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【摘要】近年来,不锈钢给水管在建筑给水领域得到了大量应用,笔者简单介绍了不锈钢给水管的主要性能,并对不锈钢给水管的设计选材要求进行了总结,供同行交流。
【关键词】不锈钢给水管;性能;选材;设计要求
Application of stainless steel supply pipe
Hong Feng
(Zhejiang Hongzheng Construction and Design Co., Ltd.JiaxingZhejiang314050)
【Abstract】In recent years, stainless steel to the pipe water supply in the construction a large number of application fields, the author briefly introduced the main properties of stainless steel to the pipe, and stainless steel to the design of pipe material selection requirements are summarized for the peers.
【Key words】Stainless steel water supply pipe; Performance; Selection; Design requirements
1. 不锈钢给水管的应用趋势
随着镀锌钢管这种人们已经使用了几十年的管材被国家明令禁止用作生活给水管道,各种塑料管、复合管、铜管和不锈钢管等纷纷上市,建筑给水管材的种类已近20余种。国内薄壁不锈钢管是上世纪80年代末才问世的新型管材,但其发展势头强劲,已大量应用于建筑给水和直饮水管道。目前,浙江、江苏、广东、四川、北京等地都有了专业厂家生产薄壁不锈钢给水管,自主开发了各种连接技术和管件,产品已日趋成熟。
中国的不锈钢给水管技术标准虽然越步较晚,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、选择和施工的规范要求。到目前为止,已经建立的不锈钢水管相关标准、规范有:《流体输送用不锈钢焊接钢管》(GB/T12771-2000)、《薄壁不锈钢水管》(CJ/T151-2001) 、《建筑给水薄壁不锈钢管管道工程技术规程》(CBCS153-20036)、《自动水灭火系统薄壁不锈钢管管道工程技术规程》(CECS 229:2008)、中国建筑标准设计《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。
2. 不锈钢给水管的主要性能及与其它管材的比较
不锈钢的主要合金元素除了铬,还有镍。镍使材料具有良好的延展性和韧性,容易型和焊接。还可以添加钼及锰、氮和其他元素进一步提高耐局部腐蚀性。通过改变合金成分的含量和比例,可以得到铁素体、奥氏体、双相等种种不锈钢,它们有各不相同的耐蚀性和力学性能。对于供水管网,目前使用最多的钢种是304和316奥氏体不锈钢,其化学成分见表1
不锈钢管强度非常高,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(奥氏体不锈钢变形时吸收的能量比碳钢高2.5倍),抗震和抗冲性能强;优良的耐磨损和耐疲劳特性。不锈钢管的力学性能见表2,与其它管材在抗拉强度方面的比较见表3。
安全可靠是建筑给水中最重要的要求,在受到外力撞击的情况下,不锈钢水管漏水的可能性较小。 高层建筑供水系统工作压力一般>0.6MPa,对管材承压要求较高。薄壁不锈钢管由于优良的机械性能,能够承受很高的供水压力,可达10MPa以上,特别适合高层建筑供水。不少世界著名的高楼采用了不锈钢供水主管道。如马来西亚吉隆坡的通信塔,采用304不锈钢管道和耐高压Victaulic接头向421米的大楼供水;台北金融中心,高508米,其供水管道包括主管道是直径为318米的不锈钢管道和Victaulic接头。
2.2热膨胀性能和保温性能。
不锈钢管具有热胀冷缩缓慢、保温性能好的特点,特别适合热水输送。不锈钢管的物理性能见表4,热膨胀性能和保温性能与其它管材的比较见表5。
2.3耐腐蚀性能。
不锈钢管材最突出的优势之一是其优异的耐腐蚀性能。所有种类的不锈钢都是铬含量在11%以上的铁合金,当不锈钢暴露在空气或水中时,其表面会立即形成一层薄而致密的保护性铬氧化物钝化膜(Cr2O3),它使不锈钢具有优异的耐腐蚀性。这层膜如果被划伤可以自行修复,饮水中有足够的氧来促进这一修复和保护过程。
不锈钢不会像碳钢那样发生均匀腐蚀,所以设计时不需要留腐蚀余量,使用时无需保护涂层;不锈钢在各种氧含量、温度、PH和硬度的水中均有很好的耐腐蚀性;不锈钢水管能够经受很高的流速,即使流速大于40米/秒,仍然保持极低的腐蚀速率,不超过0.003毫米/年。
不锈钢一般不发生局部腐蚀,304不锈钢可以耐受的氯化物含量高达200ppm,316不锈钢能够耐受的氯化物含量可达1000ppm,这一结论基于暴露实验数据并已得到使用经验的证实。
而使用铜管和镀锌钢管时,水流速不应超过2米/秒,否则腐蚀速率将明显增加。当流速达到2米/秒时,铜管腐蚀程度为不锈钢的3倍左右,而当流速大于6米/秒时,其腐蚀程度将是不锈钢的20倍之多。日本东京对大型建筑物内输送各类水质(包括热水)的不锈钢管道和各种接头进行了10多年的现场试验和分析,结果显示不锈钢管道和接头使用情况非常好,没有任何腐蚀。欧洲和美国的饮用水系统目前采用不锈钢的越来越多,原因就是水对现有管道系统有侵蚀。
2.4卫生性能和环保性能。
不锈钢给水管卫生性能优越:杜绝了“红水、蓝绿水和隐患水”问题,无异味,无有害物质析出,保持水质纯净,对人体健康无害。国外数十年使用实践和不同国家的实验室检测均显示:不锈钢金属元素的析出量比WHO和欧洲饮用水法令(世界各国的规定均参照这两个标准)规定的标准值的5%还要低。世界卫生组织十分强调材料的再生性能,并作为环保的一项重要指标来衡量,不锈钢管可100%再生回用。不锈钢不仅在食品工业包括饮料、乳品、酿造,制药工业、餐具饮具等行业长期使用并成为这些行业的标准用材,并成为对洁净度要求极高的半导体工业洁净室的标准用材。随着人们对水质要求的不断提高和法规标准对水中管材污染物释放量限制的日益严格,不锈钢给水管将成为输送优质饮水的理想管材。
3. 不锈钢给水管的选材
不锈钢给水管应用应根据不同的使用环境、水质状况尤其是氯化物含量正确选用钢种,提高运行可靠性,节约维修成本。水工业最常使用的不锈钢是304和316不锈钢,它们能够满足绝大多数水处理和输送条件。304是基本的奥氏体不锈钢,常被称为18-8。316含钼,耐点蚀和缝隙腐蚀能力高于304。埋地敷设宜选用Ocr17Ni12M02(管材牌号S31608)。
采用焊接进行连接的管道系统,宜采用304L或316L低碳级钢种(C0.03%)或含钛的316T,若采用304或316钢种(C0.08%),可采取必须的工艺措施,如控制焊接电流和焊接速度或管内外均采用氩气保护等。
当水中的氯化物含量<200ppm,可采用304/304L;当水中的氯化物含量在200ppm-1000ppm之间,或氯化物含量虽较低(50ppm),但具有紧密缝隙和沉积物的部位,或水温较高,存在不确定条件,最好采用含钼的316/316L/316TP;当氯化物含量超过1000ppm时,可采用更高耐腐蚀性的6%钼不锈钢和双相不锈钢。中国大中城市的自来水中氯化物含量为50ppm左右。
供水系统经常投放氯进行消毒灭菌,一般管线中的游离氯不影响不锈钢的使用性能。304不锈
钢可用于游离氯达2ppm的水中,316不锈钢可用于游离氯达4ppm的条件。
4. 不锈钢给水管的设计要求
为了保证不锈钢管道达到最佳使用性能,设计中使水平管道有一定倾斜度,便于排水,不留死角,避免停滞水和紧密的缝隙可能造成的点蚀和缝隙腐蚀。当水中氯化物含量低于250ppm时,不锈钢热水管道通常不会发生应力腐蚀。如若发生也极少发生在不锈钢热水管道的内部。为了确保热水管道的外部不发生应力腐蚀,应当使不锈钢表面的氯化物污染减至最低程度。如果需要保温材料的话,应选用氯化物含量低的保温材料(水溶性氯离子小于0.05%)以避免氯化物浓缩在管道的外表面;如果保温材料的外侧可能暴露于潮湿氯化物环境中(如沿海环境),应当对其进行保护,防止氯化物渗透到管道上。
不锈钢管一般不宜与其他材料的管材、管件、附件连接,不锈钢在电位序列上比钢、镀锌钢和铸铁更难发生化学作用,因此不锈钢在与这些材料连接时,应采取防电化学腐蚀的措施(如转换接头等)。如果吊架和管道支架的材质不是不锈钢,应采取绝缘措施,以防止金属与金属间的接触在潮湿的环境下可能发生的电化学腐蚀。不锈钢比铜的化学活性略差,属等电位差,因此铜基管件在不锈钢管道系统中使用良好。
薄壁不锈钢管应采用环压式、卡压式、卡套式、压缩式等连接方式,对于偏差不同的薄壁不锈钢管材、管件不应互换使用,在引入管、折角进户管件、支管接出处,与阀门等附件连接处应采用螺纹转换接头或法兰连接,严禁在薄壁不锈钢水管上套丝。
5. 结语
自2000年以来,不锈钢给水管在国内许多城市的重点工程、公共建筑、高品质住宅的给水系统、热水系统、直饮水系统中得到了成功应用。不锈钢给水管材本身所固有的优异特性及其所带来的安全性、可靠性、清洁性、耐用性、环保性等各方面的优势将为保护水资源,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积极的作用。
参考文献
[1]《不锈耐酸钢极薄壁无缝钢管》(GB3089-82 )
[2]《不锈钢小直径钢管》(GB3092-93 )
[3]《钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》(GB222-84 )
[4]《建筑给水金属管道安装-薄壁不锈钢管》(04S407-2)
[5]《全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水》
[文章编号]1006-7619(2010)03-02-119
【关键词】不锈钢给水管;性能;选材;设计要求
Application of stainless steel supply pipe
Hong Feng
(Zhejiang Hongzheng Construction and Design Co., Ltd.JiaxingZhejiang314050)
【Abstract】In recent years, stainless steel to the pipe water supply in the construction a large number of application fields, the author briefly introduced the main properties of stainless steel to the pipe, and stainless steel to the design of pipe material selection requirements are summarized for the peers.
【Key words】Stainless steel water supply pipe; Performance; Selection; Design requirements
1. 不锈钢给水管的应用趋势
随着镀锌钢管这种人们已经使用了几十年的管材被国家明令禁止用作生活给水管道,各种塑料管、复合管、铜管和不锈钢管等纷纷上市,建筑给水管材的种类已近20余种。国内薄壁不锈钢管是上世纪80年代末才问世的新型管材,但其发展势头强劲,已大量应用于建筑给水和直饮水管道。目前,浙江、江苏、广东、四川、北京等地都有了专业厂家生产薄壁不锈钢给水管,自主开发了各种连接技术和管件,产品已日趋成熟。
中国的不锈钢给水管技术标准虽然越步较晚,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、选择和施工的规范要求。到目前为止,已经建立的不锈钢水管相关标准、规范有:《流体输送用不锈钢焊接钢管》(GB/T12771-2000)、《薄壁不锈钢水管》(CJ/T151-2001) 、《建筑给水薄壁不锈钢管管道工程技术规程》(CBCS153-20036)、《自动水灭火系统薄壁不锈钢管管道工程技术规程》(CECS 229:2008)、中国建筑标准设计《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。
2. 不锈钢给水管的主要性能及与其它管材的比较
不锈钢的主要合金元素除了铬,还有镍。镍使材料具有良好的延展性和韧性,容易型和焊接。还可以添加钼及锰、氮和其他元素进一步提高耐局部腐蚀性。通过改变合金成分的含量和比例,可以得到铁素体、奥氏体、双相等种种不锈钢,它们有各不相同的耐蚀性和力学性能。对于供水管网,目前使用最多的钢种是304和316奥氏体不锈钢,其化学成分见表1
不锈钢管强度非常高,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(奥氏体不锈钢变形时吸收的能量比碳钢高2.5倍),抗震和抗冲性能强;优良的耐磨损和耐疲劳特性。不锈钢管的力学性能见表2,与其它管材在抗拉强度方面的比较见表3。
安全可靠是建筑给水中最重要的要求,在受到外力撞击的情况下,不锈钢水管漏水的可能性较小。 高层建筑供水系统工作压力一般>0.6MPa,对管材承压要求较高。薄壁不锈钢管由于优良的机械性能,能够承受很高的供水压力,可达10MPa以上,特别适合高层建筑供水。不少世界著名的高楼采用了不锈钢供水主管道。如马来西亚吉隆坡的通信塔,采用304不锈钢管道和耐高压Victaulic接头向421米的大楼供水;台北金融中心,高508米,其供水管道包括主管道是直径为318米的不锈钢管道和Victaulic接头。
2.2热膨胀性能和保温性能。
不锈钢管具有热胀冷缩缓慢、保温性能好的特点,特别适合热水输送。不锈钢管的物理性能见表4,热膨胀性能和保温性能与其它管材的比较见表5。
2.3耐腐蚀性能。
不锈钢管材最突出的优势之一是其优异的耐腐蚀性能。所有种类的不锈钢都是铬含量在11%以上的铁合金,当不锈钢暴露在空气或水中时,其表面会立即形成一层薄而致密的保护性铬氧化物钝化膜(Cr2O3),它使不锈钢具有优异的耐腐蚀性。这层膜如果被划伤可以自行修复,饮水中有足够的氧来促进这一修复和保护过程。
不锈钢不会像碳钢那样发生均匀腐蚀,所以设计时不需要留腐蚀余量,使用时无需保护涂层;不锈钢在各种氧含量、温度、PH和硬度的水中均有很好的耐腐蚀性;不锈钢水管能够经受很高的流速,即使流速大于40米/秒,仍然保持极低的腐蚀速率,不超过0.003毫米/年。
不锈钢一般不发生局部腐蚀,304不锈钢可以耐受的氯化物含量高达200ppm,316不锈钢能够耐受的氯化物含量可达1000ppm,这一结论基于暴露实验数据并已得到使用经验的证实。
而使用铜管和镀锌钢管时,水流速不应超过2米/秒,否则腐蚀速率将明显增加。当流速达到2米/秒时,铜管腐蚀程度为不锈钢的3倍左右,而当流速大于6米/秒时,其腐蚀程度将是不锈钢的20倍之多。日本东京对大型建筑物内输送各类水质(包括热水)的不锈钢管道和各种接头进行了10多年的现场试验和分析,结果显示不锈钢管道和接头使用情况非常好,没有任何腐蚀。欧洲和美国的饮用水系统目前采用不锈钢的越来越多,原因就是水对现有管道系统有侵蚀。
2.4卫生性能和环保性能。
不锈钢给水管卫生性能优越:杜绝了“红水、蓝绿水和隐患水”问题,无异味,无有害物质析出,保持水质纯净,对人体健康无害。国外数十年使用实践和不同国家的实验室检测均显示:不锈钢金属元素的析出量比WHO和欧洲饮用水法令(世界各国的规定均参照这两个标准)规定的标准值的5%还要低。世界卫生组织十分强调材料的再生性能,并作为环保的一项重要指标来衡量,不锈钢管可100%再生回用。不锈钢不仅在食品工业包括饮料、乳品、酿造,制药工业、餐具饮具等行业长期使用并成为这些行业的标准用材,并成为对洁净度要求极高的半导体工业洁净室的标准用材。随着人们对水质要求的不断提高和法规标准对水中管材污染物释放量限制的日益严格,不锈钢给水管将成为输送优质饮水的理想管材。
3. 不锈钢给水管的选材
不锈钢给水管应用应根据不同的使用环境、水质状况尤其是氯化物含量正确选用钢种,提高运行可靠性,节约维修成本。水工业最常使用的不锈钢是304和316不锈钢,它们能够满足绝大多数水处理和输送条件。304是基本的奥氏体不锈钢,常被称为18-8。316含钼,耐点蚀和缝隙腐蚀能力高于304。埋地敷设宜选用Ocr17Ni12M02(管材牌号S31608)。
采用焊接进行连接的管道系统,宜采用304L或316L低碳级钢种(C0.03%)或含钛的316T,若采用304或316钢种(C0.08%),可采取必须的工艺措施,如控制焊接电流和焊接速度或管内外均采用氩气保护等。
当水中的氯化物含量<200ppm,可采用304/304L;当水中的氯化物含量在200ppm-1000ppm之间,或氯化物含量虽较低(50ppm),但具有紧密缝隙和沉积物的部位,或水温较高,存在不确定条件,最好采用含钼的316/316L/316TP;当氯化物含量超过1000ppm时,可采用更高耐腐蚀性的6%钼不锈钢和双相不锈钢。中国大中城市的自来水中氯化物含量为50ppm左右。
供水系统经常投放氯进行消毒灭菌,一般管线中的游离氯不影响不锈钢的使用性能。304不锈
钢可用于游离氯达2ppm的水中,316不锈钢可用于游离氯达4ppm的条件。
4. 不锈钢给水管的设计要求
为了保证不锈钢管道达到最佳使用性能,设计中使水平管道有一定倾斜度,便于排水,不留死角,避免停滞水和紧密的缝隙可能造成的点蚀和缝隙腐蚀。当水中氯化物含量低于250ppm时,不锈钢热水管道通常不会发生应力腐蚀。如若发生也极少发生在不锈钢热水管道的内部。为了确保热水管道的外部不发生应力腐蚀,应当使不锈钢表面的氯化物污染减至最低程度。如果需要保温材料的话,应选用氯化物含量低的保温材料(水溶性氯离子小于0.05%)以避免氯化物浓缩在管道的外表面;如果保温材料的外侧可能暴露于潮湿氯化物环境中(如沿海环境),应当对其进行保护,防止氯化物渗透到管道上。
不锈钢管一般不宜与其他材料的管材、管件、附件连接,不锈钢在电位序列上比钢、镀锌钢和铸铁更难发生化学作用,因此不锈钢在与这些材料连接时,应采取防电化学腐蚀的措施(如转换接头等)。如果吊架和管道支架的材质不是不锈钢,应采取绝缘措施,以防止金属与金属间的接触在潮湿的环境下可能发生的电化学腐蚀。不锈钢比铜的化学活性略差,属等电位差,因此铜基管件在不锈钢管道系统中使用良好。
薄壁不锈钢管应采用环压式、卡压式、卡套式、压缩式等连接方式,对于偏差不同的薄壁不锈钢管材、管件不应互换使用,在引入管、折角进户管件、支管接出处,与阀门等附件连接处应采用螺纹转换接头或法兰连接,严禁在薄壁不锈钢水管上套丝。
5. 结语
自2000年以来,不锈钢给水管在国内许多城市的重点工程、公共建筑、高品质住宅的给水系统、热水系统、直饮水系统中得到了成功应用。不锈钢给水管材本身所固有的优异特性及其所带来的安全性、可靠性、清洁性、耐用性、环保性等各方面的优势将为保护水资源,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积极的作用。
参考文献
[1]《不锈耐酸钢极薄壁无缝钢管》(GB3089-82 )
[2]《不锈钢小直径钢管》(GB3092-93 )
[3]《钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》(GB222-84 )
[4]《建筑给水金属管道安装-薄壁不锈钢管》(04S407-2)
[5]《全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水》
[文章编号]1006-7619(2010)03-02-119