Ống mạ kẽm có thể sử dụng dưới lòng đất được bao lâu?

Hiểu rõ về tuổi thọ của ống mạ kẽm lắp đặt ngầm dưới đất

Yếu tố nào quyết định tuổi thọ của ống thép mạ kẽm?

Thời gian ống thép mạ kẽm tồn tại khi chôn dưới đất thực sự phụ thuộc vào ba yếu tố chính: chất lượng lớp phủ kẽm, loại đất nơi chúng được đặt vào, và việc lắp đặt có đúng cách hay không. Lớp kẽm hoạt động như một lớp bảo vệ cho phần thép bên dưới, nhưng khả năng bảo vệ này sẽ suy giảm trong môi trường khắc nghiệt. Những loại đất quá axit (có độ pH dưới 5) có xu hướng làm ăn mòn lớp phủ kẽm nhanh hơn nhiều so với đất bình thường. Một số nghiên cứu cho thấy điều kiện axit có thể gây mất khoảng 40% lượng kẽm theo thời gian. Việc thi công đúng cách cũng rất quan trọng. Khi các ống được lót nền cẩn thận và các mối nối được bịt kín tốt, nguy cơ hư hại vật lý và ăn mòn sẽ giảm, nghĩa là toàn bộ hệ thống có xu hướng tồn tại lâu hơn mà không gặp sự cố.

Tuổi thọ trung bình của ống mạ kẽm trong ứng dụng chôn ngầm

Hầu hết các ống mạ kẽm chôn ngầm có tuổi thọ từ 30 đến 50 năm trong điều kiện thông thường (TopTubes 2024). Tuy nhiên, trong đất có độ axit cao (pH < 5), tuổi thọ giảm xuống còn 15–20 năm. Mặc dù thép mạ kẽm vượt trội hơn thép đen 400% trong các ứng dụng chôn lấp, nó vẫn kém hơn các hệ thống polyethylene hiện đại, vốn có tuổi thọ sử dụng từ 70–100 năm theo các báo cáo về độ bền vật liệu.

Ống trên mặt đất so với ống chôn ngầm: Tại sao vị trí lắp đặt lại quan trọng

Các ống mạ kẽm chôn dưới đất bị ăn mòn nhanh hơn 2,7 lần so với các hệ thống lắp trên mặt đất do độ ẩm liên tục và hoạt động điện hóa trong đất. Môi trường ngầm thúc đẩy sự hình thành các tế bào vi điện cực, nơi sự biến đổi khoáng chất trong đất gây ra ăn mòn cục bộ. Với hệ thống thoát nước tốt và lớp bọc chống ăn mòn, mức độ suy giảm này có thể được giảm đi 55%, từ đó kéo dài tuổi thọ hoạt động.

Cơ chế ăn mòn trong các hệ thống ống mạ kẽm chôn ngầm

Lớp phủ kẽm bị suy giảm theo thời gian như thế nào trong môi trường đất

Kẽm cung cấp khả năng bảo vệ thép bằng cách hoạt động như một cực dương hy sinh, mặc dù tốc độ mài mòn phụ thuộc nhiều vào thành phần của đất xung quanh. Trong điều kiện axit với độ pH dưới 5, kẽm bị mất đi với tốc độ từ 1,5 đến 4 micromet mỗi năm, gần gấp đôi mức hao mòn hàng năm 0,7 micromet trong đất trung tính theo nghiên cứu của Persson và các đồng nghiệp vào năm 2017. Khi lượng clorua cao, sự ăn mòn có xu hướng tạo thành các vết lõm và ngày càng nghiêm trọng theo thời gian. Và khi điện trở suất của đất giảm xuống dưới mức 1.000 ohm-cm, điều này làm tăng tính dẫn điện đủ để thúc đẩy chuyển động của electron, cuối cùng làm giảm tuổi thọ của đường ống khoảng một phần ba như được ghi nhận trong một nghiên cứu gần đây vào năm 2023.

Vai trò của độ ẩm và nước đọng trong ăn mòn nội bộ

Khi nước đứng yên, nó tạo ra những túi nhỏ dưới các lớp cặn lắng nơi mà oxy tích tụ khác biệt, hình thành các điểm ăn mòn làm hư hại kim loại nhanh hơn nhiều so với hao mòn thông thường. Một số nghiên cứu đã xem xét 45 hệ thống đã bị hỏng và phát hiện ra một điều thú vị: khi trong nước có carbon dioxide hoặc sulfat, sự ăn mòn bên trong xảy ra nhanh gấp khoảng ba lần so với hiện tượng mài mòn thành ống theo thời gian (Liu et al., 2012). Việc khảo sát các ống tưới tiêu vào năm 2018 cũng cho thấy những vấn đề tương tự. Tám trong số mười chỗ rò rỉ thực tế bắt đầu ngay tại các mối nối ren nơi nước có xu hướng đọng lại. Mức độ gỉ sét ở đó khá nghiêm trọng, đạt khoảng 2,8 milimét mỗi năm theo Della Rovere và cộng sự vào năm 2013.

Nghiên cứu điển hình: Hư hỏng sớm của ống mạ kẽm ngầm do ăn mòn

Một hệ thống cấp nước đô thị thay thế 12 dặm của ống mạ kẽm sau khi trải qua 18 chỗ rò rỉ trong vòng năm năm so với tiêu chuẩn 30 năm. Cuộc điều tra kỹ thuật đã xác định các nguyên nhân chính:

• Độ pH của đất là 4,2, làm tan rã 92% lớp phủ kẽm trong vòng bảy năm
• Hàm lượng clorua trong nước ngầm vượt quá 500 ppm
• Các mối nối bị bịt kín kém, làm lộ phần thép trần

Tốc độ ăn mòn được đo là 0,25 mm/năm —gấp bốn lần mức 0,06 mm/năm dự kiến—nhấn mạnh cách các điều kiện môi trường khắc nghiệt rút ngắn đáng kể tuổi thọ sử dụng (Colombo et al., 2018).

Các yếu tố đất và môi trường ảnh hưởng đến độ bền của ống mạ kẽm

Cách độ pH và thành phần hóa học của đất thúc đẩy quá trình mất kẽm

Khi độ pH của đất giảm xuống dưới 6,5, lớp phủ kẽm bắt đầu bị phân hủy với tốc độ nhanh gấp khoảng ba lần so với trong đất có độ pH trung tính. Sự hiện diện của các ion clorua và sunfat, thường gặp ở các khu vực ven biển hoặc trên các con đường sử dụng muối để tan băng, sẽ gây ra các phản ứng hóa học làm ăn mòn lớp phủ kẽm khá nhanh — đôi khi lên tới 1,2 mil mỗi năm. Hãy xem xét một tình huống thực tế: nếu chúng ta có một lớp phủ kẽm tiêu chuẩn dày khoảng 2,8 mil, nó có thể chỉ tồn tại được khoảng 12 năm khi chôn trong đất axit có độ pH 4,5. Tuy nhiên, cùng lớp phủ đó đặt trong đất trung tính có độ pH 7,0 thì có thể dễ dàng kéo dài tuổi thọ vượt quá 35 năm.

Chất lượng nước và ảnh hưởng của nó đến tốc độ ăn mòn

Hàm lượng khoáng chất trong nước rất quan trọng khi nói đến sự toàn vẹn của ống. Nước cứng với hơn 180 phần triệu tạo ra những túi ăn mòn nhỏ xấu xí bên dưới sự tích tụ của vảy, trong khi nước mềm dưới 60 ppm chỉ tiếp tục ăn mòn lớp phủ kẽm liên tục. Các nhà nghiên cứu vào năm 2023 đã nghiên cứu về những thứ này và phát hiện ra một điều khá đáng kể - nước ngầm giàu clorua (ít nhất 500 ppm) gây lỗ hổng trong ống dẫn nhanh hơn khoảng 40% so với các khu vực mà nước có ít khoáng chất hơn. Hệ thống thoát nước tốt thực sự giúp chống lại tất cả những vấn đề này bởi vì chúng ngăn nước ngồi trên đường ống quá lâu sau khi lắp đặt. Đó là lý do tại sao nhiều kỹ sư bây giờ nhấn mạnh tính toán độ dốc đúng trong các giai đoạn xây dựng.

Hiệu suất khu vực: Các ống kẽm trong khí hậu ẩm và khô

Các ống trong đất ẩm ăn mòn nhanh hơn 2,3 lần do độ ẩm bền cho phép các tế bào phân biệt oxy. Lượng mưa hàng năm trên 40 inch thường làm giảm một nửa tuổi thọ của ống kẽm so với các khu vực nhận được dưới 20 inch.

Thực hành lắp đặt tốt nhất để tối đa hóa tuổi thọ của ống kẽm

Các kỹ thuật trang trí giường và lắp đặt để bảo vệ dưới lòng đất

Khi các đường ống không được đặt đúng cách, lớp phủ kẽm của chúng có thể bị mòn nhanh hơn nhiều, đôi khi giảm tuổi thọ khoảng 40% vì những tảng đá sắc nhọn khó chịu trong đất (ASCE phát hiện ra điều này vào năm 2024). Hầu hết các nhà thầu đều biết rằng đặt ít nhất 6 inch đá nghiền tạo ra một lớp bảo vệ giữa ống và bất cứ thứ bẩn nào có thể đang đạp xung quanh. Và khi đổ đầy phía sau ống, việc làm cho nước đổ vào khoảng 90% của cái gọi là mật độ Proctor giúp giữ cho mọi thứ ổn định. Hiệp hội Công nghiệp Nước Mỹ thực sự yêu cầu các phương pháp này cho bất kỳ đường ống nước thép ngầm nào, chủ yếu để các lớp phủ bảo vệ đó vẫn còn nguyên vẹn theo thời gian. Thật có ý nghĩa, vì không ai muốn ống của họ bị hỏng sớm chỉ vì ai đó bỏ qua một bước trong quá trình lắp đặt.

Ngăn ngừa ăn mòn điện tử bằng các phụ kiện tương thích

Sử dụng kim loại khác nhau tăng tốc độ ăn mòn lên đến 8 lần trong các hệ thống chôn vùi. Các phụ kiện sắt có thể uốn cong với tiềm năng galvan trong vòng 0,15 volt của lớp phủ kẽm giúp duy trì tính tương thích. Liên kết điện đệm nên được giới hạn trong việc sử dụng trên mặt đấtkhi chôn, chúng giữ độ ẩm và làm tăng tỷ lệ ăn mòn 22% (thử nghiệm NACE 2025).

Xu hướng mới: Vỏ bảo vệ và bảo vệ bằng cathod

Vỏ vỏ polyethylene, dày 200 mm, kéo dài tuổi thọ 1015 năm so với lớp phủ nhựa đường truyền thống. Các hệ thống bảo vệ cathodic hiện tại đã chứng minh sự bảo tồn kẽm 98,7% trong 20 năm trong các thử nghiệm thực địa, mặc dù chúng yêu cầu theo dõi điện áp hàng năm (Hiệu suất vật liệu 2023).

Bơm kẽm so với vật liệu thay thế: Một so sánh tuổi thọ

Đèn kẽm so với PVC: Chi phí, độ bền và phù hợp với chôn cất

Thép kẽm và PVC chiếm hai đầu đối diện của quang phổ hiệu suất-chi phí. Bơm kẽm chịu được áp lực vật lý cao gấp 2 3 lần so với PVC, làm cho nó lý tưởng cho các khu vực giao thông cao hoặc chịu tải. Tuy nhiên, chi phí vật liệu thấp hơn 20-30% và khả năng chống ăn mòn hoàn toàn làm cho PVC thuận lợi cho thoát nước không cấu trúc trong điều kiện đất ổn định.

Thép không gỉ và đồng trong các điều kiện đất ăn mòn cao

Trong môi trường hung hăng như đất với độ pH < 5 hoặc hàm lượng clorua > 500 ppm ống kẽm có thể bị hỏng trong vòng 15 năm. Thép không gỉ 316L cung cấp độ bền vượt trội, kéo dài hơn 50 năm, nhưng có giá 46 lần chi phí. Đồng cung cấp khả năng chống ăn mòn tương tự nhưng gây ra nguy cơ trộm cắp cao hơn và có giá cao hơn 70% so với các tùy chọn kẽm.

Tại sao các ống nhựa vẫn được sử dụng mặc dù tuổi thọ hạn chế

Thép kẽm duy trì 28% thị phần trong hệ thống nước đô thị do ba lợi thế lâu dài:

• Khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng cũ, quan trọng trong 63% các dự án sửa chữa đô thị
• Độ bền cơ học có hiệu suất tốt hơn nhựa trong chu kỳ đông-tháo
• Đơn giản hóa hậu cần thay thế so với các mạng PVC sử dụng nhiều hào

Một cuộc khảo sát của thành phố năm 2024 cho thấy 41% các kỹ sư vẫn chỉ định ống kẽm cho các thiết bị chôn thẳm nông (<3 ft), trích dẫn sự cân bằng tối ưu về độ bền và chi phí ở mức 4,20 đô la / lf được cài đặt so với 7,50 đô la / lf cho hợp kim chống ăn mòn.

Câu hỏi thường gặp

Các đường ống nhựa nhựa dưới lòng đất thường tồn tại trong bao lâu?

Các ống nhựa galvanized dưới lòng đất thường tồn tại trong khoảng 30 đến 50 năm trong điều kiện bình thường. Tuy nhiên, trong đất có axit cao, tuổi thọ của chúng có thể giảm xuống còn 1520 năm.

Những điều kiện đất nào ảnh hưởng đến độ bền của ống nhựa?

Các điều kiện đất như axit (mức độ pH thấp), sự hiện diện của clorua và sulfat ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của ống kẽm, tăng tốc độ ăn mòn và mất kẽm.

Làm thế nào các phương pháp lắp đặt có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của ống?

Các phương pháp lắp đặt đúng đắn, bao gồm giường phù hợp, kỹ thuật lấp đầy và phụ kiện tương thích, có thể kéo dài tuổi thọ của ống kẽm bằng cách bảo vệ lớp phủ kẽm khỏi bị mòn sớm.

Tại sao các ống nhựa vẫn còn được sử dụng mặc dù tuổi thọ của chúng hạn chế?

Các ống kẽm vẫn phổ biến do khả năng tương thích với các hệ thống hiện có, sức mạnh cơ học và hậu cần đơn giản hơn để thay thế so với các lựa chọn thay thế hiện đại hơn.