21世纪建筑给水管节能环保型薄壁不锈钢管材及管件
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0 引言
建筑业是国民经济支柱产业之一，应用新型建筑给水管材又是当今建筑领域的热点问题之一。借鉴国外成熟的应用经验，研制开发综合性能优越的管材和管件，对提高我国现代建筑的档次、改善供水水质、保障人民身体健康和节约水资源具有重要的意义。
薄壁不锈钢管材和管件(简称不锈管)，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 国外不锈管应用已趋普及［1］
1.1 相应的标准
国外应用薄壁的不锈管起始于上世纪60年代，目前，发达国家在建筑给水、水处理系统的应用日趋普遍。英国、德国、美国和日本都有不锈钢管的标准，也有ISO和DINEN的标准。美国根据净水法制定的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不锈钢和球墨铸铁。其它如加拿大卫生部、RvA(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，通过符合该标准要求的第一批材料有不锈钢AISI304、304L、316和316L。
1.2 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年后的二十年间，东京地区历年更新给水管，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了7.7%，节约了水资源。另外在水处理厂、水管桥和桥梁的添架管方面都应用也十分广泛。
1.3 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路，全部采用了304不锈钢管。瑞典KarlsKoga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1600多座城市废水处理厂(WWTP)的标准用材。
2 国内不锈管发展概况
2.1 问题的提出
在建筑给水管系中，由于镀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PE、PP-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有关水品质的要求”［2］。因此，有关专家预言：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，在金属管中认定薄壁不锈钢为综合性能最好的管材之一。
2.2 发展应用概况
薄壁不锈管，国内于上世纪九十年代末才闻出，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路。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，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，建设部也于去年发文，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管，产品已趋成熟期，因而，推广应用的时机也已成熟。
2.3 不锈管连接方式
2.3.1 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出系列的连接方式，其原理、适用范围等详见表1。
2.3.2 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，且应符合对热水输送管橡胶密封圈材料的国家标准。
2.4 国内市场看好
2.4.1 建筑给水管道需求大
根据《建筑事业“九五”计划和2010年远景目标纲要》测算，2001-2010年间，每年管材需求量为50-60万km，其中住宅建筑室内冷热水管需求量为40万km［3］。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。
2.4.2 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，不锈管系无疑是首屈一指的。因为开始富裕的中国人民，“健康第一”是人们共同关注的话题，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，“街头渴了不要紧，只需弯腰就能饮”的公益项目也已在宁波等城市实施，这些管路都采用不锈钢管作为健康的保证。
2.4.3 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26-28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 不锈管的性能与特点
3.1 力学性能，见表2
3.3 耐蚀性能
3.3.1 不锈钢在饮用水中具有非常好的耐蚀性，原因在于①其表面有一层致密的铬氧化保护薄膜，且一旦划纹时，在有空气存在的情况下能立即形成新的氧化保护膜；②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；③在设计采用不锈钢时，不必考虑腐蚀余量。
3.3.2 管道漏损的原因，其最大的“杀手”就是C1。而304不锈钢能耐200ppm氯化物、316不锈钢能抵御1000ppm氯化物的天然水，这对大型的建筑尤为重要。
3.3.3 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。
3.4 节能性
3.4.1 管壁为镀锌管1/3，重量轻能降低运输和安装成本，DN25及以上管材都属高径壁比范畴；
3.4.2 内壁光洁、摩阻小，在同一工况下，比其它金属管流量大；
3.4.3 导热系数小，保温性能好。
3.5 环保性
3.5.1 无毒、无积垢，能杜绝管路的二次污染；
3.5.2 耐各种酸碱盐溶液，耐高速水流冲击；
3.5.3 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；
3.5.4 产品能100%回收，符合国家产业政策。
3.6 创新性
3.6.1 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；
3.6.2 各种管件的连接方式，管壁薄，节材；多数还可拆卸，维修便捷。
3.7 经济性
详见以下4经济分析。
4 经济性分析
4.1 使用寿命长［1］
不锈管是使用寿命最长的管种之一，能永保管道洁净的水质。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。
4.2 控制漏损率［1］
由1.2，日本出于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，见表
4。
4.3 实例比较
宁波市一户一表管道工程，以6层多层住宅为例，每单元12户，需DN50管材22m，DN20管材44m，弯头49只，异径直角四通5只，其它三通、活接头、转换接头等54只。选用各种管材造价对见表5。
4.4 不锈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；二是以国产料替代进口料；三是由于进口料关税下调已定局，见表6。
5 结语
5.1 综合所述，薄壁不锈管材和管件，发达国家出于人体健康第一和寿命周期成本的初衷，应用已趋普及。在国内，市场前景看好，推广应用的时机也已成熟。
5.2 不锈管按照不同管径的范围，有各种管件和连接方式相匹配。不锈管力学物理性能、耐腐蚀性能好，具有节能性、环保性、创新性和经济性，是21世纪应用于给水系统综合性能最好的、新型、节能和环保型的管种之一。
5.3 建议生产厂家应继续不断开发适销对路的多种类型的管件和连接方式，以适应国内外市场的需求。产品应用范畴也应从目前的建筑给水、直供水管道扩大至暖气、燃气管网及食品、医药、化工和电子等行业。
5.4 建议国家有关部门应继续关注这一新型管材的发展，旨在适应提升产品档次、满足人民群众提高生活质量的需要，且能替代进口管材和出口创汇，具有明显的社会效益和经济效益。
参考文献：
［1］NiDI资料 不锈钢在水工业中的应用(一)、(二)
［2］关于推广应用“高径壁比高精度不锈钢中、高压供水管及配套管件与专用技术”的通知 国科市字［2001］71号
［3］建筑给排水管材的回顾和展望 黄汝宏 在中国建筑金属结构协会给水排水设备分会管道委员会成立大会上讲话 2001.9
［4］我国不锈钢及其原材料进口关税减让情况 《不锈》2002年1期 P37
作者：丁再励 地址：北京车公庄大街19号(100044) 单位：中国建筑标准设计研究院 电话：010-68393573
作者：黄汝宏 地址：北京太平路22号(100036) 单位：总后建筑设计研究院 电话：010-66934849 68473529
作者：缪德伟 地址：宁波市育才路288号怡景阁3A2(315016) 单位：宁波市华涛不锈钢管材有限公司 电话：0574-87212899
E-mile:sales@huataopipe.com
建筑业是国民经济支柱产业之一，应用新型建筑给水管材又是当今建筑领域的热点问题之一。借鉴国外成熟的应用经验，研制开发综合性能优越的管材和管件，对提高我国现代建筑的档次、改善供水水质、保障人民身体健康和节约水资源具有重要的意义。
薄壁不锈钢管材和管件(简称不锈管)，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 国外不锈管应用已趋普及［1］
1.1 相应的标准
国外应用薄壁的不锈管起始于上世纪60年代，目前，发达国家在建筑给水、水处理系统的应用日趋普遍。英国、德国、美国和日本都有不锈钢管的标准，也有ISO和DINEN的标准。美国根据净水法制定的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不锈钢和球墨铸铁。其它如加拿大卫生部、RvA(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，通过符合该标准要求的第一批材料有不锈钢AISI304、304L、316和316L。
1.2 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年后的二十年间，东京地区历年更新给水管，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了7.7%，节约了水资源。另外在水处理厂、水管桥和桥梁的添架管方面都应用也十分广泛。
1.3 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路，全部采用了304不锈钢管。瑞典KarlsKoga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1600多座城市废水处理厂(WWTP)的标准用材。
2 国内不锈管发展概况
2.1 问题的提出
在建筑给水管系中，由于镀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PE、PP-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有关水品质的要求”［2］。因此，有关专家预言：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，在金属管中认定薄壁不锈钢为综合性能最好的管材之一。
2.2 发展应用概况
薄壁不锈管，国内于上世纪九十年代末才闻出，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路。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，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，建设部也于去年发文，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管，产品已趋成熟期，因而，推广应用的时机也已成熟。
2.3 不锈管连接方式
2.3.1 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出系列的连接方式，其原理、适用范围等详见表1。
2.3.2 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，且应符合对热水输送管橡胶密封圈材料的国家标准。
2.4 国内市场看好
2.4.1 建筑给水管道需求大
根据《建筑事业“九五”计划和2010年远景目标纲要》测算，2001-2010年间，每年管材需求量为50-60万km，其中住宅建筑室内冷热水管需求量为40万km［3］。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。
2.4.2 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，不锈管系无疑是首屈一指的。因为开始富裕的中国人民，“健康第一”是人们共同关注的话题，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，“街头渴了不要紧，只需弯腰就能饮”的公益项目也已在宁波等城市实施，这些管路都采用不锈钢管作为健康的保证。
2.4.3 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26-28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 不锈管的性能与特点
3.1 力学性能，见表2
3.3 耐蚀性能
3.3.1 不锈钢在饮用水中具有非常好的耐蚀性，原因在于①其表面有一层致密的铬氧化保护薄膜，且一旦划纹时，在有空气存在的情况下能立即形成新的氧化保护膜；②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；③在设计采用不锈钢时，不必考虑腐蚀余量。
3.3.2 管道漏损的原因，其最大的“杀手”就是C1。而304不锈钢能耐200ppm氯化物、316不锈钢能抵御1000ppm氯化物的天然水，这对大型的建筑尤为重要。
3.3.3 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。
3.4 节能性
3.4.1 管壁为镀锌管1/3，重量轻能降低运输和安装成本，DN25及以上管材都属高径壁比范畴；
3.4.2 内壁光洁、摩阻小，在同一工况下，比其它金属管流量大；
3.4.3 导热系数小，保温性能好。
3.5 环保性
3.5.1 无毒、无积垢，能杜绝管路的二次污染；
3.5.2 耐各种酸碱盐溶液，耐高速水流冲击；
3.5.3 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；
3.5.4 产品能100%回收，符合国家产业政策。
3.6 创新性
3.6.1 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；
3.6.2 各种管件的连接方式，管壁薄，节材；多数还可拆卸，维修便捷。
3.7 经济性
详见以下4经济分析。
4 经济性分析
4.1 使用寿命长［1］
不锈管是使用寿命最长的管种之一，能永保管道洁净的水质。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。
4.2 控制漏损率［1］
由1.2，日本出于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，见表
4。
4.3 实例比较
宁波市一户一表管道工程，以6层多层住宅为例，每单元12户，需DN50管材22m，DN20管材44m，弯头49只，异径直角四通5只，其它三通、活接头、转换接头等54只。选用各种管材造价对见表5。
4.4 不锈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；二是以国产料替代进口料；三是由于进口料关税下调已定局，见表6。
5 结语
5.1 综合所述，薄壁不锈管材和管件，发达国家出于人体健康第一和寿命周期成本的初衷，应用已趋普及。在国内，市场前景看好，推广应用的时机也已成熟。
5.2 不锈管按照不同管径的范围，有各种管件和连接方式相匹配。不锈管力学物理性能、耐腐蚀性能好，具有节能性、环保性、创新性和经济性，是21世纪应用于给水系统综合性能最好的、新型、节能和环保型的管种之一。
5.3 建议生产厂家应继续不断开发适销对路的多种类型的管件和连接方式，以适应国内外市场的需求。产品应用范畴也应从目前的建筑给水、直供水管道扩大至暖气、燃气管网及食品、医药、化工和电子等行业。
5.4 建议国家有关部门应继续关注这一新型管材的发展，旨在适应提升产品档次、满足人民群众提高生活质量的需要，且能替代进口管材和出口创汇，具有明显的社会效益和经济效益。
参考文献：
［1］NiDI资料 不锈钢在水工业中的应用(一)、(二)
［2］关于推广应用“高径壁比高精度不锈钢中、高压供水管及配套管件与专用技术”的通知 国科市字［2001］71号
［3］建筑给排水管材的回顾和展望 黄汝宏 在中国建筑金属结构协会给水排水设备分会管道委员会成立大会上讲话 2001.9
［4］我国不锈钢及其原材料进口关税减让情况 《不锈》2002年1期 P37
作者：丁再励 地址：北京车公庄大街19号(100044) 单位：中国建筑标准设计研究院 电话：010-68393573
作者：黄汝宏 地址：北京太平路22号(100036) 单位：总后建筑设计研究院 电话：010-66934849 68473529
作者：缪德伟 地址：宁波市育才路288号怡景阁3A2(315016) 单位：宁波市华涛不锈钢管材有限公司 电话：0574-87212899
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