成都康泰不銹鋼管業(yè)有限公司_陳蹤宇

淺談304薄壁不銹鋼管道在地鐵空調(diào)水系統(tǒng)的適應(yīng)性

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前言

國內(nèi)地鐵空調(diào)水系統(tǒng)一直以來采用的是傳統(tǒng)的金屬管道，即鍍鋅管和無縫鋼管。但是在實際運行過程中，因傳統(tǒng)金屬管道內(nèi)壁存在嚴重腐蝕問題，產(chǎn)出的大量銹渣對空調(diào)冷凝管會造成嚴重磨損，而導致冷凝塔損壞；空調(diào)冷卻水的溫度較高而極易產(chǎn)生結(jié)垢問題，因此需要加除垢劑（地鐵系統(tǒng)俗稱“加藥”），對結(jié)垢進行定期的清理。因除垢劑多為酸性物質(zhì)，這又加重了管道內(nèi)壁的銹蝕，當銹渣和水垢粘合在一起，就會對冷凝管造成嚴重堵塞，較易引起壓縮機溫度升高、制冷量不斷下降，能耗損失較大，甚至會引起空調(diào)壓縮機超負荷而損毀，嚴重影響設(shè)備的穩(wěn)定安全運行；同時對于該管路系統(tǒng)的頻繁日常維修、維護、更換改造等造成后期隱形成本的大量浪費。以北京地鐵復八線為例，全線空調(diào)冷卻水管路氧化腐蝕嚴重，而沒有非空調(diào)季管道水養(yǎng)護的條件更加快了管道銹蝕的過程，僅國貿(mào)站循環(huán)冷卻水管路部分，每年平均沖洗清理出腐蝕產(chǎn)物（銹皮、水垢 ）80～100kg，管壁逐年減薄，承壓安全系數(shù)不斷降低，而循環(huán)水管路分布于車站站臺、風道和設(shè)備間，水量較大，一旦因強度不夠造成管道破裂，其后果不堪設(shè)想。

而采用內(nèi)壁防腐處理的復合管材，如襯塑鋼管、涂塑鋼管，施工過程中斷管后端頭防腐處理工藝復雜、困難，極易導致分層；雖然管道內(nèi)部做了防腐處理，但因為是兩種不同材料復合，受冷熱的伸縮率差距10倍以上，極易出現(xiàn)兩種材料分層、剝落而使得管路系統(tǒng)失去防腐功能，使用壽命大大縮短；更為嚴重者可在較短的時間就會因復合層分層、剝落造成管路堵塞，引起空調(diào)壓縮機超負荷而損毀，將直接影響地鐵線路的正常運行。如西安地鐵2號線“南稍門站”空調(diào)循環(huán)水，采用的涂塑鋼管內(nèi)涂塑層脫落，引起管路系統(tǒng)堵塞，最終導致空調(diào)主機負荷過大出現(xiàn)過熱燒毀事故；北京地鐵10號線安裝不久的襯塑鋼管內(nèi)層塑管分層脫落，導致管路堵塞，空調(diào)系統(tǒng)無法運行而全線整改搶修等。

我們知道在地鐵建設(shè)投資中，這些管道系統(tǒng)占比是非常小的，但對地鐵正常運行卻至關(guān)重要。當這些管道出現(xiàn)問題而搶修時，除了產(chǎn)生大量后期維修、維護費用，同時因為事故導致地鐵線路無法正常運行的話，將帶來較大的負面社會影響。因此，如何有效提高管路系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，大大降低后期維護成本，將成為地鐵空調(diào)系統(tǒng)管道的選擇標準。

而目前國內(nèi)工業(yè)及民用市場上，已經(jīng)大量運用的、非常成熟的304薄壁不銹鋼管以其優(yōu)良的耐腐蝕性能，正在成為各種傳統(tǒng)管道升級替代的優(yōu)選管材，但是這種優(yōu)質(zhì)管材是否完全滿足地鐵空調(diào)水系統(tǒng)的各種工況條件呢？

地鐵空調(diào)水系統(tǒng)的組成

地鐵空調(diào)水系統(tǒng)主要分為冷凍水、冷卻水系統(tǒng)，如下圖所示。

地鐵空調(diào)冷凍水系統(tǒng)工況

冷凍水的水源來自市政自來水，運行中的水溫為冷凍供水7℃左右，冷凍回水12℃，整個水系統(tǒng)為閉合狀態(tài)，不存在水總量的損失，因此水中各種物質(zhì)的含量及濃度不會發(fā)生變化，在此工況下運行對304薄壁不銹鋼管道的耐腐蝕性能沒有任何影響，因為這種工況與日常的普通建筑冷水系統(tǒng)一樣，已經(jīng)在長時間的工程項目運用中得到了證明。子SO42-，并且濃度可能升高到日常的4-5倍；同時，該水系統(tǒng)的供回水溫度一般在32-37℃左右，溫度較高；這兩種因素是否會導致304薄壁不銹鋼管道耐腐蝕性能的降低呢？

2.我們知道不銹鋼之所以具有很好的耐腐蝕性能，主要是因為不銹鋼表面會自然的覆蓋一層致密的鈍化膜（Cr2O3），而Cl-是對不銹鋼鈍化膜最重要的侵蝕性離子。通過查閱大量的技術(shù)文獻資料、標準，我們得到：冷卻水中的SO42-對304不銹鋼耐腐蝕性能是沒有影響的，甚至還會明顯抑制Cl-對304不銹鋼鈍化膜的侵蝕的敏感性。（參考文獻：《企業(yè)技術(shù)開發(fā)》2012年12月第31卷第35期桑士忠《氯離子濃度對304不銹鋼耐蝕性能的影響》；北京大學碩士論文《304不銹鋼在含氯離子循環(huán)冷卻水中腐蝕敏感性的影響》等）

3.而對于自來水中Cl-含量標準，衛(wèi)生部會同標委會2006年正式頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006，規(guī)定自2007年7月1日起全面實施），其中4.1.6明確自來水中消毒劑含量標準如下表：

表2　飲用水中消毒劑常規(guī)指標及要求

表2飲用水中消毒劑常規(guī)指標及要求

從以上表中可以得知，市政自來水從水廠輸出時的最高限值為4mg/L，實際到達管網(wǎng)末端時Cl-含量已經(jīng)很低了，國標要求不低于0.05 mg/L就行。我們按自來水出廠時最高限值的5倍估算空調(diào)冷卻水中

地鐵空調(diào)冷卻水系統(tǒng)工況

1.該系統(tǒng)一般是開式系統(tǒng)，因此會存在該系統(tǒng)總水量的損失，在進行補水之前會引起該系統(tǒng)水中各種物質(zhì)含量及濃度升高，其中包括對不銹鋼材質(zhì)耐蝕性能有影響的氯根離子Cl-、硫酸根離Cl-最高濃度，應(yīng)該是20 mg/L。那么，薄壁不銹鋼管道在冷卻水系統(tǒng)運行溫度40℃、Cl-濃度達到20 mg/L時，是否超過304不銹鋼的耐蝕標準限值呢？

4.依據(jù)CJJ/T154-2011《建筑給水金屬管道工程技術(shù)規(guī)程》之4.2.8關(guān)于不銹鋼耐蝕標準中氯化物含量限值如下表：

從上表所知，針對304不銹鋼材質(zhì)，當水溫度在40℃以內(nèi)時，可以允許Cl-含量為200mg/L，當水溫超過40℃時，Cl-含量標準應(yīng)小于50 mg/L。而實際空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的Cl-含量最高為20 mg/L（實際值遠遠小于該值），完全低于以上標準限值，因此，可以得出結(jié)論：304薄壁不銹鋼管道的耐腐蝕性能，完全滿足地鐵空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的運行工況。

地鐵空調(diào)冷卻水系統(tǒng)除垢工況

1.因為地鐵空調(diào)冷卻水系統(tǒng)運行時的供回水溫度一般在32-37℃左右，溫度高于常溫，其水源為市政自來水而具有一定硬度，極易導致管路系統(tǒng)結(jié)垢，嚴重影響換熱效率，同時增加了系統(tǒng)運行的能耗，甚至還會因為管壁結(jié)垢后管路通徑縮小而使得冷卻水流量不足或壓力降低導致停機，因此需要對冷卻水管路系統(tǒng)進行定期的除垢處理。

2.目前地鐵空調(diào)水系統(tǒng)除垢劑的主要成分都是有機弱酸、滲透劑、緩蝕劑等，兼具除垢和除銹功能，如氫氟酸、HAC（乙酸）、檸檬酸鈉對各種水垢效果較好，檸檬酸、磷酸等目前國內(nèi)主要在工業(yè)上用作金屬除銹，而鹽酸腐蝕性強，目前國內(nèi)很少用于金屬的除銹。

3.因為目前國內(nèi)地鐵空調(diào)水系統(tǒng)的管道大多還是傳統(tǒng)的鍍鋅鋼管、無縫鋼管、襯塑或涂塑鋼管，在實際運行過程中，金屬類管帶來的問題是管道內(nèi)部腐蝕問題不易解決，這樣導致管壁內(nèi)表面同時存在的腐蝕生銹和結(jié)垢現(xiàn)象，因此目前使用的除垢劑其功能是在除垢的同時，還必須對空調(diào)管道內(nèi)壁的鐵銹同步進行清理。

4.當304薄壁不銹鋼管道運用在地鐵空調(diào)系統(tǒng)時，因其具有較強的耐腐蝕特性使得管壁內(nèi)不存在鐵銹，因而采用的除垢劑僅僅需要滿足除垢功能即可。隨著國內(nèi)不銹鋼材料的大量使用，日常生活用品、工業(yè)設(shè)備的很多部件或系統(tǒng)都采用了不銹鋼材質(zhì)，比如中央空調(diào)系統(tǒng)的水泵機組內(nèi)膽、冷凝器、冷卻水箱、冷卻塔部件等，而市面上已經(jīng)有很多成熟的針對304不銹鋼材料的除垢劑，不含對不銹鋼鈍化膜有侵蝕作用的氯離子。因此，針對地鐵空調(diào)管路系統(tǒng)的除垢操作，對采用304薄壁不銹鋼管道的空調(diào)管路系統(tǒng)是沒有任何影響的。

結(jié)束語

自20世紀70、80年代開始在國外發(fā)達國家大量使用的、且運用非常成熟的304薄壁不銹鋼管道系統(tǒng)，能夠很好的滿足地鐵空調(diào)系統(tǒng)的各種特殊工況條件，是升級替代傳統(tǒng)鍍鋅管、無縫鋼管的理想管道材料，可以很好的徹底解決傳統(tǒng)管道腐蝕生銹等造成系統(tǒng)運行故障的問題，在提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、耐用性的同時，真真做到系統(tǒng)管路后期免維護，從而在系統(tǒng)運行中的維修、維護及可順延改造更新方面，節(jié)約了大量的材料和人工成本。

（1）梅棋、朱玉平、魏廣宏、周煒 《北京地鐵復八線循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改造方案研究》?！抖际锌燔壗煌ā?2005年05期

（2）桑士忠《氯離子濃度對304不銹鋼耐蝕性能的影響》。《企業(yè)技術(shù)開發(fā)》2012年12月第31卷第35期；

（3）曲秀華《304不銹鋼在含氯離子循環(huán)冷卻水中腐蝕敏感性的影響》。北京大學碩士論文2008年9月17日

（4）《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）

（5）《建筑給水金屬管道工程技術(shù)規(guī)程》CJJ/T154-2011

（6）空調(diào)系統(tǒng)示意圖摘自《地鐵通風與空調(diào)系統(tǒng)維護：中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和原理 33頁》道客巴巴網(wǎng)站2012-08-17