论文部分内容阅读
摘要：本文分析了不锈钢管材在国内外的应用情况，介绍了不锈鋼管的性能特点、常用连接方式，并为工程实际选用不锈钢管提出了一些建议。
关键词：不锈钢管、连接方式、选用原则
一、引言
随着我国经济实力的增强和建设节约型社会的需要，对建筑供水系统的水质、节能、环保等方面提出了更严格的要求，选择综合性能优越的建筑给水管材及管件成为建筑领域关注的焦点，薄壁不锈钢管材及管件是国内外所公认的综合性能良好的节能环保产品，具有广阔的应用前景。
二、国内外的应用情况
1、国外的应用情况
国外应用薄壁的不锈管起始于上世纪60年代，目前在建筑给水、水处理系统中普遍应用。①日本在70年代初，开始在民用建筑内使用不锈钢管道。目前东京地区已有80%以上住户使用不锈钢管道。并在水处理厂、水管桥和桥梁的添架管方面应用也十分广泛。②欧美各国已广泛应用不锈钢管，瑞典KarlsKoga市的埋地给水主管道正更换为316不锈钢管。美国新建的1600多座城市废水处理厂(WWTP)的标准用材为不锈钢管。③英国、德国、美国和日本等国均制定了不锈钢管的标准，美国的AN-SI/NSF61-1997a国家标准/国家卫生基金国际标准，明确规定用于处理饮用水的金属材料仅不锈钢和球墨铸铁。
2、国内发展概况
我国在90年代末才提出应用不锈钢管，现已大量应用于建筑给水和直饮水的管路。建设部非常重视这一新型管材， 2001年制定了《薄壁不锈钢水管》的行业标准， 2003年制定了《建筑给水薄壁不锈钢管管道工程技术规程》、《不锈钢卡压式管件连接用薄壁不锈钢管》、《不锈钢卡压式管件用橡胶O形密封圈》、《不锈钢卡压式管件》，不锈钢内卡压式相关标准正在报批。目前，浙江、广东、江苏、四川等地都有了专业厂家生产薄壁不锈管，产品已进入成熟期。
三、性能与特点
1、力学性能
表1 不锈钢管的力学性能[1]
注：表中的值是经过固溶退火的冷轧钢管。
由原材料性能决定，一般的钢管抗拉强度300 MPa，，铜抗拉强度200 MPa，不锈钢管的抗拉强度是钢管的2倍，铜管的3倍。
2、物理性能
表2不锈钢管的物理性能
不锈钢管的比重、热膨胀系数与铜相近，不锈钢管保温性能好，导热性为钢管的1/4，为铜管的1/23；电阻率为钢管的5倍，为铜管的36倍。
3、耐蚀性能
不锈钢管具有极好的耐腐蚀性，能耐各种酸、碱、盐溶液，如304不锈钢能耐200ppm氯化物溶液、316不锈钢能抵御1000ppm氯化物溶液，在设计采用不锈钢时，不必考虑腐蚀余量，这主要由于其表面形成百万分之2～3毫米的铬氧化保护膜，且一旦划纹时，在空气存在的情况下能立即形成新的氧化保护膜，降低了管道腐蚀速度，减少了管道使用寿命内的漏损率。不锈钢管能承受30m/s的高流速的冲击，因此能抵御流经管口、弯管、阀门和泵后涡流造成的腐蚀。
4、节能性
①薄壁不锈钢管管壁为镀锌管1/3，重量轻能降低运输和安装成本②DN25及以上管材都属高径壁比范畴；内壁光洁、摩阻小，在同一工况下，比其它金属管流量大（详见表3）；③导热系数小，保温性能好。
表3管道材料流量比较（L/min）
注：①单位摩擦损失水头为45mmAq/m。
②不锈钢管的当量粗糙度Ks＝0.00152mm。比铜管小，所以水力性能好，流量大。
③不锈钢管件经精光处理，内壁光洁，水力性能好于任何精铸的铜接头。
5、环保性
①无毒、无积垢，能杜绝管路的二次污染；②耐各种酸碱盐溶液，耐高速水流冲击；③与其它管材相比，浸析到水中的重金属(Ni、Cr、Mo)量最少，浸析到纯净水中的金属(Na、Fe、Ca)量最少；④产品能100%回收，符合国家产业政策。
6、创新性
管件应用冷挤压成型工艺，能有效地克服传统浇铸成型的易使管件产生气泡、缩松和应力集中等缺陷；各种管件的连接方式，管壁薄，节材；多数还可拆卸，维修便捷。
7、经济性
①使用寿命长：不锈管是使用寿命最长的管种之一，使用寿命为30年，能保障管道洁净的水质。②控制漏损率：日本从实践中得出了不锈管能有效控制城市管网漏损率的结论。如日本东京管网应用不锈钢管比率从1983年的11%提高到2000年的80%以上，城市管网漏损率却从14.7%降至7%，使自来水产业的效益大为提高，同时节约了水资源。③价格具有优势：由于近几年原材料价格上涨，紫铜管现在市场价约为5万元/吨，不锈钢304板材市场价约为3万元/吨。不锈钢管比同档次的紫铜管便宜20％～30％。
四、连接方式的选择
选择使用不锈钢管，首先要根据工程实际情况确定连接方式，这也是不锈钢管材选择的重点和难点。国内很多厂家开发申请了自己的专利连接技术，如承插焊接式、内卡压式、双卡压式、外卡压式、限位活接式等，市场上应用较多的连接方式可以概括为对接焊接式、卡压式、压缩式、承插焊接式四种连接方式，这四种连接方式的比较详见表4。
表4 常用连接方式的比较
承插焊接式 压缩式 卡压式 对接焊接式
定义 由钢管插入管件承口,用钨极氩弧焊(TIG)熔焊焊接成本体一色,通称”无接头连接”的一种连接方式 由钢管插入管件承口,通过螺母紧固,使密封圈压缩起密封作用的一种连接方式 以带有密封圈的承口管件连接管道,用专用工具压紧管口而起密封和紧固作用的一种连接方式 钢管与管件或钢管与钢管对接,用钨极氩弧焊熔焊焊接成本体一色，通称“无接头连接”的一种连接方式
特点 属”无接头连接” 安全可靠,一劳永逸,适用范围广 属”丝口接头”,安装快捷简便,拆装自由,便于维护 属”机械接头”安装快捷简便 属”无接头连接” 安全可靠,一劳永逸,适用范围广
适用范围 冷水系统、热水系统、直饮水系统 冷水系统、直饮水系统，热水系统要优选橡胶种类 冷水系统、直饮水系统，热水系统要优选橡胶种类 冷水系、热水系统、直饮水系统，高层给水立管、泵房系统、水处理系统
适用管径 DN15～100 DN15～50 DN15～100 DN125～200
缺点 安装较压缩式、卡压式麻烦 橡胶密封圈易老化,不宜嵌墙和输送热水 橡胶密封圈易老化,不宜嵌墙和输送热水 安装较压缩式、卡压式麻烦
安装方式 明装、暗装、嵌墙 明装、暗敷 明装、暗敷 明装、暗装、嵌墙
安装特点 管件设计有特殊的延伸边,焊接时不需要焊料,省工省时,且浑然一体。 安装时需要专用工具 安装时需要专用工具 钢管与管件连接口应坡口,用焊丝
连接强度 好 较好 较好 好
密封性能 好 较好 较好 好
产品价格 较高 高 高 较高
安装费用 高 较高 较高 高
寿命 50～100 年 由橡胶的寿命决定 由橡胶寿命和机械接口寿命决定 50～100 年
建议选用原则为：①主干管和立管，应选用对接焊接连接方式，嵌墙管、埋地管应选用焊接连接方式。②橡胶密封圈的选择：给水系统、直饮水系统应首先选用硅橡胶(与人体器官和平共处)，热水系统应优先选用丁基橡胶，蒸汽系统、输油系统应优先选用丁氰橡胶，输送介质温度在150℃～300℃应优先选用柔性石墨。③直饮水系统应优先选用对接焊接连接方式。④焊接连接方式安全可靠、产品单价较低，但施工时间长，经费控制严格的工程项目建议优选选用，卡压连接方式安装快捷简便、施工时间短，但产品单价较高，工期紧张的工程项目建议优先选用。
五、结束语
不锈钢管是综合性能最好的管材，具有优良的力学、物理性能，且具有节能性、环保性、创新性和经济性；不锈钢管按照不同的管径范围，针对不同的工程实际情况，有各种管件和连接方式的最佳匹配；不锈钢管具有卫生性能好、使用寿命长、寿命周期成本较低的优势；所以不锈钢管在国内建筑工程中拥有广泛的应用前景。
参考文献
[1] 张淼.新型建筑给水塑料管应用技术综述J 建筑给排水，1999，（4）：41-45
作者简介：
李旭男 清华大学环境工程系博士研究生，在中国人民解放军总医院基建办公室
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。