浅谈304薄壁不锈钢管道在地铁空调水系统的适应性

成都康泰不锈钢管业有限公司_陈踪宇

浅谈304薄壁不锈钢管道在地铁空调水系统的适应性

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前言

国内地铁空调水系统一直以来采用的是传统的金属管道，即镀锌管和无缝钢管。但是在实际运行过程中，因传统金属管道内壁存在严重腐蚀问题，产出的大量锈渣对空调冷凝管会造成严重磨损，而导致冷凝塔损坏；空调冷却水的温度较高而极易产生结垢问题，因此需要加除垢剂（地铁系统俗称“加药”），对结垢进行定期的清理。因除垢剂多为酸性物质，这又加重了管道内壁的锈蚀，当锈渣和水垢粘合在一起，就会对冷凝管造成严重堵塞，较易引起压缩机温度升高、制冷量不断下降，能耗损失较大，甚至会引起空调压缩机超负荷而损毁，严重影响设备的稳定安全运行；同时对于该管路系统的频繁日常维修、维护、更换改造等造成后期隐形成本的大量浪费。以北京地铁复八线为例，全线空调冷却水管路氧化腐蚀严重，而没有非空调季管道水养护的条件更加快了管道锈蚀的过程，仅国贸站循环冷却水管路部分，每年平均冲洗清理出腐蚀产物（锈皮、水垢 ）80～100kg，管壁逐年减薄，承压安全系数不断降低，而循环水管路分布于车站站台、风道和设备间，水量较大，一旦因强度不够造成管道破裂，其后果不堪设想。

而采用内壁防腐处理的复合管材，如衬塑钢管、涂塑钢管，施工过程中断管后端头防腐处理工艺复杂、困难，极易导致分层；虽然管道内部做了防腐处理，但因为是两种不同材料复合，受冷热的伸缩率差距10倍以上，极易出现两种材料分层、剥落而使得管路系统失去防腐功能，使用寿命大大缩短；更为严重者可在较短的时间就会因复合层分层、剥落造成管路堵塞，引起空调压缩机超负荷而损毁，将直接影响地铁线路的正常运行。如西安地铁2号线“南稍门站”空调循环水，采用的涂塑钢管内涂塑层脱落，引起管路系统堵塞，最终导致空调主机负荷过大出现过热烧毁事故；北京地铁10号线安装不久的衬塑钢管内层塑管分层脱落，导致管路堵塞，空调系统无法运行而全线整改抢修等。

我们知道在地铁建设投资中，这些管道系统占比是非常小的，但对地铁正常运行却至关重要。当这些管道出现问题而抢修时，除了产生大量后期维修、维护费用，同时因为事故导致地铁线路无法正常运行的话，将带来较大的负面社会影响。因此，如何有效提高管路系统的运行稳定性，大大降低后期维护成本，将成为地铁空调系统管道的选择标准。

而目前国内工业及民用市场上，已经大量运用的、非常成熟的304薄壁不锈钢管以其优良的耐腐蚀性能，正在成为各种传统管道升级替代的优选管材，但是这种优质管材是否完全满足地铁空调水系统的各种工况条件呢？

地铁空调水系统的组成

地铁空调水系统主要分为冷冻水、冷却水系统，如下图所示。

地铁空调冷冻水系统工况

冷冻水的水源来自市政自来水，运行中的水温为冷冻供水7℃左右，冷冻回水12℃，整个水系统为闭合状态，不存在水总量的损失，因此水中各种物质的含量及浓度不会发生变化，在此工况下运行对304薄壁不锈钢管道的耐腐蚀性能没有任何影响，因为这种工况与日常的普通建筑冷水系统一样，已经在长时间的工程项目运用中得到了证明。子SO42-，并且浓度可能升高到日常的4-5倍；同时，该水系统的供回水温度一般在32-37℃左右，温度较高；这两种因素是否会导致304薄壁不锈钢管道耐腐蚀性能的降低呢？

2.我们知道不锈钢之所以具有很好的耐腐蚀性能，主要是因为不锈钢表面会自然的覆盖一层致密的钝化膜（Cr2O3），而Cl-是对不锈钢钝化膜最重要的侵蚀性离子。通过查阅大量的技术文献资料、标准，我们得到：冷却水中的SO42-对304不锈钢耐腐蚀性能是没有影响的，甚至还会明显抑制Cl-对304不锈钢钝化膜的侵蚀的敏感性。（参考文献：《企业技术开发》2012年12月第31卷第35期桑士忠《氯离子浓度对304不锈钢耐蚀性能的影响》；北京大学硕士论文《304不锈钢在含氯离子循环冷却水中腐蚀敏感性的影响》等）

3.而对于自来水中Cl-含量标准，卫生部会同标委会2006年正式颁布的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006，规定自2007年7月1日起全面实施），其中4.1.6明确自来水中消毒剂含量标准如下表：

表2　饮用水中消毒剂常规指标及要求

表2饮用水中消毒剂常规指标及要求

从以上表中可以得知，市政自来水从水厂输出时的最高限值为4mg/L，实际到达管网末端时Cl-含量已经很低了，国标要求不低于0.05 mg/L就行。我们按自来水出厂时最高限值的5倍估算空调冷却水中

地铁空调冷却水系统工况

1.该系统一般是开式系统，因此会存在该系统总水量的损失，在进行补水之前会引起该系统水中各种物质含量及浓度升高，其中包括对不锈钢材质耐蚀性能有影响的氯根离子Cl-、硫酸根离Cl-最高浓度，应该是20 mg/L。那么，薄壁不锈钢管道在冷却水系统运行温度40℃、Cl-浓度达到20 mg/L时，是否超过304不锈钢的耐蚀标准限值呢？

4.依据CJJ/T154-2011《建筑给水金属管道工程技术规程》之4.2.8关于不锈钢耐蚀标准中氯化物含量限值如下表：

从上表所知，针对304不锈钢材质，当水温度在40℃以内时，可以允许Cl-含量为200mg/L，当水温超过40℃时，Cl-含量标准应小于50 mg/L。而实际空调冷却水系统的Cl-含量最高为20 mg/L（实际值远远小于该值），完全低于以上标准限值，因此，可以得出结论：304薄壁不锈钢管道的耐腐蚀性能，完全满足地铁空调冷却水系统的运行工况。

地铁空调冷却水系统除垢工况

1.因为地铁空调冷却水系统运行时的供回水温度一般在32-37℃左右，温度高于常温，其水源为市政自来水而具有一定硬度，极易导致管路系统结垢，严重影响换热效率，同时增加了系统运行的能耗，甚至还会因为管壁结垢后管路通径缩小而使得冷却水流量不足或压力降低导致停机，因此需要对冷却水管路系统进行定期的除垢处理。

2.目前地铁空调水系统除垢剂的主要成分都是有机弱酸、渗透剂、缓蚀剂等，兼具除垢和除锈功能，如氢氟酸、HAC（乙酸）、柠檬酸钠对各种水垢效果较好，柠檬酸、磷酸等目前国内主要在工业上用作金属除锈，而盐酸腐蚀性强，目前国内很少用于金属的除锈。

3.因为目前国内地铁空调水系统的管道大多还是传统的镀锌钢管、无缝钢管、衬塑或涂塑钢管，在实际运行过程中，金属类管带来的问题是管道内部腐蚀问题不易解决，这样导致管壁内表面同时存在的腐蚀生锈和结垢现象，因此目前使用的除垢剂其功能是在除垢的同时，还必须对空调管道内壁的铁锈同步进行清理。

4.当304薄壁不锈钢管道运用在地铁空调系统时，因其具有较强的耐腐蚀特性使得管壁内不存在铁锈，因而采用的除垢剂仅仅需要满足除垢功能即可。随着国内不锈钢材料的大量使用，日常生活用品、工业设备的很多部件或系统都采用了不锈钢材质，比如中央空调系统的水泵机组内胆、冷凝器、冷却水箱、冷却塔部件等，而市面上已经有很多成熟的针对304不锈钢材料的除垢剂，不含对不锈钢钝化膜有侵蚀作用的氯离子。因此，针对地铁空调管路系统的除垢操作，对采用304薄壁不锈钢管道的空调管路系统是没有任何影响的。

结束语

自20世纪70、80年代开始在国外发达国家大量使用的、且运用非常成熟的304薄壁不锈钢管道系统，能够很好的满足地铁空调系统的各种特殊工况条件，是升级替代传统镀锌管、无缝钢管的理想管道材料，可以很好的彻底解决传统管道腐蚀生锈等造成系统运行故障的问题，在提升系统运行稳定性、耐用性的同时，真真做到系统管路后期免维护，从而在系统运行中的维修、维护及可顺延改造更新方面，节约了大量的材料和人工成本。

（1）梅棋、朱玉平、魏广宏、周炜 《北京地铁复八线循环冷却水系统改造方案研究》。《都市快轨交通》 2005年05期

（2）桑士忠《氯离子浓度对304不锈钢耐蚀性能的影响》。《企业技术开发》2012年12月第31卷第35期；

（3）曲秀华《304不锈钢在含氯离子循环冷却水中腐蚀敏感性的影响》。北京大学硕士论文2008年9月17日

（4）《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）

（5）《建筑给水金属管道工程技术规程》CJJ/T154-2011

（6）空调系统示意图摘自《地铁通风与空调系统维护：中央空调的结构和原理 33页》道客巴巴网站2012-08-17