臺灣博碩士論文加值系統

國內自來水事業單位對於埋設於地下，直接與土壤及水等腐蝕介質接觸的金屬管線，長期以來欠缺有系統的針對腐蝕原因進行調查及整理，面對未來水資源的可能匱乏、供水系統壓力昇高的需要、自來水生飲計劃的推動及民眾對飲水品質的重視等議題，必須對自來水管腐蝕型態加以了解，以採取適當的防蝕方法，來確保自來水的品質及降低漏水的發生。
本研究針對臺北自來水事業處陽明分處供水轄區所作之土壤腐蝕性調查，得致市場及硫磺區一帶土壤腐蝕性達嚴重程度，是腐蝕行為最易進行之處，針對這些地區必須加強管線外部防蝕措施。而從拆回破損管材以掃描式電子顯微鏡(SEM)及能量分散式光譜儀(EDS)進行之腐蝕原因分析結果，鑄鐵管內部腐蝕明顯比外部腐蝕嚴重，這種情形在管件更為明顯，原因是管件內襯塗裝不良所致，而鑄鐵管主要的腐蝕型態是石墨化，並可由放大石墨化層的形狀來判斷是灰口鑄鐵還是延性鑄鐵材質；從取樣之不�袗�管外部破損情形，研判為間隙腐蝕，這類型腐蝕大都發生於管身外部局部的不良包覆，在包覆處產生間隙而誘發，實際上，不�袗�管在氯含量高的土壤中可能發生孔蝕、雜散電流密度高的區域也可能誘發電蝕現象，只是未加注意，目前臺北自來水事業處五個轄區，不�袗�管埋設長度合計僅佔所有給水管線長度之13%，應儘早蒐集相關腐蝕樣本，建立分析資料，以利採取防蝕對策。

Water mains of metal pipelines are normally used to transport tap water. However, quite few surveys and inspection in corrosion were studied for water mains in Taiwan. Facing on the shortage of water resource and achievement of safe drinking program, it is necessary to understand the corrosion types of metal pipelines and have a systematical survey to prevent leakage. Since corrosion of metal pipelines are dominant factors to cause water pipeline leakage, corrosion prevention and materials selection for metal pipelines become important.

In the present study, specific attention has been focused upon corrosivity of the soil in Taipei Water Department Yangming Branch served area. In addition, corrosion types of metal pipelines was investigated. It is found that the soil in the Yangming Branch area is very corrosive at traditional market and hot spring areas, where corrosion of metal pipelines is severe. Consequently, it should pay more attention to have corrosion protection. For corrosion type analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) were applied. It indicates that corrosion of cast iron pipe is serious in interior side of pipeline compared to exterior side. Especially for fittings, bad coating on interior surface is the reason to cause corrosion. For cast iron pipeline, the corrosion type is graphitization. By magnification of graphitization layer, either gray cast iron or ductile cast iron can be identified. For stainless steel pipeline, the corrosion type is crevice corrosion that occurs when coating or wrapping of pipeline is defective.

Recently, stainless steel pipeline has been widely used in water utility in Taipei City. According to statistic data from Taipei Water Department, 13% of service pipelines in Taipei are stainless steel. To prevent water leakage from stainless steel pipelines, except crevice corrosion, pitting corrosion and stray current corrosion should be noticed. Therefore, establishment of corrosion database followed by selection of corrosion control methods for water utility is important.

目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 本文架構 1
第二章 自來水用延性鑄鐵管及不�袗�管 3
2.1 延性鑄鐵管 3
2.2 不�袗�管 9
2.3 不�袗�波浪管 11
第三章 自來水管線腐蝕型態及防蝕方法 13
3.1 腐蝕機理 13
3.2 腐蝕形態 16
3.3 灰口鑄鐵與延性鑄鐵腐蝕抵抗比較 21
3.4 不�袗�腐蝕形態 24
3.5 金屬管線防蝕方法 26
第四章 研究方法及步驟 32
4.1 外部土壤腐蝕性調查 32
4.2 拆回舊管腐蝕情形分析方法 40
第五章 結果與討論 41
5.1 土壤量測位置 41
5.2 現場量測數據整理及討論 42
5.3 拆回廢管腐蝕分析 46
第六章 結論及建議 59
6.1 結論 59
6.2 建議 60
參考文獻 61

表目錄
表 3.5 1日本水道用鑄鐵管內外部塗裝變遷年代 30
表 4.1 1腐蝕速率與土壤比電阻之關係 34
表4.1 2 細菌腐蝕作用之傾向 35
表 4.1 3美國ANSI/AWWA C105/A21.5土壤腐蝕性評估指標 38
表 4.1 4 W.von Baeckmann發表之土壤腐蝕性評估標準 39
表 4.1 5綜合評估指數對照表 40
表 5.1 1 抽樣栓位位址 41
表 5.2 1土壤腐蝕評估指數(依W.von Baeckmann評估標準) 42
表 5.2 2土壤腐蝕評估指數(依ANSI/AWWA C105/A21.5評估標準) 45
表 5.2 3 土壤氯鹽及硫酸鹽含量送屏東大學試驗結果 46

圖目錄
圖 2.1 1 A、K型接頭組合方式 4
圖 2.1 2 K型防脫壓圈 4
圖 2.1 3 T型接頭 5
圖 2.1 4 KF型接頭 5
圖 2.1 5 UF型接頭 6
圖 2.1 6 SⅡ 型接頭 6
圖 2.1 7 S型接頭 7
圖 2.1 8 延性鑄鐵管管線配置例 7
圖 2.1 9 不�袗�止漏帶 8
圖 2.1 10 雙承口套管修漏 8
圖 2.1 11 凍結工法示意圖 9
圖 2.2 1 不�袗�管One Touch式接頭 10
圖 2.2 2 鞍帶附分水栓 10
圖 2.2 3 伸縮止水栓 10
圖 2.2 4 不�袗�S型管 10
圖 2.2 5 不�袗�管線配置圖 11
圖 2.3 1 不�袗�波浪管 11
圖 2.3 2 不�袗�波浪管管線配置圖 12
圖 3.1 1 腐蝕電池機制 13
圖 3.1 2 鐵金屬腐蝕之陽極反應 14
圖 3.1 3 鐵金屬表面之陰極反應 14
圖 3.2 1 延性鑄鐵管壁石墨化腐蝕 16
圖 3.2 2 間隙腐蝕示意圖 17
圖 3.2 3 孔蝕示意圖 18
圖 3.2 4 伽凡尼腐蝕示意圖 18
圖 3.2 5 陰極防蝕系統干涉所引發之電蝕 19
圖 3.2 6 電車迷失電流所引發之電蝕 20
圖 3.2 7 管內沖磨腐蝕 20
圖 3.2 8 自來水管件內部�袙F堆積 21
圖 3.3 1 灰口鑄鐵金相織圖 23
圖 3.3 2 延性鑄鐵金相組織圖 23
圖 3.4 1 不�袗�孔蝕(a)淺孔(b)深孔(c)局部密集深孔 25
圖 4.1 1 鑄鐵管線自然電位量測 32
圖 4.1 2 高阻計 33
圖 4.1 3 硫酸銅參考電極 33
圖 4.1 4 維納(Wenner)四極法示意圖 34
圖 4.1 5 土壤比電阻使用儀器 35
圖 4.1 6 飽和甘汞及白金電極 36
圖 4.1 7 電子秤 37
圖 4.1 8 攪拌機 37
圖 4.1 9 離心式分離機 37
圖 4.1 10 過濾設備 38
圖 4.1 11 離子層析儀 38
圖 5.1 1 陽明分處土壤調查位置分佈圖 42
圖 5.3 1 士林小西街鑄鐵管外部均勻腐蝕 46
圖 5.3 2 士林小西街鑄鐵管內部�袙F腐蝕 47
圖 5.3 3 士林小西街管內�袙F與管壁交界 47
圖 5.3 4 小西街鑄鐵管內層狀黑色物質 48
圖 5.3 5 小西街鑄鐵管外側層狀黑色物質 48
圖 5.3 6 小西街鑄鐵管使用SEM分析 49
圖 5.3 7 小西街灰口鑄鐵腐蝕部EDS化學成份分析 50
圖 5.3 8 小西街灰口鑄鐵未腐蝕部EDS化學成份分析 50
圖 5.3 9 鑄鐵試片�袘k與未�袘k部位以EDS直線掃描(Linescan)後之結果 51
圖 5.3 10小西街鑄鐵管壁內水流側紅棕色瘤狀結垢物之SEM與EDS分析 52
圖 5.3 11小西街鑄鐵管壁內金屬側紅棕色瘤狀結垢物之SEM與EDS分析 52
圖 5.3 12 溫泉路延性鑄鐵管外部腐蝕情形 53
圖 5.3 13 溫泉路延性鑄鐵管內部腐蝕情形 53
圖 5.3 14 溫泉路延性鑄鐵管斷面腐蝕情形分析 54
圖 5.3 15北投溫泉路自來水管線外部SEM分析結果 55
圖 5.3 16北投溫泉路自來水管線外部EDS分析結果 55
圖 5.3 17北投立農街316不�袗�管腐蝕分析 56
圖 5.3 18立農街316不�袗�管腐蝕部位分析 57
圖 5.3 19 立農街316不�袗�無腐蝕部位SEM及EDS分析結果 58
圖 5.3 20立農街316不�袗�腐蝕部位SEM及EDS分析結果 58

【1】 日本水道管路技術中心，ダクタイル鑄鐵管の基礎知識，1994。
【2】 CNS 10808 G3219 「延性鑄鐵管」、CNS 13272 G3253「延性鑄管件」，1990。
【3】 臺北自來水事業處，延性鑄鐵管規範，2004。
【4】 JWWA G 116, Stainless Steel Tube Fittings for Water Supply,2001.
【5】 JWWA G 119,Corrugated Stainless Steel Tubes for Water Supply,1997.
【6】 柯賢文，腐蝕及其防制，全華出版，2003。
【7】 戴英 徐一為，管道�袘k的調查分析，東方水木環保技術，2004。
【8】 Richard W.Bond, “Stray Current Effecs on Ductile Iron Pipe,” P.E,Research and Technical Director,DIPRA.
【9】 Von Wolzogen Kuhr and van der Vlugt,Water,1934,18:147.
【10】 F.L. LaQue,”The Corrosion Resistance of Ductile Iron,” In “Corrosion of Ductile Iron Pipe,”Edited by Michael J.Szeliga,NACE International,1995.
【11】 A.G. Fuller,”Corrosion Resistance of Ductile Iron Pipe,”BCIRA Report 1442,1981
【12】 W.M. Cox, Corrosion Management Ltd.,UK,Private Communications,1998
【13】 M. Romanoff, “Underground Corrosion,”National Bureau of Standards Circular No.579,U.S.Government Printing Office, Washington,D.C.,1957.
【14】 王朝正，管材腐蝕種類及腐蝕原理講義，臺北自來水事業處物料品質檢驗班，2004。
【15】 ANSI/AWWA C105, American National Standard for Polyethylene Encasement for Ductile-Iron Pipe Systems,1999.
【16】 JPDA Z 2005,Polyethylene Sleeve for Ductile Iron Pipes and Fittings,1984.
【17】 ANSI/AWWA C209, Cold-Applied Tape Coatings for the Exterior of Special Sections, Connections, and Fittings for Steel Water Pipelines,2000.
【18】 ISO 8179-1, Ductile Iron Pipes -- External Zinc Coating -- Part 1: Metallic Zinc with Finishing Layer,1995.
ISO 8179-2, Ductile Iron Pipes -- External Zinc Coating -- Part 2: Zinc rich paint with Finishing Layer,1995.
【19】 P.J. De Rose and R.W. Parkinson, “Corrosion and Protection of Ductile Iron Pipe,” Proceeding of 6th International Conference on the Internal and External Protection of Pipes, Nice, France, November, 1985, p249
【20】 AWWA C222, Polyurethane Coatings for the Interior and Exterior of Steel Water Pipe and Fittings,1999.
【21】 ANSI/AWWA C213, Fusion-Bonded Epoxy Coating for the Interior and Exterior of Steel Water Pipelines,2001.

【22】 JIS A 5314, Mortar Lining for Ductile Iron Pipes,1998.
【23】 JIS G 5528, Epoxy-powder Coating for Interior of Ductile Iron Pipes and Fittings,1984.
【24】 JWWA K 139，水道用ダクタイル鑄鉄管合成樹脂塗料，1992。
【25】 ASTM G57, Standard Test Method for Field Measurement of Soil Resistivity Using the Wenner Four-electrode Method,1995.
【26】 環保署，NIEA W415.51B 水中陰離子檢測方法－ 離子層析法。
【27】 Appendix A of ANSI/AWWA C105, American National Standard for Polyethylene Encasement for Ductile-Iron Pipe Systems,1999.
【28】 W.von Baeckmann, “Tachenbuch fur den Kathodischen Korrosionsschutz,” Vulkan-Verlag Essen,1975.