解决方案。当热水回水管道位于系统顶部时，应延长垂直立管以收集空气，回水分支应侧向起飞。任何积聚的气泡应上升到自动排气阀或管道装置，远离立管顶部或高点，以排出积聚的空气。

当顶部的固定装置打开时，气泡被排到房间里。我建议他重新安装原来的小泵，然后做下面的一个:

1.在高点安装一个排气阀(图4);

2.从顶层以下楼层的立管上的三通上布置热水回流管。采用这种安排，空气会继续上升到上面的水管装置，并在使用时将空气排出(图5);或

3.从机械室的热水回水立管顶部上升。将分支连接到下面的固定装置，例如厨房水槽或浴缸，这些装置经常使用，并且可以在空气到达热水回流泵之前将空气排出热水回流管。

约翰后来告诉我，我的一个建议被采纳了，这就解决了问题。

想起约翰

约翰曾在腐蚀领域的几家知名公司工作，包括corpro Cos。他在美国被聘为一名腐蚀工程师。后来，在其位于底特律的子公司PSG腐蚀工程公司，他是一名腐蚀专家。我知道他还经营着自己的腐蚀咨询公司。

他在。担任技术编辑材料性能杂志担任了15年的国家腐蚀工程师协会(NACE)的国际主席。

NACE是一个在30个国家拥有约35,000名成员的组织，是全球公认的腐蚀控制解决方案权威机构之一。该组织提供技术培训和认证项目、会议、行业标准、报告、出版物、技术期刊和政府关系活动。约翰被任命为NACE的研究员，NACE奖以他的名字命名。

约翰经常在行业会议和NACE国际研讨会和会议上发表演讲、写作和指导，我知道他在普渡大学教过一些课程。他是全国知名的腐蚀专家。

我相信所有认识约翰的人都会深深怀念他，包括我。他是我的腐蚀专家。由于约翰的贡献和热情，以及他对他所遇到的人的教育，今天的腐蚀工程领域要好得多。他的教诲活在他的著作中，活在他的学生和同事的记忆中，活在本专栏的读者心中。

谨以此纪念约翰·菲茨杰拉德三世。