WEGS超级不锈钢管在城市分质供水(直饮水系统)的应用

   日期:2021-07-16     来源:维格斯     作者:贾晨涛     浏览:1428     评论:0    
核心提示:  引言:城镇二次供水系统是现代化城市最重要的基础设施之一,是城市文明、经济发展和现代化水平的重要标志。一直以来,水质二次污染是我国城镇供水面临的主要问题之一。如何...

  引言 :城镇二次供水系统是现代化城市最重要的基础设施之一,是城市文明、经济发展和现代化水平的重要标志。一直以来,水质二次污染是我国城镇供水面临的主要问题之一。如何保障城镇给水管网安全可靠的运行及输送到千家万户的笼头水不受二次污染,可以放心直饮,对民生、对社会新发展阶段的主要矛盾缓解都有着十分重要的意义。

  一、城镇二次供水管网材质对水质的影响

  出厂水一般由市政管网输送至末端管道,在整个输送过程中,合格的出厂水犹如进入一个大的反应釜,期间不断冲刷、浸泡管道壁,不可避免的发生复杂的生物、化学和物理反应,直接影响笼头水的质量。管材是造成管道中水体卫生指标恶化的重要因素之一,这已成为国内外供水界的共识。

  管材是城镇供水二次污染的主要原因

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  以上几种材料的基本情况如下:

  1、 金属管(铸铁管)对水质的影响

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  图1、早期金属管(铸铁管)

  早期给水管网的管材一般采用钢管 、铸铁管 ,在管道长期与管网水接触的情况下 ,管道内壁会布满由腐蚀产物组成的腐蚀垢 ,腐蚀物亦会随着管网使用时间的增长而变厚、增多,不仅会削弱管道的过水能力,而且会造成供水压力增大,增加了供水管网的压力损失和爆管的可能性。另外当金属管道内壁结垢时,随着厚度的增长,也会成为微生物吸附和繁殖的温床,此时的锈蚀结构中不仅含有大量 的铁 、铅 、锌等重金属污染,还伴有各种细菌、藻类及微生物的排泄物 ,当管道内的水流速度、方向或水压发生突变时,就会造成短时间的水质恶化 ,出现铁 、锰、色度 、浊度和细菌等指标值的大幅度上升。有研究表明 ,对于未作防腐处理的金属管道 ,当年限超过 5~10年时 ,污垢就已达到了恶化水质的程度 ,对 于防腐处理较差 的金属管道 ,3—5年就开始出现腐蚀现象 ,管道使用年限越长 ,腐蚀越严重 ,水质情况越糟糕。显然,在二次供水环节使用金属管材作为给水管会比较明显的对水质构成二次污染 。

  2、 钢塑复合管对水质的影响

  钢塑复合压力管是以焊接钢管为中间层,内外层为聚乙烯塑料,采用专用热熔胶,通过挤出成型方法复合成一体的管材,连接方式一般为螺纹或沟槽卡箍。

  钢塑复合管的内衬层为塑料(PE/EP),塑料为高分子聚合材料,是一种热塑性塑料 ,可多次加工成型,其质量密度轻于金属管材,放大若干倍后可明显观察内壁由无数小孔组成,用于城镇二次供水有以下几方面的缺点:

  ⑴钢塑复合管在2006年10月份召开的全国建筑给排水委员会给水分会第四次年会暨学术会议中,钢衬塑复合管已被专家定性为“给排水管道中的过渡性产品”;

  ⑵在水流缓慢或静止状态下,水中杂质易吸附沉淀于内衬塑料管道的内壁,短时间使用形成黄褐色杂质层,长时间使用将形成一层厚厚、滑滑的褐绿色生物,除更易吸附水中杂质外,也会成为细菌、微生物等的温床,造成末梢管道水的二次污染;

  ⑶钢塑复合管,管外壁为镀锌钢管,镀锌层非常薄,易受损伤,造成腐蚀点;内外壁为不同的材料,即膨胀系数,耐冷热性能不同,在实际使用中冷热循环表现最突出的问题就是钢与塑脱层;

  ⑷钢塑复合管管件衬塑常有厂家使用:“废旧回收塑料”现象,施工过程中不可能一一检测到位,这样很容易造成水的污染,危害人的健康。并且钢塑管内壁PE与钢管是通过特殊的粘合胶进行粘合的,但是胶一般都是具有毒性的,一旦内壁与外壁分层后,造成粘合胶和水源直接触,那样就有可能给人体健康造成伤害;

  ⑸钢衬塑复合管在安装切割管材时,摩擦产生的高温切割力量会引起切口钢与内衬塑料脱层,使用中水直接进入脱层面里,卫生性能差、易漏水;

  ⑹钢塑复合管的表面易生锈,极不美观。

  表1  薄壁不锈钢管与钢塑复合管的对比

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  3、 塑料管对环保及水质的影响

  1999年日本籍作家出云谕明在《威胁人类的定时炸弹-环境荷尔蒙》一书中提出由塑料带来的环境荷尔蒙是未来威胁人类健康最大的定时炸弹。荷尔蒙(hormao)激素,调节体内代谢、平衡作用的生理性化学物质的总称。环境荷尔蒙(endocrine disruptors)扰乱内分泌化学物质。塑料中的环境荷尔蒙有:联苯酚A(Bisphenol):有雌性荷尔蒙化学物质反应,乳腺癌细胞呈异常增殖;邻苯二甲酸酯(DEHP,BBP,DBP):对精巢具有毒性;肝脏癌细胞呈异常增殖;聚乙烯(Polystyrene):引起妇女体内荷尔蒙增加;聚氯联苯(PCB):环境荷尔蒙的主要成员,燃烧以后产生二恶英。废弃塑料经粉碎埋地后200年仍不能完全降解,对地球的破坏影响深远。

  相对于金属管材,塑料管道更易引起“臭水”水质,“臭水”是由于水管内壁中“杂质凝聚”现象造成的。塑料水管在长期的使用过程中,内壁会凝聚一层稠粘的杂质,亦称:生物膜,在用水低峰或水在管道内过夜存留停止使用以后,水就开始变质,滋生细菌,发臭,污染水质。目前在欧洲,人们越来越认识到塑料水管对饮用水的污染比原来所认为的要普遍和严重得多,已成为一个潜在的严重问题。相关研究表明,塑料管道杂质凝聚引起的“臭水”现象主要是由于以下几种原因造成的:_ueditor_page_break_tag_

  (1) 塑料水管的透光率偏高

  水管内部的细菌在得到光线后极容易滋润和繁殖,污染水质。

  (2) 塑料水管内壁的光洁度和材料密度不够。

  塑料水管是高分子聚合物,其质量密度轻,放大若干倍后,表面由无数小孔组成,细微的毛细孔一方面会溶解析出有害物质,另一方面杂质和细菌很容易附着在毛细孔中,产生杂质凝聚现象。

  (3) 静电吸附现象。

  有的专家认为,塑料水管多为不导电材料,在水的流动过程中产生的静电没有给释放,水中的杂质会因为静电现象吸附在水管壁表面,产生杂质凝聚现象。

  表2  薄壁不锈钢管与塑料管的对比

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  4、 不锈钢管对水质的影响

  不锈钢管相对其它金属管材是最不易生锈的管网材料,卫生性能可以达食品级,也是可以植入人体的材料之一,不沉淀杂质、不析出有害物质、不对水质产生二次污染,是其主要特点。根据中国预防医卫与卫生工程研究所对某不锈钢卡压式管件及密封圈浸泡试验,23项指标(色、浊度、臭和味、肉眼可见物、PH、铁、锰、铜、锌、挥发酚类、砷、汞、六价铬、镉、铅、银、氟化物、硝酸盐、氯仿、四氯化碳、苯并芘、蒸发残渣、高锰酸钾消耗量)均符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》中对饮用水输配水设备浸泡水的卫生要求。

  在2020年03月01日实施的国家强制性标准《GB 50015-2019建筑给水排水设计标准》的3.5.2 条款最新规定:室内的给水管道,应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材,可采用不锈钢管、铜管、塑料给水管和金属塑料复合管及经防腐处理的钢管。高层建筑给水立管不宜采用塑料管。在条文解释说明中强调,室内的给水管道,选用时应考虑其耐腐蚀性能,连接方便可靠,接口耐久不渗漏,管材的温度变形,抗老化性能等因素综合确定。这为城镇二次供水规模化采用不锈钢管提供了标准依据。

  城市供水管网的管材是影响水质的重要因素,优质的出厂水需要优康的管材来输送,综合比较结果,不锈钢管具有“0污染、0泄露、易安装、免维护、不产生环境荷尔蒙、百分百可回收”等众多优点,从各方面来讲,城镇二次供水管网采用不锈钢管应该是最佳选择。

  二、不锈钢管在城市分质供水(直饮水系统)的应用

  分质供水是社会经济发展和人民生活水平逐步提高下的民生需求,也是合理利用水资源要求而产生的新的供水体制,对于满足人们日益增长的水质需求 ,合理优化配置和利用水资源具有重要意义。

  长期以来,我国城镇供水均采用统一的供水模式,即全部按照生活饮用水的标准供给,在经济不发达时期,人民的生活需求相对不高,能喝上干净的水即可,这种供水模式下的自来水人们从来没有怀疑过,但近些年经济发展伴随着环境日益恶化,但老百姓的生活水平在提高,健康意识在不断增强,对饮用水水质的要求越来越高,越来越重视,愿意以更高的成本购买有益健康且口感较好的桶装水或小区饮水售卖机上的纯净水。另外在2018年3月22日的世界水日止,我国被列为全球13个严重贫水的国家之一,有均拥水率只有2000立方左右,是美国的1/5,加拿大的1/15,排在世界100名开外,在水资源贫瘠的同时,还面临着水源污染和供水二次污染,中科院早期发表的国情报告显示:全国532条河流中,有436条受到不同程度污染,在江河经过的15个城市河段中,13个河段受到污染。一方面是水资源贫瘠,一方面是水源污染,加上经济增长下人民对美好生活向往及健康意识的增强,目前在城市供水体系中发展分质供水,在现有二次供水的基础上增加直饮水系统显的格外迫切,也符合政策及时代背景的要求。

  在直饮水标准《CJJ/T110-2017 建筑与小区管道直饮水系统技术规程》中5.0.15.1条款明确规定:管材应选用不锈钢管、铜管等符合食品级要求的优质管材。

  直饮水管材的选用区别于城镇二次供水,直饮水不仅严格要求无菌,还具有流量更小、流速缓、管网内滞留时间更长的特性,并且直饮水卫生指标远高于二次供水,绝不允许管道存在二次污染,如细菌滋生、化学物质析出、锈蚀物等,因而对供水管材的卫生性能、耐蚀性能要求更严格,以确保直饮水水质的安全和系统的正常运行。薄壁不锈钢管管材、管件基材均为食品级304系或316系不锈钢原料,不仅外表美观,且不会析出污染水质的化学物质,同时具备寿命周期长、耐腐蚀性能强、强度高(是镀锌管的2倍、铜管的3-4倍、PPR管的8-10倍)、内壁光洁、摩擦阻力小、长期使用不结垢、安装施工方便、不产生环境荷尔蒙、寿命周期后可全量回收等众多优势,成为直饮水强标的第一优选管网用材。

  三、薄壁不锈钢管连接方式及关键工艺的选择

  薄壁不锈钢管相比其它管网材料的众多优点,目前已成为多数城市二供管网及直饮水的主选材料,市场需求在井喷,应用范围日渐广泛,生产厂家日益增多,连接方式亦趋向多元化,总体分为两大类:机械连接和非机械连接。早期主要以单卡压为主,在工程应用中发现弊端后升级为双卡压,随着时间推移,目前已衍生出环压、卡凸、承插焊、卡粘、螺纹连接等众多连接方式,不完全统计,国内大约有30余种不同类型的连接方式,给应用端带来选择,但也带来困惑,总体而言,不锈钢管的选择应该站在应用安全及易维护的角度,坚持选择通用性强、经过时间考验、生产厂家多、易采购的产品,以降低工程后期的运营成本。结合多年市场经验,在选择薄壁不锈钢管做为管网主材时,推崭优选以下连接方式及关键工艺:

  1、原材料- - -优选宝钢、浦项等大厂

  原材料品质决定成品品质,建议优选宝钢、浦项等大厂原材料,在基础材料的品质上更有保障。国内大多不锈钢厂生产的原材料成份都能达标,但对不锈钢而言,成份达标是基础,影响其耐蚀防锈能力的还有一个重要因素---夹杂物。实验和应用证明,成份中的夹杂物是引起多种腐蚀的因素之一,在夹杂物的工艺控制方面,大厂更有优势。_ueditor_page_break_tag_

  2、连接方式 - - -优选双卡压

  D型为单卡压                     S型为双卡压

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  双卡压是单卡压的升级版,是在几十年的工程应用中发现问题并加以改进的成果,双卡压是在承压口位置多了外延直段,相比单卡压其结构更严谨,带来三大功能改进:

  将密封圈完全密闭在承压口内,有效隔绝紫外线和空气,极大降低了密封圈的老化;

  增加了外延直断,使管材与管件接触面积更大,卡压后摩擦阻力增大,提高了管材与管件连接的抗拉拔力,使管路连接更为安全可靠;

  增加外延直断,有效阻隔施工现场灰尘、颗粒进入承压口与密封圈接触,避免卡压作业时对密封圈造成伤害。

  3、系列- - -优先选择国标1系列

  在国标《GB/T19228.2-2011 不锈钢卡压式管件组件 第2部分_ 连接用薄壁不锈钢管》条款4.1中明确提出,优先选择1系列,1系列是通用系列,无论是从国标推崭、易采购还是后期维护便捷性等角度,1系列均可列为优选。

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  4、酸洗钝化---优选出厂进行酸洗钝化工艺的产品

  不锈钢是不易生锈的钢,不是完全不生锈的钢,不锈钢之所以不锈,是因为其经过酸洗钝化后表面会生成一层均匀、薄而致密的钝化膜与基材牢固结合,薄壁不锈钢管从钢带加工成管材、管件的过程中,会受到高温氧化、介质腐蚀等原因,表面会产生明显颜色不均匀的斑痕或氧化痕迹,为提高材料的耐腐蚀性及美观性,出厂前必须要进行化学酸洗和钝化工艺处理,经过酸洗钝化的产品如同士兵穿上了一层盔甲,不仅有效提高了不锈钢管的耐蚀性,在特殊、恶劣的工况环境下也保障了不锈钢管的整体使用寿命。

  5、管件壁厚---优先选择不低于同规格管材的产品

  管件的生产方式有三种:胶胀、冷冲、水胀。用胶胀和冷冲工艺生产的管件,因工艺的特性,承压口成型处会不同程度被拉薄,即:管件壁厚低于同规格管材;若管件壁厚低于管材主要有两大弊端:

  ⑴管件壁厚小于管材,在卡压机械作业时,内厚外薄,会造成应力过于集中在较薄的管件,在部份工况下易引发应力腐蚀开裂或小孔腐蚀;

  ⑵管件过薄,管件抓住管材的力量变弱,一定程度上降低了管线连接处的抗拉拔力,增加了管路系统风险及防水锤能力;

  6、管件、管材生产厂家一致

  随着市场需求的迸发和生产厂家的增多,部份新投产的生产企业选择只生产较易生产的管材,比较难加工的管件委外生产,一定程度上会造成管件品控难把关和管材、管件匹配精度产生较大误差,不利于工程质量,建议优选管件、管材生产厂家一致的企业;

  7、管件生产工艺---优选水胀成型工艺

  前述提到,不锈钢管件目前有三种成型工艺:胶胀、冷冲、水胀,胶胀和机械冷冲因工艺的先天缺陷,不可避免的会对管件造成壁厚拉薄及应力伤害,是管件传统制造的诟病,水胀成型工艺起源于德国,早期用于汽车排气管的一体成型工艺,后移植在薄壁不锈钢管的生产加工,其原理是通过模具在管件坯件的两端施加纵向力量,让坯件径向收缩,同时瞬间注入适量的高压力,在双向作用下,使管件瞬间成型,它完美的避免了传统管件生产的弊端,成型后的管件壁厚不减薄,应力也较为均匀,因为水的特性,管件内壁亦不会产生拉伤划痕,从工艺上决定了成品的高品质,建议优选水胀成型工艺。

 
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