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    一、薄壁不锈钢管道应用领域及发展前景
    我国是一个世界人口大国,但是我国的水资源却十分紧张,仅仅为全世界人均占有量的1/4,是世界上13个贫水国之一。全国600多个城市中有400多个城市季节性缺水,100多个城市严重缺水。不仅如此,我国又是一个水资源浪费严重的国家:许多城市水管网系统的漏水率大于20%,GDP耗用水资源是美国的8倍。并且,由于一些水管材料的耐腐蚀性能差或管材本身达不到健康标准,建筑物给水系统还普遍存在着二次污染问题,危害了居民的身体健康,导致一些疾病的产生。尽管我国大部分的城市自来水厂的出水口水质符合生活饮用水卫生标准,但经过输配管网和贮水设备以后,水质已经明显下降,多项指标达不到规定的饮用水质标准。所以,在城市供水领域,水资源紧张、浪费严重、水质污染成为影响我国经济可持续发展的三大障碍。
    面对严峻的形势,国家已提出在认真保护水资源的同时,要建立高效节水型社会,大大提高水的有效利用率,并让人民群众喝上优质的饮用水。这就要求我们的供水部门和建设部门不仅要保证现在,而且要考虑到将来都能持续稳定的提供清洁优质的水源,大幅度的降低管网系统的漏水率。因此,无论是新建城市供水系统还是对原有供水系统的改造,或是近年发展起来的管道直饮水工程都迫切需要采用新技术和新材料使水资源得到更有效的保护和利用。
    这样的大背景下,不锈钢管材以其几乎为零的漏水率和无与伦比的健康性能被推上了城市供水系统和建筑物水管领域。研究并实际使用表明,一旦不锈钢管材被广泛运用,城市管网的漏水率将大幅度降低,建筑物水质将得到充分保障。薄壁不锈钢管材以其所特有的安全性、可靠性、清洁性、耐用性、经济性和环保性等各方面突出优势,为保护水资源、改善水质、保护人们的健康和提高生活质量,保护环境和促进社会经济的可持续发展发挥关键的作用。

    1.采用薄壁不锈钢水管有哪些好处?

    1.1优良的力学性能和物理性能
    不锈钢水管强度非常高,见表1(是镀锌管的1.5倍,铜管的2-3倍,PPR管的8-10倍),而且有良好的延展性和韧性,低温不变脆,对冲撞能有很强的吸收能力,抗震和抗冲击性能强,优良的耐磨损和耐疲劳特性,较好的高温强度,优良的防水和防热辐射性能。

    表1不同管材强度比较
          饮用水不锈钢无缝管及不锈钢管价格_304不锈钢管价格|厂家_不锈钢无缝管_不锈钢管-浙江温州不锈钢管厂 2020-07-15 08:52
    管材 不锈钢 碳钢 塑料 钢塑复合
    抗拉强度MPa 530-750 200 400 50 280
    热膨胀系数10-6-1 17.3 17.6 11.6 80-180 26
    导热率
    Wm℃-1
    15 340 60 0.05 由内壁材料决定
     
    1.2优异的耐腐蚀性能
    不锈钢表面薄而坚固的钝化膜使不锈钢在包括软水在内的水质中都具有优异的耐腐蚀性能。无腐蚀和不良渗出物,无异味或浑浊问题。可保持水质纯净卫生,杜绝管路二次污染。能经受高达30m/s的高速水流,冲蚀、涡流、水锤不会造成任何影响。即使是用在高水头电站的导流不锈钢管道,管末端流速高达60m/s,腐蚀速率不超过0.003mm/年,仍可有长达百年的寿命。
    1.3长寿命
    不锈钢优异的耐腐蚀性和机械性能使薄壁不锈钢水管使用寿命很长(即使在周期振动情况下),实地腐蚀试验数据表明,不锈钢输水管使用寿命可达70年。
    寿命周期成本低,不锈钢水管几乎不需要维护,避免了管道更换的费用和麻烦,运行费用低,经济性十分显著,见图1。
    1.4水阻小
    不锈钢表面光滑,摩阻小,低流速时水阻仅为碳钢管的40%,所以其内壁不宜被细菌沾污,不积垢,清洁卫生。而且节能,无瓶颈阻力现象,泵的能耗低,大面积的使用不锈钢管网供水,可以节约一半泵站电力消耗。
    1.5可再生
    不锈钢可以100%再生利用,不会造成巨大的环境污染,避免了留给子孙后代不可降解的垃圾。绿色环保,有利于可持续发展。
    1.6美观
    不锈钢外表美观,清洁,时尚,给用户以充分的信心,有利于提高城市建筑档次。
    1.7卫生
    在各种建筑物水管材料中,不锈钢是可植入人体的材料,其本身安全无毒,对水质没有任何影响,对人体健康无害。
    1.8连接可靠
    随着技术进步,卡压等新型连接技术的成熟,使得薄壁不锈钢具备多种连接方法和多种管件,连接可靠,绝无渗漏。显著降低水的渗漏率,使水资源得到有效保护和利用。(日本东京由于全面维护使用薄壁不锈钢水管,漏水率从1980年的14.7%下降到2000年的7%。这7%的漏水率是由于安装等其他因素造成的)
    1.9使用范围广薄壁不锈钢管材可在直饮水、给水、热水、消防、排水、采暖、医药、食品、化工、船舶等领域广泛应用。漂亮的外观既可明装,也可暗敷。

    2.国内外发展概况

    2.1发达国家和地区建筑物给水管道发展过程
    在建筑用给水管道领域,以德国和日本为代表的发达国家几乎走过了同样的发展道路,见图2:
    在普通水管领域:
    约19世纪末至20世纪初,开始使用镀锌管,如日本东京1897年开始使用镀锌水管。
    约20世纪40年底(二战结束)在高档管材领域开始规模使用铜管。
    约20世纪50年代,在普通水管领域开始用塑料和复合管替代镀锌管。日本于1955年开始将镀锌管改为塑料水管和钢塑复合管,因为漏水原因,1980年开始全面推行不锈钢水管。目前,已经占有市场份额90%以上。
    在中高档水管领域:
    约20世纪80年代在高档水管领域开始规模使用不锈钢管。21世纪初,不锈钢管已经在全球发达国家和地区自来水管道中普及。东亚和东南亚是不锈钢水管发展快的地区之一,到2002年底,韩国、新加坡,马来西亚、菲律宾、泰国、中国台湾地区和香港特区,在冷水、热水和直饮水管上不锈钢水管的年销售比例已经达70%以上。
    目前,德国不锈钢材料几乎成为自来水管材的选择。德国MAPRESS公司为欧洲大的不锈钢卡压式管件生产企业,年生产管件4000万只。2001年销售数字显示,不锈钢管件占销售量51%,碳钢管件为销售量的44%,铜管件仅仅为销售量的5%。
    在英国(苏格兰)医院过去采用的是铜管,但苏格兰偏软的水质导致铜管的腐蚀和失效,政府花费了巨资研究失效的原因和解决方案,冷热水管道全部更换成不锈钢管材。
    在意大利,1995年起意大利各城市普遍采用无沟渠敷设技术将输水主管道更换成不锈钢管道。
    在瑞典,K arlsKoga市经过10年试验,将球墨铸铁和PVC埋地供水主管道全部更换为316不锈钢管道。
    在美国,环保署(EPA)对水管材料选择做出硬性规定,管材的选择必须满足高水质、低维护、长寿命的要求。美国政府根据1996年净水法案制定了国家标准/国家卫生基金国际标准ANSI/NSF61-1997a。该法案明确规定:“用于饮用水的金属管道,只允许使用不锈钢和球墨铸铁管。”城市自来水供水管网,凡主管改造,一律选用不锈钢管和球墨铸铁;进入高楼的供水管,无一例外不锈钢作为供水管道。2003版美国国际标准委员会的水管和住宅标准再次包括了这方面的内容。
    经验表面,不锈钢管道耐腐蚀、强度高、在一定程度下能够承受地面下沉和地震的影响。寿命可达70年,使用寿命周期内性价比高。
    2.2我国薄壁不锈钢管发展状况
    国内薄壁不锈钢管是上世纪90年代末才问世的新型管材,但其发展势头强劲。它技术可靠、成本低,很有发展前途。已大量应用于建筑给水和直饮水管道。
    中国的不锈钢水管技术标准虽然起步较晚。但是经过建设部、国家质量监督检验检疫总局,国家标准化协会以及相关企业的共同努力,中国的不锈钢管和管件的标准以及施工规程已经完善,满足了工程中使用不锈钢管的设计、选择和施工规范要求。到目前为止,已经建发布的不锈钢水管相关标准规范有:
    《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003         
    《不锈钢卡压式管件》GB/T 19228.1-2003   
    《不锈钢卡压式管件连接用薄壁不锈钢管》GB/T 19228.2-2003   
    《不锈钢卡压式管件用O形橡胶密封圈》GB/T 19228.3-2003
    《流体输送用薄壁不锈钢管》GB/T 12771-2000
    《建筑给水薄壁不锈钢管道工程技术规程》CECS153-2003        
    《建筑给水金属管道安装-薄壁不锈钢管》04S407-2            
    以上标准和规程的建立和完善,标志着中国不锈钢管材使用的相关标准规范已经基本完成,大规模使用不锈钢管材的时机已经成熟。
    自2000年至今,中国许多城市中的重要工程项目、有档次的宾馆饭店、新建住宅和公共建筑、老管网的改造都配置了不锈钢管道。采用不锈钢管材的系统包括自来水系统、热水系统、直饮水系统、供暖系统、工业管系统等等,工程案例遍布全国各地。

    二、什么是不锈钢?有哪些种类?

    通俗的说,不锈钢就是不容易生锈的钢(含铬在12%以上),实际上一部分不锈钢既有不锈性,又有耐腐酸性(耐蚀性)。
    不锈钢的钢种很多,约近100种,性能又各异,常见的分类方法有:
    按钢的结构分类,如铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。
    按钢中的主要化学成分或钢中的一些特征元素分类,如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。
    按钢的性能特点和用途分类,如耐硝酸(硝酸级)不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力不锈钢、高强度不锈钢等。
    按钢的功能特点分类,如低温不锈钢、无磁不锈钢,易切削不锈钢,超塑性不锈钢等。
    目前常用的分类方法是按钢的结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法来分类。例如,目前把不锈钢分为:铁素体钢,马氏体钢,奥氏体钢,双相钢和析出(沉淀)硬化型钢等五大类
    三、给水管道应选用何种不锈钢?
    任何一种被称之为不锈钢的铁合金,至少含12%以上的铬,所以不锈钢有很多种,耐腐蚀性和机械性能也各不相同。不过对于供水管网,可考虑的实际上只有两类奥氏体型不锈钢――304和316,见表2。奥氏体型不锈钢是不锈钢中主要的一类,其产量和用量占不锈钢总量的70%。
    奥氏体不锈钢强度高、韧性好,在低温下不变脆,而且容易加工和焊接,耐蚀性高,因为它们只要与空气接触就会形成一层很薄的、高密度的、坚硬的表面的氧化膜,如果该膜被划伤还可以自行修复。在管道输送的水中有足够的氧气,有利于起到修复和保护氧化膜的作用。
    奥氏体不锈钢能够承受的水的流速可高达30米/秒,所以冲蚀和涡流不会对它有任何影响。由于它的耐蚀性强,所以不存在腐蚀产物污染饮用水源的危险。
    在管道和接头用焊接连接的系统中,超低碳(<0.03%)类钢种或含稳定化元素钢种会使焊缝周围保持佳耐蚀性。如316L或含钛、铌的不锈钢。
    在水中氯化物含量超过200ppm或有沉积物的部位,或管壁外面氯化物污染的风险很大的地方,好使用含钼钢种(316、316L和316Ti)以防止局部腐蚀。
    警告:有一种易切屑不锈钢(303型)它含有较高的硫,在合金中有助于形成硫化锰长条夹杂物,使得合金容易切削。这种不锈钢在水系统中容易发生择优点蚀,因此不建议在饮用水系统使用。
    材料
    牌号
    化学成份%
    碳C 硅Si 锰Mn 磷P 硫S 镍Ni 铬Cr 钼Mo
    304 ≤0.07 ≤1.00 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.030 8.0~11 17.0~19.0  
    304L ≤0.03 ≤1.00 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.030 8.0~12.0 17.0~19.0  
    316 ≤0.08 ≤1.00 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.030 10.0~14.0 16.0~18.0 2.0~3.0
    316L ≤0.03 ≤1.00 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.030 10.0~15.0 16.0~18.0 2.0~3.0
    表2 饮用水系统常用不锈钢标准牌号及化学成分[GB 1220]
    注:以上材料牌号为习惯用法,其对应中国牌号如下:
    304-0Cr18Ni9                         304L-00Cr18Ni10
    316-0Cr17Ni12Mo2                     316L-00Cr17Ni14Mo2

    四、不锈钢是否一定不生锈?

    不锈钢的不锈性和耐蚀性是相对的。大量试验表明,钢在大气、水等弱介质中和在硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含量的提高而增加,当铬含量达到某一数值时,钢的耐蚀性发生突变――从易生锈到不生锈,从不耐蚀到耐腐蚀。研究进一步表明,当铬含量≥12%后才使钢具有不锈性,因此不锈钢的铬含量一般均在12%以上,这是这类钢的一个共同特点。
    不锈钢的不锈耐蚀性主要是由于钢的表面有富铬氧化膜(钝化膜)-Cr2O3。但是在一些特定条件下,不锈钢还会生锈。碳钢的“生锈”或腐蚀是均匀的,材料表面的阴阳极不断变化。但是这种一般性腐蚀或均匀性侵蚀不会发生在不锈钢上。对于不锈钢而言,尽管化学环境、PH值、温度、设备的设计、制作方法、表面光洁度、玷污和维护保养方法可能会影响不锈钢的腐蚀,但也只会造成某些局部腐蚀。为了进一步说明这个问题,应将不锈钢的各种局部腐蚀――点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹和电蚀区分开。

    1、点蚀和缝隙腐蚀

    由于点蚀和缝隙腐蚀很相似,造成这两种腐蚀的因素也基本相同。点蚀是金属表面不同位置纯局部性的腐蚀。从图4中可以看出蚀坑的大小、形状和形态。有的蚀坑宽平,不很深,而有些很深,还有一些穿透钝化膜,并在其下面向纵深发展。出现点蚀是因为不锈钢钝化膜受损、表面有杂质或有缺陷或沾有脏东西。
     
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