一、水井的發展概況

 

  世界各國在水井工程設計和施工方面有著不同的工藝和特色，在鉆進方法井管材料選擇水井殺菌消毒管理規范化方面有著嚴格要求和規范。在四十年代開始嘗試采用塑料井管，七十年代初期，發現，重量輕的塑料管，能為輕型鉆機和有少數鉆工組成的機組所操控和掌握，早年建造的水井在長期使用中也表明，塑料井管不受土壤和地下水的化學影響不適于鐵細菌生長，壽命長，僅需少量維護和保養，并且在必要時可對水井進行化學處理而不損傷井管，在力學性能上，仍能承受通常地層壓力達300米效果仍然很好。到目前，國外水井工業中，井管和濾水管約有70%都為塑料管有30%左右為鋼管和鑄鐵管，水泥類管道由于成井質量等原因已被淘汰。

 

  我國水井工程的井管材料一般為鋼管、鑄鐵管和水泥管，城鎮供水主要以鑄鐵管和鋼管為主，通過對當前水井調查研究，施工水井的成井結構設計、盡管和濾水管的選擇都不合理，井管腐蝕嚴重，造成井管腐蝕變形、破裂，水井涌沙等問題突出。七十年代開始，對塑料井管、濾水管進行了小批量推廣應用，取得里較好的效果，但由于生產技術和成井工藝等原因，未能進一步開發。目前，國內大口徑水井工程，鑄鐵管在成井管材中占70%左右，其余的以水泥類管為主，對于小口徑水井，塑料井管和濾水管的開發和應用逐年上升，但由于傳統觀念和塑料井管產品質量標準等問題，成井工藝上又缺乏指導，致使這項技術發展緩慢，也影響了塑料井管在國內的推廣。

 

  水資源的短缺是一個全球性問題，對地下水資源的開發和利用顯得日益重要，由于地熱資源的潔凈性等優點，近年來也得到很大的開發和利用，在所有這些鉆井中所使用的井管多時傳統的金屬管材，由于井管腐蝕造成的浪費和損失以及一系列、其他不良后果一直沒有得到很好的解決。

 

  本世紀50年代以后，隨著石油化學工業的飛速發展，石油深加工技術日趨完善，塑料制品種類多樣化，產量迅速增長，使之逐步發展成為一種新型工程材料。塑料管和傳統管材相比，塑料井管性能均一，抗腐蝕能力強，且具有重量輕，抗磨損和生物惰性、水流阻力小，，使用壽命長，安裝簡便迅速，造價較低等顯著優勢，受到了管道工程界的青睞。

 

  結合以上特點，塑料井管具有廣闊的應用前景，研究開發塑料井管意義重大。

 

  二、傳統井管（鐵管）的腐蝕機理研究

 

  1、井管的腐蝕類型

 

  2、井管的腐蝕機理

 

  1）氧化理論（Acid.theory）：由于水中的碳酸（H2CO3）作用，鐵變成碳酸亞鐵，接著再被水中的氧所氧化，成為氫氧化鐵。

 

  2）過氧化理論（Peroxide.theory）：鐵首先和水化合成氫氧化亞鐵，這時產生的氫氣和水中的氧化合生成 H2O2 之后，氫氧化亞鐵和 H2O2 化合生成氫氧化鐵。

 

  Fe+2H2O → Fe（OH）2 +H2↑

 

  H2+O2 → H2O2

 

  2Fe（OH）2 + H2O2 → 2Fe（OH）3（銹）

 

  3）電化學理論（ Electrochemical . theory ）：腐蝕是由電化學反應而引起的，首先生成的是氫氧化亞鐵，在堿性水中，與氧化合生成氫氧化鐵，形成膜而停留在金屬表面。在酸性水時，先與水中碳酸形成的 CO2 化合成重碳酸亞鐵 [Fe（HCO3）2] 后再與水中氧化合成的氫氧化鐵，以浮游形成從水中析出沉淀。

 

  此外，在腐蝕中，還有一些能用微電池——濃差電池或氧差電池機理說明的腐蝕。

 

  當水在管道里與鐵接觸，通過各種途徑開始腐蝕，在氧化皮的縫隙或管內凹凸不平的粗糙面上，形成許多微小的腐蝕電池 , 開始腐化，產生沿著水流方向的膜或殼。如果這種電化學或微電池作用代表全部腐蝕過程的話，我們應該看到的是一個空泡，但實際上，我們發現的這些空泡，經過一段時期后，變成了大小不均的瘤狀結垢，硬殼內充滿了氧化亞鐵和硫化鐵等物質。這是因為，當金屬表面由于氧化形成二價氫氧化鐵與中性水接觸形成的三價鐵（膜或空殼）并不是永遠貼附在管壁上，保持靜止。只要水中不斷有 O2 溶入，就可能通過破裂的膜向內一層層運動，把部分亞鐵離子氧化成鐵離子，經過一段時間，這些氧化鐵濃度超過一定的比例，磁性氧化鐵或其它亞鐵化合物就會不斷地析出，并產生酸性物質，后者繼續與金屬作用，在產生新地亞鐵鹽，不斷循環。在不斷氧化循環腐蝕的同時，銹殼內的各種鹽類不斷積累，促使鐵細菌依靠鹽類的氧化而不斷繁殖，尤其是靠近管壁，氧的含量比外界較貧乏，更加有利于鐵細菌的生存。鐵細菌在生存過程中吸收亞鐵鹽，排除的氫氧化鐵產生大量沉淀，細菌周圍就會有大量的粘泥，使殼體充滿并不斷增大，引起管道的嚴重堵塞。這種堵塞是沿管壁四周均勻逐漸生長的，并可形成管道內壁的垢下腐蝕現象。所以，水中氧是電腐蝕的開始，而硫酸鹽類還原細菌是腐蝕結垢的原因，鐵細菌則是大面積腐蝕管道的另一原因。

 

  3、結論與建議

 

  1）井管的腐蝕不是由某一單一腐蝕作用造成的，而是聯合腐蝕作用的結果，并且大多以局部腐蝕為主。不同的井管-環境腐蝕體系，腐蝕機理有所差別，但都有多種因素共同影響，只是作用重點有所不同。

 

  2）一般PH〈5、酸洗井或有酸性物質滲漏的環境下，井管發生化學腐蝕，這種腐蝕速度快，危害大，在井管材質不均勻，或其他條件形成電極電位差時形成電偶腐蝕，腐蝕速度快，危害較大；在井管有表面泥砂、水垢等屏蔽作用下，發生縫隙腐蝕，雖然腐蝕速度較慢，但危害較大；井中含有Cl-、ClO4- 等離子偏高時，易發生孔蝕，腐蝕速度快，危害很大；由于地下水流速高，含砂量大，對井管造成磨損腐蝕，雖然腐蝕速度慢但對濾水管危害很大；井管本身或環境造成的應力的存在，使井管承受應力腐蝕，腐蝕速度慢，但在長期作用下造成潛在危害。

 

  3）對金屬腐蝕速度的影響因素很多，主要有環境因素井管體系本身因素及其他一些因素。環境方面，地下水的溫度、溶解氧的濃度，流動等因素對腐蝕速度影響較大。井管體系的材料性質、晶體缺陷及表面狀態等因素影響著井管的腐蝕。其他因素，諸如電泵的使用，成井工藝方面造成的缺陷等對腐蝕速度造成影響。

 

  4）可用井下彩色電視系統（直接法）和試片法（間接法）對井管的腐蝕進行檢測，以便控制。

 

  5）通過以上分析，要解決供水井金屬井管的腐蝕難題，建議采用塑料供水井管，PVC-U管材作為發展最早，應用最成熟、價格最低的塑料管材，理應成為井壁管的最佳之選。

 

  三、PVC-U井壁管簡介

 

  1、PVC-U管材性能概述

 

  與傳統管材相比，PVC-U管材具有以下特點：

 

  1）重量輕、運輸和安裝方便。PVC-U塑料管比重略大于1，在1.35—1.46之間，管材自重略大于泥漿的浮力，依次下管時不需很大的提吊力即可順利下管，安全可靠，勞動強度小，井管的搬運更是省力方便。

 

  2）抗腐蝕能力強，耐久性好。塑料是一種十分穩定的高分子聚合物，幾乎不與酸堿鹽等化學物質反應，在太陽紫外線照射不到的幾水中，使用壽命至少50年以上，適用于各種水質的水井，尤其近年來潛水電泵的廣泛應用，在水中產生的感應電流加速了傳統井管的腐蝕，而塑料井管卻不受此影響。

 

  3）單根長度大，井管接頭少。塑料管長度一般為6米，也可根據要求定作，大大減少了接頭數量，節約了下管時間和接頭材料，更重要的是減少了因接頭不佳出現的錯口、漏沙而報廢井的機會，也避免了井管對進水的二次污染。

 

  4）水質好。衛生級PVC-U管材衛生、無毒、不滋生細菌，不污染水質。

 

  5）管材便宜，成井造價低。

 

  6）內壁光滑，水力條件好。摩阻系數僅為00008，能耗小。

 

  7）柔性好，抗沖擊強度高。