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供水系统中使用,薄壁不锈钢管和铜管谁更优秀

[ 关键词:供水系统 薄壁不锈钢管 铜管  发表日期:2020-10-28 17:27:35 ]

  我国的薄壁不锈钢管市场是世界上发展最快、市场需求最高的国家之一。由于薄壁不锈钢管健康卫生、技术可靠、性能优良,其发展势头非常强劲,目前已大量用于冷热水及直饮水管道系统。2003年新修订的国家标准,饮用水管材首推薄壁不锈钢管,并推荐薄壁不锈钢管为GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》“热水及饮用水供应部分”管材。而铜管作为建筑给水用管,虽然与其它建筑用给水管比较有着不错的性能,但与薄壁不锈钢管比较,薄壁不锈钢管更具有优势。

一、两种管材主要性能的比较

1、薄壁不锈钢管号称“大力士”, 以常用的 304 材质的薄壁不锈钢管为例,其抗拉强度为 530~750Mpa,是镀锌管的 2 倍,铜管的 3 倍,PPR的 8-10 倍;延伸率大于 35% 。因此,薄壁不锈钢管相较于铜管可以做到减薄壁厚的要求,而且符合节材节能的国家产业政策,又有强度的保证,并能达到减少建筑物的承重目的。

2、薄壁不锈钢管的热导率为 15 W/m℃ (100 ℃ ) ,是碳钢管的 1/4 ,铜管的 1/23 。薄壁不锈钢管由于保温性能好,特别适用与热水输送,无论是保温层的厚度,还是保温结构的施工、维修费用等,薄壁不锈钢管都有较好的经济性。

3、薄壁不锈钢管的平均热膨胀系数为 0.017mm/( m℃) , 与铜管较接近,而复合管是薄壁不锈管的 1.5 倍,塑料管是薄壁不锈钢管的 5-11 倍。鉴于塑料管热膨胀系数过大的弱点,输送热水应以金属管为宜。下面表 1 是薄壁不锈钢管与铜管物理性能的比较。

表1 薄壁不锈钢管与铜管物理性能比较

内容 薄壁不锈钢管 铜管 备注
抗拉强度MPa 530-750 200 薄壁不锈钢管材强度是铜管 3倍,适
合高层供水。
热膨胀系数 10-6. ℃
-1( 0-100 ℃)
17 17.6 两者等同,但薄壁不锈钢管具有热胀
冷缩缓慢的特点
导热率W.MC-1
(100 °C)
15 340 薄壁不锈钢管导热率是铜管1/23,特别
适合热水输送,而铜管需专业保温层,
否则热能浪费太大。

二、处理工艺对比

  在对薄壁不锈钢管的处理工艺上,对其进行精光处理后,薄壁不锈钢管的内壁光洁,管内壁的当量粗糙度 Ks 为 0.00152mm,比铜管小,同口径的情况下,所以水力性能好,流量大。下面表2 为薄壁不锈钢管和铜管等管材流量的比较。

表2 薄壁不锈钢管及铜管等流量比较 单位 L/min

管材 公称通径(DN)
15 20 25 32 40 50 65
1/2 3/4 1 11/4 11/2 2 21/2
薄壁不锈钢管(C=150 ) 7 16 34 53 101 174 297
铜管(C=130) 6 15 30 51 79 160 265
镀锌管(C=100) 6 13 25 49 73 138 265
铝塑复合管(C=140) 5 11 24 50 78 153 /

三、卫生性能

  不锈钢水管的卫生性能优越,杜绝了“红水、蓝绿水和隐患水”问题,无异味,不结垢,无有害物质析出,保持水质纯净,对人体无害。而铜管存在铜过量问题、腐蚀造成的蓝绿水问题和所产生的腐蚀性苦涩异味,还有结垢现象。

  铜管中发生的“铜绿”,主要成份是碳酸铜、氢氧化铜化合物 [CnCO3.CU(on) 2] 和硫酸铜( CUSO4) ,易风化易溶于水,它能抑制真菌作用,但对细菌作用较差、有毒也作杀虫剂用,对人体内粘膜有收敛、刺激和腐蚀作用。能引起反射性呕吐,对肠道有较强的刺激作用,现代医学研究表明,饮用铜过量过高的水(无论是否达到蓝绿水的程度)对健康有极大的危害。

四、耐腐蚀性能

  薄壁不锈钢管材最突出的优势之一是其优异的耐腐蚀性能,因为薄壁不锈钢管可以与氧化剂发生钝化作用,在表面形成一层坚韧致密的富铬氧化物保护膜( Cr2O3),有效阻止氧化反应的进一步发生,而铜管钝化能力很小,这就是铜管耐腐蚀性能远远不及薄壁不锈钢管材的关键原因。在使用铜管时,需要对水的化学成分及速度进行控制,否则会造成管材的腐蚀,例如铜管在 PH<6.5 或余氯含量 >2ppm的水中腐蚀大幅增加,软水也会导致腐蚀增加。在使用铜管时水速不应超过 2 米/ 秒,否则腐蚀速度将明显增加。当流速达到 2 米/ 秒时,铜管腐蚀程度为薄壁不锈钢管的 3 倍左右,而当流速大于 6 米/ 秒时,其腐蚀程度将是薄壁不锈钢管的 20 倍之多。下表 3 是薄壁不锈钢管与铜管耐腐蚀性能比较 。

  另外在国外。他们之所以选用薄壁不锈钢管,是基于经济和健康两个原因。以美国为例,薄壁不锈钢管材的使用,开始于 60 年代,盛行于 90 年代。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 年净水法制定的国家标准 / 国家卫生基金国际标准 ANSI/NSF61—1997a 明确规定: “用于饮用水的金属管道,只允许使用薄壁不锈钢管和球墨铸铁管。”城市自来水供水管网,凡干管改造,一律选用薄壁不锈钢管和球墨铸铁管;进入高楼的供水管,首选薄壁不锈钢管水管。最新的 2003 版美国国标标准委员会的水管和住宅标准再次包括了这方面的内容。其他国家如加拿大卫生部、荷兰卫生鉴定委员会和世界卫生组织也确认了这一标准。现在越来越多的国家要求饮用水系统的管道和系统部件必须符合上述标准,以此作为健康保证的基础,符合该标准要求的第一批材料有 304/304L 、316/316L 薄壁不锈钢管。

表3 薄壁不锈钢管与铜管耐腐蚀性能比较

内容 薄壁不锈钢管 铜管 备注
空气中(O2
钝化功能
极弱 薄壁不锈钢管耐腐蚀机理:表面有一层百万分
之2-3mmCr2O3钝化膜,一旦受损,在空气存在
下能立即形成新的氧化保护膜;
大气环境腐蚀
CO2、 H2O、SO2、 H2S
不腐蚀 会腐蚀 薄壁不锈钢管对大气环境适应面广,铜对大气
环境适应面窄:
水质腐蚀之一水中含
氧量PH值酸性高的软
水温泉中硫化物
不腐蚀 会腐蚀 薄壁不锈钢管对水的化学成份没有限制的要
求,对水中各种含氧量、温度、PH值都有很好
的耐蚀性能。铜管易产生“蓝水”和点腐蚀现
象;
水质腐蚀之二
氯化物含量
≤ 200PPm(304)
≤ 1000PPm(316)
≤ 70PPm

管道漏损的最大“杀手”是氯离子,两者相差
悬殊;

水流腐蚀 不腐蚀 ≤ 1.5-2m/s 薄壁不锈钢管能耐30m/s水流冲击,而铜管适
应水速不应超2m/s,就在2m/s时,铜管腐蚀
速度是薄壁不锈钢管的 3倍。
热水循环结构腐蚀 ≥ 100℃ ≤ 50℃ 铜管在热水中腐蚀比冷水尤为严重。

  在实例中,如英国的医院(苏格兰)过去采用的是铜水管,但是苏格兰偏软的水质导致铜水关的腐蚀和失败,发生严重的漏水,政府花了巨资研究失效原因和解决方案,后来冷热水管道全部更换成薄壁不锈钢管水管和接头,使用了十多年后,将冷热水管道拆开对薄壁不锈钢管道和接头的使用情况 进行考察,结果表明,薄壁不锈钢管道和接头的状况极好,没有丝毫腐蚀的迹象。

  总结之下,国内外数十年使用实践和不同国家的实验室检测均显示:薄壁不锈钢管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。其实薄壁不锈钢管材料本身安全无毒,清洁性好等特性,早已被薄壁不锈钢管在涉及人体健康的各领域数十年成功应用的历史所充分证明,成为众所周知的事实。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,输送优质饮水的最佳管材非薄壁不锈钢管莫属。

  薄壁不锈钢管具有最长的使用寿命,从国内外的薄壁不锈钢管使用状况分析,薄壁不锈钢管水管的使用寿命可达 100 年,至少也有 70 年,与建筑物的寿命一样长,是长与铜管的使用寿命的,另薄壁不锈钢管也是 100%可再生的,不会对环境产生负担和污染。下表4 为各种管使用寿命的比较。

表4 薄壁不锈钢管、铜管等使用寿命比较

管材 薄壁不锈钢管 铜管 碳钢管 复合管 塑料管
使用寿命/年 70~100 30~50 15 15 ~30 25~30

六、经济性

  薄壁不锈钢管寿命周期成本是水管中经济性最佳的。基本建设的经验表明,项目除一次性投资外,维护成本和更新成本实际上是一笔巨大的成本,甚至会远远超过初始的投资。

  我国基本建设的投资概念:由静态→动态→寿命周期成本发展过程,特别是对大工程尤为重要,对建筑给水管说来,一次性投资占总造价比例极少,但如选材不当,不能与建筑物同寿命,其维护,更新费用也是不可小看的。寿命周期成本 =初始成本(含材料、加工和安装) +设备运行成本(含维护、更新和拆除) 。而薄壁不锈钢管在水管的寿命周期成本为最低,尽管薄壁不锈钢管水管的初期成本包括材料及工程费在内比塑料管、复合管高约 20%,但是由于使用过程中成本的节约,薄壁不锈钢管水管较高的初始费用早已被这诸多优胜所抵消,使薄壁不锈钢管成为寿命周期成本最低,最经济的管材。

  因为薄壁不锈钢管水管一经使用,在 100 年内的寿命周期内不需要更换,而其他管材无法达到这么长的使用寿命,只要在建筑物 70 年的寿命期内更换一次,其综合成本将至少是薄壁不锈钢管水管初始投资的 2~ 4 倍。

  薄壁不锈钢管的价格相对于铜管比较,是低于铜管的,这在工程上,薄壁不锈钢管一经过使用,在经济性上它是更为的显著。

七、结论

  综合上述,建筑给水管道应壁薄壁不锈钢管安全可靠,健康卫生,经济性好。近年内大量应用薄壁不锈钢管,已显露城市建筑档次的提高,满足了人民群众提高生活质量的需求,同时也符合联合国环境与发展世界委员会提出的“可持续发展”的概念。

  我国薄壁不锈钢管技术标准经过建设部、国家质量监督检验检疫总局、国家标准化协会及相关企业的共同努力,我国薄壁不锈钢管标准以及施工规程已经完善,满足了工程中使用薄壁不锈钢管的设计、选材和施工的规范要求。至今,已建立的薄壁不锈钢管水管相关标准规范有:

  2001 年 8 月中华人民共和国建设部发布城镇建设行业标准:CJ/T151— 2001《薄壁不锈钢管水管》。

  2003 年新修订的国家标准 GB50015—2003《建筑给水排水设计规范》 “热水及饮用水供应部分” ,管材已首推薄壁不锈钢管作为饮用水管材,并推荐作为热水管道。

  2003 年 8 月中国工程建设标准化协会发布施工规程:CECS 153—2003《建筑给水薄壁不锈钢管管道工程技术规程》。

  2004 年 8 月国家建筑标准设计:04S407—2《建筑给水金属管道安装—薄壁不锈钢管》 。

  以上标准(规程)的建立和完善,标志着中国薄壁不锈钢管材使用的相关标准已经完成,在全国工程中大规模使用薄壁不锈钢管材的时机显得更为成熟。

  因此,薄壁不锈钢管被誉为 21 世纪的新颖给水管材,名符其实。

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