酒店管理会所 温泉水管使用的管材情况.pdf

1 温泉水输送管线系统概论温泉水输送管线系统概论 摘要 地热温泉是一种极为珍贵的天然资源 泡温泉浴对身心的健康物理治疗功效受到学 术医疗的肯定 由于温泉地处山区或郊外 再加上温泉水质的物理化学特性使然 输送温泉水管道的材质 成为环保 能源节约 等急需注重的问题 本文就温泉水质的认识 功效 输 送温泉水的管材按理论与实务做一论述 让输送温泉水的管材一劳永逸 重视管材 对温泉水系统环保及能源节约的贡献和重要性 一 前言 台湾的特殊地理结构 形成丰富的地热资源 换言之 这个天然的地热资源造 就了台湾温泉事业的蓬勃发展 以及近年来的 泡汤 风潮 根据台湾观光局在 1981 年的公告 台湾有九十九处温泉 但是根据民间的统计 台湾有超过一百余处的 温泉 在如此众多的温泉井之中 如何输送温泉水这个问题 是一个需要严肃面对的 专业 温泉业者往往积非成是 作出错误的选择 这个现象在台湾温泉业界比比皆 是 君不见在温泉区到处可以见到管线漏水 废弃的温泉输送管材遍山野地皆可见 该景像除了说明温泉输送水管之管材选用不当外 也说明了废弃管材随意丢弃的浪 费与环保问题极为严重 已不符合现代社会要求的环保规定 此即所谓的 ISO14001 之章节的宣言 今日特专文论述 输送温泉水之可靠 安全 且符合环保的 正确 之温泉管材与管线系统 二 温泉水的组织成分 本节所讨论的温泉水之组织成份 仅限于台湾地区的温泉水质 不同地区的温泉水 2 质 有不同的组织成份 主要的温泉水之组织成份是以化学成分为主 计分成五大 类 酸性温泉 碱性温泉 食盐泉 硫磺泉 单纯泉 兹详述如下 1 酸性温泉 H 的含量少 一般以 PH 值作为标准 PH7 时 称碱性 此时 主要成分为 NaHCO3 CaCO3 CO3 Ca OH Ca HNO 3 2 Mg 3 食盐泉 低浓度的酸性 碱性温泉 此时 主要成分为 SO4 HCO 3 CO 3 NaOH OH Na 4 硫磺泉 S 2 Fe 2 Fe 3 H 2S SO4 属于弱酸性盐类的温泉 附表一说明温泉泉质的酸碱值 PH 值 区分与分类 附表二说明台湾地区北部主要的泉质之 PH 值与泉温 附表三说明温泉泉质的特征及其效能 附表四说明温泉水离子浓度 台湾地区 附表五说明温泉水中所含的各种化学元素成份的量与 CSIR 制定的标准值 附表六说明一般温泉热水中所含的各种化学物质成份的量 附表七说明一般温泉冷水中所含的各种化学物质成份的量 附表八说明铁与硫磺温泉热水中所含的各种化学物质成份的量 3 综观上述八个附表 清晰的阐述温泉水中的组织成份主要是由各种化学元素与化学 物质溶于地表下的地下水中或以气体形态随者地下水的涌出而喷出溢于大气 而附表二 更说明各地温泉的泉温都平均在 40 以上至 80 上下 所以 从上面的讨论与认识 温泉水的输送管线系统与管材之选定依下列条件为依归 1 耐化学腐蚀与辐射能量 2 耐高温 3 管内壁光滑 不会附着杂质沉淀物或水垢 任何人都很清楚知悉 管材耐化学腐蚀的特性是 温泉水输送管材 选择的主题与 重点 以目前台湾地区温泉业者的实务而言 管材所造成业者的困扰问题 百分之百是 腐蚀缺陷的困扰 使用寿命极短 由上面的附表数据可以发现温泉水中所含的化学元素 与化学物质不是有腐蚀性就是有辐射性质 的辐射能 因此温泉水的输送管线系统与管材要讲究的条件系以耐化学腐蚀与耐辐射线 的辐射能为目标 鉴于时下一般施工工程师与设计工程师对耐腐蚀及耐辐射能的知识 经验 等能力不足 不仅遇问题不翻书实事求是 反而师法差不多先生的风范 任 意选用不适合的管材 使得温泉业者管理费 运转费 投资成本 等的量费高 造 成许多浪费与环境的污染 三 温泉水的输送管材与管线系统 1 温泉水的输送管材之选定 一流的环保温泉输送管材需要具备的条件 最低的热传导系数 较高的介电系数 耐腐蚀且不需维护修理 耐高温 30 80 管件接头牢固 容易施工 4 内壁光滑 不附着污垢 质轻易搬运 兹说明如下 最低的热传导系数 温泉水的温度平均在 40 80 之间 所以温泉水的温度无论夏 天或冬天均高于管外的外气温度 0 35 按基本热力学第一 定律 热能是从高温到低温移动 显然 一流的环保温泉输送管材 需要具备最低的热传导系数条件 即一般所称的 K 值 对一流的环 保温泉输送管材而言 K 值越小越好 可以有效防止温泉水温下降 的热损失 较高的介电系数 材料的介电系数相当于材料的电阻值 表示材料的绝缘特性与材 料的纯度 由于温泉水输送管的内径需要光滑 不允许温泉水中 的矿物质附着于管的径 以及管子需要能耐辐射能量与化学物质 的腐蚀 等 因此 管材的介电系数值一定要高 才能满足需 求 耐腐蚀且不需维护修理 根据附表一到附表八 温泉水温 40 80 高于常温 30 37 温泉水中所含的矿物质包括化学元素中的稀有元素和放射性元素 温泉水中所含的矿物质包括腐蚀性极强的化学无机物质 所以 温泉水输送管在上述高温下要能耐一般的化学腐蚀与辐射能的腐蚀 温泉水输 送管材的寿命始能长久 一劳永逸 而不需维护修理 5 耐高温 30 80 由于温泉水温 40 80 高于常温 30 37 输送温泉水的管材需要能耐高温 长久安全使用 管件接头牢固 容易施工 所有流体的输送管线最大障碍就是管件接头的漏水 破损 施工困难 等 温泉水输送管材的施工环境险恶 所以一定要容易施工 管件接头牢固 才能确保温泉 水输送管材的安全性与可靠性 降低运转管理费与品质 内壁光滑 不附着污垢 因为温泉水中含有许多矿物质与无机化学物质 如果管子内壁的光滑度不足 这些温 泉水中的矿物质将因管内壁的摩擦损失增加许多阻力 降低 温泉水的流速与流量 并进而在管子内壁附着结成沉淀物的水垢 质轻 易搬运 温泉地区均地处山区 峻岭 溪谷 等非平坦的险恶地区 而主要的温泉水输送管材 系统都地处屋外 所以管材质轻 易搬运是温泉水输送管材选择的重要依据 不可忽视 等闲视之 2 可以供参考 选择使用的温泉水输送管材 ABS 管 CPVC 管 PE 管 PP 管 PVDF 管 SUS304 管 SGP 管 3 各种适用的温泉水输送管材之物理与机械特性 兹将各种适用的温泉水输送管材之物理与机械特性于下列的表一 说明何 种管材是适当的温泉水输送管材 6 表一 适用的各种温泉水管管材条件 物理与机械特性 材料 特性 ABS PP CPVC PVDF PE SUS304 SGP 热传 导系 数 0 245W m 0 138W m 0 231W m 0 138 W m 0 4 W m 16 W m 84 W m 工作 温度 40 85 20 90 20 85 60 160 40 80 600 300 工作 压力 15 bar 6 bar 15 bar 10 bar 6 bar 30 bar 30 bar 内壁 光滑 0 0015 0 0015 0 0018 0 0015 0 0018 0 015 0 15 比 重 1 06 0 91 1 46 1 78 0 94 8 9 7 8 施 工 冷 胶 热 熔 冷 胶 热 熔 热 熔 牙接 焊 接 牙接 焊 接 接 头 紧密不漏 老化易漏 老化易漏 易 漏 老化易漏 腐蚀易 漏 腐蚀易 漏 腐 蚀 完全不腐 蚀 完全不腐 蚀 会腐蚀 会老化不 腐蚀 会腐蚀 会腐蚀 会腐蚀 维 护 不 需 需 需 需 需 需 需 评 语 优 可 差 差 差 差 差 7 从表一可以清楚知悉 所有适合温泉水输送管材的机械 物理特性仅仅只有 ABS 管是完 全符合的 虽然 PP 管亦可以适应温泉水的运转输送需求 但是 PP 管的施工困难 热膨胀系数变 化大 等等 使得 PP 管施工过程失败率高 接头易漏 管材寿命缩短 等造成施 工成本与维护成本偏高 温泉水中所含有的硫与放射性元素对许多管材有严重的腐蚀 这种辐射性腐蚀非一般 人员所能了解 就材料组织与耐腐蚀特性讨论如下 说明 材料学 在工程上的重要性 1 硫化物 S H2S Na2SO4 CaSO4 MgSO4 硫化物对金属 不锈钢 PVC CPVC PE 等有强烈的侵蚀作用 硫化物为这 些金属材料造成金属组织的严重针孔腐蚀 而对这些非金属材料组织造成严重的 老化与脆化 2 氟化物 F HF CaF2 氟是世上所知腐蚀性极强悍的一种元素与化合物 即使玻璃器皿亦快速被氟化物 腐蚀 众多工程师 温泉业者 等 都不知道氟化物对材料腐蚀的严重性 这是温泉业者目前选用各种管材的寿命不长的主要原因了 HF F 等对材 料的腐蚀是快速脆化与快速老化 表一中 所列的各种管材 CPVC 与 PE 快速脆化与快速老化 SUS304 SGP 也碰到与 CPVC 和 PE 相同状况 仅仅 ABS 管 PP 管 PVDF 管可以呈受 HF F 等的腐蚀 3 氦气 He 氭气 Rn He 与 Rn 都属微量放射性元素 特别在硫磺矿区 铁泉矿区 溢出地表的气 体量很丰富 这些微量的放射性元素会对肌肉纤维内刺激产生大量的负电子 促 8 使体内血液的平衡与肌肉的松弛 这些微量的放射性元素对人体的辐射能量从 10 0dar 到 101dars 之间 这种微量的放射性元素的辐射能量对人体的健康是有帮 助的 但是 对于温泉水输送管材的机械 物理特性而言 这种微量的放射性元素的辐射能量对于管材会造成严重的组织老化与组织脆化 问题 PP 管材 对这种微量的放射性元素的辐射能量无法长期承受 所以 PP 管材虽然可以耐硫 化物的腐蚀 却无法耐这种微量的放射性元素的辐射能量之腐蚀 表一中唯一能耐这种微量的放射性元素的辐射能量之管裁只有 ABS 管与 PVDF 管 两种 而 ABS 管可以承受的这种微量的放射性元素的辐射能量可以连续在 10 3 rads 下长期可靠安全使用 更因为 PVDF 管材的价钱昂贵及施工困难 不符合实际需求 所以表一的温泉水 输送适用管材 只有 ABS 管是仅有的选择 4 各种管材的相关单项成本与系统总成本的分析 表二 各种管材的相关单项成本与系统总成本的分析 内容 材料 ABS PP CPVC PVDF PE SUS304 SGP 采购成 本 1 2 1 4 1 6 1 4 0 9 1 5 1 安装成 本 0 5 1 2 0 5 1 2 1 2 1 6 1 维修成 本 0 1 4 1 2 1 4 1 4 1 8 1 使用寿 50 15 8 15 8 3 1 9 命 运转成 本 0 0 5 0 8 0 5 0 5 0 7 1 评估价 值 0 6 0 9 1 2 0 9 1 3 1 4 1 本 表由固展工程有限公司提供 注 ABS Acrylonitrile Butadiene Styrene 丙烯晴 丁二烯 苯乙烯 PP Polypropylene 聚丙烯 CPVC Chlorinated Polyvinyl Chloride 氯化聚氯乙稀 PVDF Polyvinylidene Fluoride 聚偏二氟乙烯 PE Polyethylene 聚乙烯 SUS304 Stainless Steel 304 不锈钢 SGP Steel Galvanized Pipe 镀锌铁管 管线总成本的计算方式 管线总成本的计算方式 A B C E D 30 管线总成本的计算需要考虑下列各相关单项成本因素 方称合理 一般 使用者 工程人员 设计人员 等 都只考虑管材 1 米的价钱之单项 成本 而从不考虑管材的总成本 管材的总成本包括了 采购成本 A 安装成本 B 10 维修成本 C 使用寿命 D 运转成本 E 评估价值 总成本 从表二可以清楚发现 采购成本并不足以代表材料的总成本 因为温泉 水输送的可靠管管材 过去无人以专业知识注入 鲜有人了解温泉水中 因含有强烈的化学物质与放射性同位素 对于一般管材有强烈的腐蚀作 用 换言之 不正确管材之材料组织 将会被化学物质与辐射性同位素 快速破坏 这就是在台湾各地温泉地区 到处可以看到丢弃的温泉输送 管线 到处看到漏水的温泉输送管线 到处看到变形即将破坏的温泉输 送管线 到处看到材质变色影响景观的温泉输送管线 等等不一足 的奇怪景观 在台湾温泉地区 因为温泉水输送管的管材选用不当 所增加的管理运 转成本与天然资源的量费成本相当可观 而业者本身却不知情 任其浪 费 殊为可惜 温泉水输送管之管材 对温泉区的温泉事业者 温泉水 输送管的管材其实是其营运管理重要的一环 过去因忽视温泉水输送管 的管材之选用 不仅增加本身的营运成本 更量费大量天然资源与环境 保护的伤害 如何选定适当 正确的管材 在下面的表三将有详细的解说 5 结论 表三 输送温泉水的正确性与可靠性分析 11 内容 管 材 ABS PP CPVC PVDF PE SUS304 SGP 耐 蚀 绝 缘 耐 压 耐 撞 击 韧 性 内壁光 滑 公 害 保 温 质 轻 易 施 工 寿 命 长 结 12 论 本表 由固展工程有限公司提供 注 优 可 差 从上面表三的结论分析 ABS 管是唯一能满足所有 输送温泉水管材 的特性需求之管 材 适合使用于输送温泉水的管材依序为 ABS 管 PP 管 PE 管 CPVC 管 温泉水中所含的离子状态化学物质 对管材有下列两大影响 1 腐蚀 2 结垢 所以 一劳永逸的温泉水输送管线之唯一选择祇有 ABS 温泉塑钢管 是安全 可靠 符合绿色环保的需求 其它管材使用寿命很短很短 君不见目前温泉区内到处都可以见 到散布满地的废弃温泉水输送管线之污染 令人耸目 ABS 温泉塑钢管因材料特性始然 所以使用 ABS 温泉塑钢管需要充份认识材料才能 正确合理应用 符合上述应用条件之 ABS 温泉塑钢管 必须由下列的原料厂制造的 ABS 树脂原料所制造 的 ABS 温泉塑钢管 始能满足系统的需求与可靠 CYCLAC LL GE 荷兰厂 ASTALAC M120 HUNSTMAN 澳洲厂 唯有上述两种认可的 ABS 温泉塑钢管原料才能制造出符合上述表一 表二与表三所列之 13 需求条件 非上述两种认可的 ABS 温泉塑钢管原料树脂所制造生产的 ABS 温泉塑钢管无 法有效可靠满足本文论述的应用 使用者宜注意之 ABS 温泉塑钢管除了要满足上面两 种的树脂原料外尚需满足下列的规范始能正确 可靠 一劳永逸的应用在温泉市场 并 让温泉市场的管理和运转符合 ISO14001 之规定 ABS 温泉塑钢管在温泉水的输送应用已有数十年经验 主要是在 AS 3518 1 与 AS 3518 2 的规范下所制造的 ABS 温泉塑钢管才能符合温泉水输送的耐久可靠需求 非 AS 3518 1 与 AS 3518 2 规范下的 ABS 温泉塑钢管无法保证能有效可靠的输送温泉水与符 合 ISO14001 的环保要求 CPVC 管易脆的脆性破坏 不耐硫黄液体与气体的腐蚀 温泉水中的铁质 石灰质 碳酸钙 等容易附着 CPVC 管壁的特性 会对温泉水输送的水质造成严重污染 因 此 CPVC 管输送温泉水是一种错误的管材选择 附表一 温泉 PH 值分类表 温 泉 泉 质 PH 值 备 注 酸 性 温 泉 3 以下 强 酸 弱 酸 温 泉 3 6 弱 酸 中 性 温 泉 6 7 5 中 性 弱 碱 温 泉 7 5 8 5 弱 碱 碱 性 温 泉 8 5 以上 强 碱 14 附表二 台湾地区北部主要的泉质之 PH 值与泉温 三 温泉泉质的特征及其效能 大屯火山温泉区 温泉名称 地 点 泉 质 露头水温 ph 值 金山温泉 台北县 中性泉 45 50 ph7 加投温泉 台北县 酸性泉 95 ph1 庚子坪温泉 台北县 酸性硫酸盐泉 99 ph2 3 马槽温泉 台北市 硫酸盐氯化物泉 75 ph3 阳明山温泉 台北市 弱碱性硫黄泉 70 95 ph8 泉质名称 温泉特征及效能 单纯温泉 碱性单纯温泉 Alkali 泉温 25 以上 含有微量的温泉应有成 分 对身体刺激较少 疗养范围相对扩 大 单纯碳酸泉 含有二氧化碳的温泉 能促进微血管的 扩张 帮助血液循环 碳酸氢盐泉 含钙镁元素的 碳酸氢盐泉 重 碳酸土类泉 对过敏型患者 慢性皮肤病 荨痲疹有 疗效 如为饮泉 可以改善肠胃病和糖 尿病 含钠元素的碳 酸氢盐泉 重曹泉 是对皮肤有滋润功能的 美人汤 如 为饮泉 可中和胃酸 改善肠胃疾病 15 盐 泉 含钠的盐化物 泉 食盐泉 是具有绝佳保温效果的 保温热汤 如为饮泉 可改善肠胃疾病 硫酸盐泉 含钠的硫酸盐 泉 芒硝泉 可改善高血压 动脉硬化并可促进胆汁 的分泌 饮用对改善肠胃病和糖尿病有 效 含钙的硫酸盐 泉 石膏泉 有绝佳镇静效果 可改善高血压 动脉 硬化 风湿病 割伤 烧伤 皮肤病的 情形 含镁的硫酸盐 泉 正苦味泉 常泡可以改善高血压 动脉硬化的情 形 含铝的硫酸盐 泉 明矾泉 对皮肤和黏膜有很好的收敛作用 常泡 可以改善慢性皮肤病及黏膜发炎症状 铁 泉 铁碳酸氢盐泉 碳酸铁泉 水色呈茶色或红土色 是理想的疗养 汤 饮泉可改善贫血 铁硫酸盐泉 绿矾泉 有绝佳造血作用 对风湿病 更年期障 碍 子宫发育不全 湿疹等患者有效 硫磺泉 硫磺泉 有软化皮肤角质层的作用 并有止痒 解毒的效能 是慢性皮肤病的有效疗 汤 硫磺泉 含有二氧化碳及硫化氢的成分 对高血 16 附表四 温泉水离子浓度 离子总类 硫磺温泉 一般温泉 单位 PH 值 7 7 7 6 氟离子 1 55 1 13 ppm 氯离子 2 25 2 25 ppm 溴离子 2 06 2 06 ppm 硝酸根 0 82 0 82 ppm 硫酸根 134 7 68 5 ppm 钠离子 33 59 25 93 ppm 钾离子 1 33 1 15 ppm 镁离子 31 52 35 78 ppm 钙离子 101 3 51 01 ppm 资 料来源 成大地科球地球化学实验室 黄蔚人 硫化氢泉 压 动脉硬化 慢性皮肤病患者有疗效 酸性泉 具有强效杀菌力 对香港脚 皮肤癣患 者有相当的疗效 但是因为刺激性强 肤质敏感者要注意 以免产生负作用 放射能泉 含有放射性元素氡气和镭的温泉 是可 泡可饮还可利用吸入法的全方位温泉 17 附表五 温泉水中所含的各种化学元素成份的量与 CSIR 制定的标准值 温泉水中的化学元素种类 温泉水中的化学元素含量 CSIR 制定的标准值 K 钾 2 0 mg l Na 钠 8 3 mg l 100 Ca 钙 2 2 mg l 150 Mg 镁 1 8 mg l 70 SO4 硫酸根离 子 0 08 mg l 200 Cl 氯 14 8 mg l 250 CaCO3 碳酸钙 11 8 mg l N 氮 0 2 mg l 6 Fe 铁 0 05 mg l 0 1 F 氮 1 0 MP a 并 耐 高 温 1 4 0 C以 上 的复合管