淺談304薄壁不銹鋼管道在地鐵空調水系統的適應性

成都康泰不銹鋼管業有限公司_陳蹤宇

淺談304薄壁不銹鋼管道在地鐵空調水系統的適應性

成都康泰不銹鋼管業有限公司_陳蹤宇

前言

國內地鐵空調水系統一直以來采用的是傳統的金屬管道，即鍍鋅管和無縫鋼管。但是在實際運行過程中，因傳統金屬管道內壁存在嚴重腐蝕問題，產出的大量銹渣對空調冷凝管會造成嚴重磨損，而導致冷凝塔損壞；空調冷卻水的溫度較高而極易產生結垢問題，因此需要加除垢劑（地鐵系統俗稱“加藥”），對結垢進行定期的清理。因除垢劑多為酸性物質，這又加重了管道內壁的銹蝕，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，甚至會引起空調壓縮機超負荷而損毀，嚴重影響設備的穩定安全運行；同時對于該管路系統的頻繁日常維修、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，全線空調冷卻水管路氧化腐蝕嚴重，而沒有非空調季管道水養護的條件更加快了管道銹蝕的過程，僅國貿站循環冷卻水管路部分，每年平均沖洗清理出腐蝕產物（銹皮、水垢 ）80～100kg，管壁逐年減薄，承壓安全系數不斷降低，而循環水管路分布于車站站臺、風道和設備間，水量較大，一旦因強度不夠造成管道破裂，其后果不堪設想。

而采用內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，極易出現兩種材料分層、剝落而使得管路系統失去防腐功能，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”空調循環水，采用的涂塑鋼管內涂塑層脫落，引起管路系統堵塞，最終導致空調主機負荷過大出現過熱燒毀事故；北京地鐵10號線安裝不久的襯塑鋼管內層塑管分層脫落，導致管路堵塞，空調系統無法運行而全線整改搶修等。

我們知道在地鐵建設投資中，這些管道系統占比是非常小的，但對地鐵正常運行卻至關重要。當這些管道出現問題而搶修時，除了產生大量后期維修、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的運行穩定性，大大降低后期維護成本，將成為地鐵空調系統管道的選擇標準。

而目前國內工業及民用市場上，已經大量運用的、非常成熟的304薄壁不銹鋼管以其優良的耐腐蝕性能，正在成為各種傳統管道升級替代的優選管材，但是這種優質管材是否完全滿足地鐵空調水系統的各種工況條件呢？

地鐵空調水系統的組成

地鐵空調水系統主要分為冷凍水、冷卻水系統，如下圖所示。

地鐵空調冷凍水系統工況

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℃，整個水系統為閉合狀態，不存在水總量的損失，因此水中各種物質的含量及濃度不會發生變化，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一樣，已經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：《企業技術開發》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，衛生部會同標委會2006年正式頒布的《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006，規定自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指標及要求

表2飲用水中消毒劑常規指標及要求

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，實際到達管網末端時Cl-含量已經很低了，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倍估算空調冷卻水中

地鐵空調冷卻水系統工況

1.該系統一般是開式系統，因此會存在該系統總水量的損失，在進行補水之前會引起該系統水中各種物質含量及濃度升高，其中包括對不銹鋼材質耐蝕性能有影響的氯根離子Cl-、硫酸根離Cl-最高濃度，應該是20 mg/L。那么，薄壁不銹鋼管道在冷卻水系統運行溫度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CJJ/T154-2011《建筑給水金屬管道工程技術規程》之4.2.8關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，當水溫度在40℃以內時，可以允許Cl-含量為200mg/L，當水溫超過40℃時，Cl-含量標準應小于50 mg/L。而實際空調冷卻水系統的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，可以得出結論：304薄壁不銹鋼管道的耐腐蝕性能，完全滿足地鐵空調冷卻水系統的運行工況。

地鐵空調冷卻水系統除垢工況

1.因為地鐵空調冷卻水系統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，極易導致管路系統結垢，嚴重影響換熱效率，同時增加了系統運行的能耗，甚至還會因為管壁結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進行定期的除垢處理。

2.目前地鐵空調水系統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、磷酸等目前國內主要在工業上用作金屬除銹，而鹽酸腐蝕性強，目前國內很少用于金屬的除銹。

3.因為目前國內地鐵空調水系統的管道大多還是傳統的鍍鋅鋼管、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部腐蝕問題不易解決，這樣導致管壁內表面同時存在的腐蝕生銹和結垢現象，因此目前使用的除垢劑其功能是在除垢的同時，還必須對空調管道內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系統時，因其具有較強的耐腐蝕特性使得管壁內不存在鐵銹，因而采用的除垢劑僅僅需要滿足除垢功能即可。隨著國內不銹鋼材料的大量使用，日常生活用品、工業設備的很多部件或系統都采用了不銹鋼材質，比如中央空調系統的水泵機組內膽、冷凝器、冷卻水箱、冷卻塔部件等，而市面上已經有很多成熟的針對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，針對地鐵空調管路系統的除垢操作，對采用304薄壁不銹鋼管道的空調管路系統是沒有任何影響的。

結束語

自20世紀70、80年代開始在國外發達國家大量使用的、且運用非常成熟的304薄壁不銹鋼管道系統，能夠很好的滿足地鐵空調系統的各種特殊工況條件，是升級替代傳統鍍鋅管、無縫鋼管的理想管道材料，可以很好的徹底解決傳統管道腐蝕生銹等造成系統運行故障的問題，在提升系統運行穩定性、耐用性的同時，真真做到系統管路后期免維護，從而在系統運行中的維修、維護及可順延改造更新方面，節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冷卻水系統改造方案研究》。《都市快軌交通》 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》。《企業技術開發》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）《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）

（5）《建筑給水金屬管道工程技術規程》CJJ/T154-2011

（6）空調系統示意圖摘自《地鐵通風與空調系統維護：中央空調的結構和原理 33頁》道客巴巴網站2012-08-17