薄壁不锈钢管材及管件的应用研究.docx

施工、材料与设备 薄壁不锈钢管材及管件的应用研究黄汝宏张伟红缪德伟提要综述了薄壁不锈钢管材及管件在国内外发展和应用概况 ,管材的各种连接方式的分类及其原理 、适用范围 、用途和特点 ,认为薄壁不锈钢管是给水系统中综合性能较好的管材 。关键词薄壁不锈钢管材管件标准规范连接方式特点薄壁不锈钢管材和管件 ( 简称不锈钢管) ,经久耐用 ,外表精美 ,属节能环保产品 ,已被国内外工程 界所公认 。不锈钢管有压缩式管件等多种成熟的连 接方式 ,安装简便 ,安全可靠 ,在减少壁厚降低成本 方面 ,更具有开发和推广应用的意义 。1 国外不锈钢管应用已趋普及111相应的标准 国外应用薄壁不锈钢管始于上世纪 60 年代 ,目前在发达国家的建筑给水 、水处理系统中应用日趋 普遍 。英国 、德国 、美国和日本都有不锈钢管的标准 。美 国 根 据 净 水 法 制 定 的 AN - S I/ N SF61 -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为不锈钢和球墨铸铁 。而且加拿大卫生部 、荷兰鉴定委员会和世界卫 生组织也确认了这一标准 ,现饮用水系统的管道和系统部件也以上述标准作为健康保证的基础 ,符合 核标准要求的第一批材料有不锈钢 304 ,304 L ,316和 316 L 。112 日本应用情况日本早在上世纪 70 年代初 ,由于管网中饮用水 水质的不断恶化 ,开始在楼宇内安装使用了不锈钢管道 ,随后推广到埋地供水管道 。1980 年后的 20多年间 , 东京地区每年均更新给水管 , 目前已有80 %以上住户将原进水管 ( 住户与主管道之间的连 接管) 换成了不锈钢管 ,从而使管网漏损率下降 ,节约了水资源 。另外在水处理厂 、管桥上架的管方面 应用也十分广泛 。113欧美各国应用情况 欧美各国已广泛应用不锈钢管 ,美国底特律某体育场内给水系统 ,甚至包括各售货点的直饮水管 道 ,全部采用了 304 不锈钢管 。瑞典 Karls Koga 市 ,经过十多年试验 ,埋地给水主管道正被 316 不锈钢管所替代 。现不锈钢管已成为美国新建的 1 600 多 座城市污水处理厂的标准用材 。2 国内不锈钢管发展概况211 问题的提出在建筑给水管系中 ,由于镀锌钢管已经结束了 百年辉煌的历史 ,以铝塑管为代表的复合管和 P E , P P - R 等塑料管发展迅猛 , 但各种管材“还不同程度地存在着一些不足 ,远不能完全适应供水管系的 需要和国家对饮用水及有关水品质的要求”。因此 , 建筑给水管材最终将恢复到金属管的时代 。根据国 外的应用经验 ,在金属管中薄壁不锈钢管为综合性 能较好的管材 。212 发展应用概况薄壁不锈钢管国内于上世纪 90 年代末才问世 , 是当今管材领域中崭露头角的新生族 ,已大量应用 于建筑给水和直饮水的管道 。建设部非常重视这一 新型管材, 薄壁不锈钢水管的行业标准已于去年 出台 ,其管道工程技术规程正在拟定 ;以建筑冷 ( 热)水用的不锈钢管管道安装国家建筑标准设计图集 , 正由同济大学负责主编 。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钢管 ,产品已 趋成熟 ,因而推广应用的时机业已成熟 。213 不锈钢管连接方式常见的管件类型有压缩式 、压紧式 、推进式 、焊 接式及焊接与传统连接相结合的派生系列的连接方 式 ,其原理 、适用范围等见表 1 。凡连接方式采用密封圈或密封垫的 ,其材质大 多选择硅橡胶 、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶等 ,且应符合对热输送管橡胶密封圈材料的国家标准 。214 国内市场前景给水排水 Vol128 No111 2002 69表 1管材连接方式的分类21411 建筑给水管道需求量大根据建筑事业“九五”计划和 2010 年远景目标 纲要测算 ,20012010 年间每年管材需求量为 50 万60 万 km ,其中住宅建筑室内冷热水管需求量 为 40 万 km 。随着不锈钢管等新型给水管的开发 ,对提高城市现代建筑的档次意义重大 。21412 管道直饮水发展迅速随着国民经济的发展 ,管道直饮水在国内深圳 、 上海等城市发展迅速 ,经济发达的中等城市也积极 规划直赶而上 。在直饮水管道中 ,不锈钢管无疑是首屈一指的 ,因为“健康第一”是开始富裕的中国人 民共同关注的话题 ,目前国内上档次的宾馆 ,都已配 置或正在配置管道直饮水 。深圳等城市的主要活动 中心有免费饮水系统 。这些管道都采用不锈钢管作 为健康的保证 。21413国产替代进口前途广 深圳市自来水集团公司曾在梅林一村 25 栋高层住宅和滨海社区 10 栋住宅楼的管道直饮水项目 中 ,使用了日本的卡压式薄壁不锈钢管材及管件 。该公司现又在深圳万科集团金色家园二期 4 栋 36层 、彩田新村 14 栋 2628 层公寓的管道直饮水项 目中 ,安装了国产的压缩式薄壁不锈钢管材及管件 , 开创了以国产替代进口的先例 。3 不锈钢管的性能与特点311 力学性能 (见表 2)表 2 不锈钢管的力学性能注 :表中的值是表示经过固溶退火的冷轧钢带的力学性能值。抗拉强度由原材料性能决定 ,一般钢管为 300 M Pa , 铜管为 200 M Pa 。 通常不锈钢管的抗拉强度为钢管的 2 倍 ,铜管的 3 倍。312物理性能 (见表 3)313耐蚀性 不锈钢管在饮用水中具有非常好的耐蚀性 ,原70给水排水 Vol128 No111 2002合金系列EN10088 - 2钢号012 %屈服强 度/ M Pa ( 最小)抗拉强度/ M Pa ( 最小)延长率/ % ( 最小)304304L316316L316 Ti11430 111430 611440 111440 411457 1230220240240240540750520670530680540690540 - 6904545404040名 称原理适用范围用途特点压缩式将配管插入管件的管口 , 由螺母紧固 , 用螺 旋力将管口部的套管通过密封圈压缩起密 封作用 ,使配管连接的方式。DN 50室内明装暗埋管道井中 管道管壁较薄 ;安装方便 , 能拆卸便于维 修。压压式将配管插入管件的管口 ,用专用压紧工具从 插入管口的外部中央到管口端部压紧 ,使配 管连接的方式。DN 100同上安装方便 ,不能拆卸。推进式( 可挠曲式)将配管插入管件的管口 ,用专用扳手将盖形 螺母紧固 ,通过压紧环将密封圈密封 , 使配 管与管件连接的方式。DN 60同上安装方便 ,能拆卸 ; 能适应地基下沉 等恶劣环境锥螺纹式外螺纹螺套与配管作环状氩弧焊 ,由内螺纹 管件以锥螺纹连接起密封作用 ,完成配管连 接的方式。DN 65100公共建筑、大型楼所的管 道传统连接方式 , 安装简易方便 , 拉拔 力大 ,能适应地基下沉等恶劣环境 , 更适用于高温、高压的工况。快接法兰式法兰与配管作环状氩弧焊 ,用快夹使法兰间 的密封垫压缩 ( 原理同压缩式) 后起密封作 用 ,完成配管连接的方式。DN 125200同上传统连接方式 ,安装可靠。法兰式法兰式与配管作环状氩弧焊 ,用螺栓完成配 管连接的方式。DN 100 以上同上同上焊接式环状焊接用手工或自动焊 ,有银焊和氩弧焊 等。大小管径均可容许现场焊接的均可安全可靠 ,安装麻烦承插式将通常承插式的管件与配管作环状氩弧焊 起密封作用 ,完成配管连接的方式。大小管径均可室内 明 装 暗 埋、公 共 楼 所 ,户外地埋( 管壁加厚)氩弧焊属传统连接 , 强度大 , 管网漏 损小。表 3 不锈钢管的物理性能411使用寿命长不锈钢管是使用寿命最长的管种之一 ,能永保 管道洁净 。意大利米兰 Canegrate 水处理厂 ,对其采用碳钢和不锈钢的寿命成本逐项剖析 ,由此得出结论 :在 30 年寿命周期中 ,其维修和更新费用是企业 成本的主要因素 ; 采用不锈钢比采用碳钢更加经济的转换点是使用到 10 年 。412控制漏损率 日本出于控制饮用水的二次污染而应用了不锈钢管 ,却从实践中得出了不锈钢管能有效控制城市 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 1417 %降至 7 % ,使自来水产 业的效益大为提高 ,同时节约了水资源 (见表 4) 。表 4 东京使用不锈钢管比率与漏水率对应统计注 :不锈钢管的相对密度、线胀系数与铜管相近 ; 不锈钢管保温性能好 ,导热性为钢管的 1/ 4 ,铜管的 1/ 23 ; 不锈钢管电阻率为钢管的5 倍 ,铜管的 36 倍。因在于 其表面有一层致密的铬氧化保护薄膜 ,且 一旦划伤时 ,在有空气存在的情况下能立即形成新 的氧化保护膜 ; 能承受 30 m/ s 的高流速冲击 ,因 此能抵御流经管口 、弯管 、阀门和泵后涡流造成的腐 蚀 ; 在设计中采用不锈钢时 ,不必考虑腐蚀余量 。 碳钢管道漏损的最大“杀手”就是 Cl - 。而 304 不锈钢能耐 200 mg/ L 氯化物 、316 不锈钢能抵御1 000 mg/ L 氯化物的天然水 ,这对大型的建筑尤为 重要 。从电势序列看 ,不锈钢比碳钢和铸铁更不易起 化学作用 。在实际应用中 ,可与铜基合金接头 ( 或铜制热水泵) 组装 ,实用性强 ,效果好 。314节能性管壁为镀锌管的 1/ 3 , 重量轻能降低运输和安 装成本 , D N 25 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 ,比其他金属管流量大 ;导热系数小 ,保温性能好 。315环保性无毒 、不积垢 ,可杜绝管道的二次污染 ; 耐各种 碱酸盐溶液 ,耐高速水流冲击 ; 与其他管材相比 ,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 ;产品能 100 %回收 ,符合国家产业政策 。316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 ,节省管材 ;多数还可拆卸 ,维修便捷 。4经济性分析413实例比较宁波市一户一表管道工程 ,以 6 层住宅为例 ,每 单元 12 户 ,需 D N 50 管材 22 m , D N 20 管材 44 m ,弯头 49 只 ,异径直角四通 5 只 ,其他三通 、活接头 、转换接头等 54 只 。选用各种管材造价对比见表 5 。表 5 一户一表 (进户内) 管道工程各种管材造价对比注 : D 为直销价 , E , G 按 23 000 元/ t 计 ,其余均参照 2001 年 12 期宁波建设工程造价信息发布信息价 ; 取费按三类工程 ,投资乙类计取 ,每单元多 层住宅按 12 户计 ; 未计穿墙、穿楼板的套管安装及墙上、地坪开凿管槽费 用 ,未计水表和水表箱。414 不锈钢管价格不锈钢管价格尚有下浮的空间 ,一是取决于生 产工艺成熟度的提高和生产规模的扩大 ;二是以国给水排水 Vol128 No111 2002 71管材内容钢 塑 复合管PP - R管铝 塑 复合管薄壁不 锈钢管薄 壁 紫铜管P E - X管厚 壁 紫铜管ABCDEFG压力等级/ M Pa介质 连接方式 造价/ 元 平均每户/ 元 比例丝接3 4482870159210 热水 热熔4 5633800178110 高温 卡套4 9644140182215 冷、热水 压缩5 864489110氧炔焊5 9524961102116 热水 卡套6 6025501113丝接7 7416451132年份198319861989199219952000 (预计)漏水率/ %不锈钢管比率/ %141711131231111750101264913767 80项目数值相对密度平均线胀系数/ 10 - 6/ ( 0100 )热导率/ W/ ( m) ( 100 ) 比热容/ J / ( Kg) ( 0100 ) 电阻率/m ( 室温)杨氏模量/ kN/ mm2磁性81016155000172200无硬聚氯乙烯螺旋管在住宅中应用分析江帆王峰白萍提要通过某高层商住楼群排水系统采用硬聚氯乙烯 ( PV C - U) 螺旋管 (以下称“螺旋管”) 的工程实例 ,对螺旋管与一般 PV C - U 排水管材 (以下称“光壁管”) 的通水能力 、噪声 、投资 、系统设置诸 方面进行比较 ,认为在居住建筑排水系统中采用螺旋管优于光壁管 。关键词硬聚氯乙烯螺旋管立管通水能力噪声经济分析笔者近期在某高层商住群的排水系统设计中拟采用螺旋管排水系统 。该商住楼群位于东莞市长安 镇 ,工程用地总面积24 231 m2 ,总建筑面积98 195 m2 ,1 ,2 层作为商店和办公用房 ,3 至 27 层为住宅 ,建筑 高度 86 m 。采用螺旋管系统是否优于光壁管 ,分析 如下 。1 系统负荷与通水能力PV C - U 螺旋管排水系统由特殊的侧向进水型 管件和内壁带有数条呈三角形突起的螺旋肋的圆管组成 。立管中的水在螺旋肋的导流作用下 ,在管内 壁形成较稳定而密实的水膜旋流 ,使管中心形成通畅的空气柱 ,因而显著地降低了立管内的压力波动 ,提高了排水能力 。螺旋管的通水能力与光壁管比较表 1 生活排水立管的最大通水能力等其他用房) 。对住宅而言 ,厨房排水负荷基本一致 ,卫生间排 水负荷因城市排水制度不同分为粪便污水与洗涤废 水合流与分流两种 ,表 2 为 30 层住宅排水最不利情 况下的流量负荷 。由表 1 和表 2 可知 ,在污废水分流时 ,设置伸顶 通气管的 De110 螺旋立管可满足各系统的排水要 求 ,而 De110 光壁立管则不能满足粪便污水排放要 求 ,必须采用 De160 或设置专用通气立管 。2排水噪声随着我国人民物质文化生活水平的日益提高 ,见表 1 1 2。因 PV C - U 排水管一般用于建筑高度不超过100 m 的建筑 ,本文讨论仅限于 100 m 以下的高层 建筑 , 计算考虑3