不锈钢管在雄安商务服务中心项目消防系统中的应用探索

张 宇

（深圳市建筑科学研究院股份有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

目前，消防系统普遍采用镀锌钢管作为消防给水管材，由于管材内部腐蚀造成系统老化或瘫痪而不能达到建筑设计使用年限已成为一个普遍现象。不锈钢管耐腐蚀能力强，可伴随建筑全生命周期稳定运行。受限于一次性投资较大，国内尚无大规模采用不锈钢管材作为消防给水管材的先例。因此需要在不锈钢管连接方式和管材壁厚的选用等方面展开探索。

1 项目概况

雄安商务服务中心项目是雄安新区首个标志性城市建筑群，也是雄安新区首批率先开工建设的房建项目，对于承接北京非首都功能疏解落地实施具有重大意义，将成为雄安新区最具重大影响力的名片项目之一。项目总建筑面积约 92 万 m2，其中地上 58 万 m2，地下 34 万 m2，最大建筑高度 74.07 m，功能主要包括雄安会展中心、酒店、商务办公用房、专家公寓、服务型公寓、幼儿园、商业以及地下环廊、地下停车场等。配备有电影院、泳池、健身房等各类配套设施。

2 选择不锈钢管材的原因

2.1 提升消防系统可靠性和使用寿命

消防水系统作为紧急情况下消防储备系统，在火灾发生时能够提供充足的高压用水，因此，消防水系统必须可靠运行，管道内一旦产生锈蚀，轻则锈蚀产物减小管道有效截面，提高管道摩阻系数，致流量和水压达不到消防要求；重则造成管道漏水、爆管等严重事故。我国高层建筑中很多已有较长使用年限，这些建筑中消防水系统现状不容乐观，腐蚀问题普遍存在，严重的已经达不到消防要求［1］。雄安新区是“千年大计，国家大事”，新区建设应遵循“高标准，严要求”，应从选材开始，从根本上提升消防系统可靠性和使用寿命。

2.2 “地下公共环廊”特殊消防设计

本项目地下一层主要功能为：展厅、商业、酒店配套用房、设备房、车库等多种使用功能，设计中采用了“地下公共环廊”有机串联地下不同功能区域，此区域采用消防工程学的方法进行性能化设计，属于一种特殊形式的地下空间，如图1 所示。参照 DB13（J）8330《雄安新区地下空间消防安全技术标准》，室内消火栓系统和自动喷水灭火系统应采用不锈钢管等防腐性能好的管材。本项目不锈钢管材应用于消防系统的经验可以为雄安新区地下空间后续项目提供参考。

图1 地下公共环廊范围示意图

3 现行规范、标准的相关解读

现行规范和标准对于不锈钢管材可应用于消防系统已有明确表述，如表1 所示。

通过表1，对于不锈钢管材应用于消防系统，现行规范和标准［2，3］都有充足的依据支撑，针对自动喷水灭火系统还有相关的技术规程，但是对于管材是否为焊接不锈钢管，不同的规范之间也存在矛盾之处或未做详细说明。

表1 现行规范对于消防系统应用不锈钢管的表述

4 管道连接方式的选择

管道连接方式的选择需要考虑系统工作压力、管径、连接的可靠性，质量的一致性，施工与维修的便利性和成本等因素，不锈钢管常用的连接方式有氩弧焊接、挤压式连接（包括卡压、环压等）、法兰连接、螺纹连接、沟槽连接等。不同连接方式间的对比如表2 所示。

表2 不锈钢管不同连接方式的对比

通过表2 可以看到，氩弧焊接虽对于管径和压力范围适应性较好，但是焊接质量取决于焊工水平，质量一致性难以保证，后期维修只能通过切割方式，便利性较低；挤压式连接适用于薄壁不锈钢管道，如有卡压不均匀，胶圈老化等情况，极易出现漏水，因此可靠性较低；螺纹连接和沟槽连接通过对管道接口进行加工，再配合标准管件，可靠性和质量一致性上有保障，拆装便捷，节约人工成本，这两种连接方式常用于镀锌钢管的消防系统之间管道连接，对于安装工人更为熟悉。因此本项目管径≤DN50 采用螺纹连接，管径＞DN50 采用沟槽连接。

5 管道壁厚的选择

管道壁厚的合理选择对于系统的安全性、耐久性以及经济性有较大影响，不锈钢管应用于消防系统，相关规范中对于壁厚选取未有明确表述。通过对不锈钢管道壁厚进行研究，找到影响壁厚选择的主要影响因素，对于缩短施工周期，节约资源有重要意义。

当直管计算厚度ts小于管子外径Do的 1/6 时，关于管壁设计厚度tsd如式（1）～式（3）所示：

式中：ts为直管计算厚度，mm，如表3 所示；P为设计压力，MPa；Do为管子外径，mm；［σ］t为在设计温度下材料的许用应力，MPa；设计温度在 150 ℃ 以下，取138；Ej为焊接接头系数，0.8～1.0；tsd为直管设计厚度；C为厚度附加量之和；C1为厚度减薄附加量；C2为腐蚀或磨蚀附加量；Y为系数，奥氏体钢在温度≤482 ℃ 时，取 0.4。

表3 直管计算厚度 ts 计算

因螺纹连接的外螺纹需要现场加工，厚度减薄附加C需要考虑锥螺纹深度和锥度带来的管壁减薄，如图2 所示。

图2 圆锥外螺纹主要尺寸分布位置

管壁减薄量C1由牙高h及螺纹有效长度下锥度加工来控制，我国管道连接管螺纹常用 55°密封管螺纹，锥度为 1:16，如图3 所示。

图3 圆锥螺纹设计牙型

根据以上，可计算管道厚度附加量，其中磨蚀附加量取值 0.6 mm，主要考虑管道接口加工精度误差及磨损量，管道厚度附加量计算如表4 所示。

表4 管道厚度附加量之和 C 计算 mm

经过最终计算，设计管道厚度最终取值如表5 所示，相比 GB/T 3091-2015《低压流体输送用焊接钢管》标准中普通钢管壁厚平均减小了 12.1 %，具备一定的经济意义。

表5 设计厚度取值

6 实施过程中遇到的问题和经验

6.1 案例匮乏 推行困难

在目前的已知范围内，国内民用建筑尚无将不锈钢管大规模应用于消防系统的案例。施工单位以无实际案例、不会加工、工艺不成熟和可能存在安全隐患为由抗拒实施。目前业内拥有最多不锈钢消防系统应用案例的是美国唯特利公司的沟槽连接件产品，通过对美国唯特利在大连工厂进行考察后，确定工艺成熟，具备可实施性，以此打消了各方顾虑。

6.2 不锈钢管硬度高

沟槽连接不锈钢管通常采用滚槽方式对沟槽进行加工，S30408 不锈钢材质布氏硬度约 180 HB，常用镀锌钢管 Q235B 材质布氏硬度约 120 HB，因此采用常规滚槽机对不锈钢管进行加工会发生沟槽深度加工不到位造成卡压不严漏水、反复多次滚压效率低等问题，因此应选用专用的不锈钢管开槽辊对沟槽进行加工。类似的问题也存在螺纹加工过程中，对于刀具的选择需要与不锈钢管硬度匹配。

7 结语

不锈钢管具有良好的耐腐蚀特性，不仅给消防系统的安全可靠运行提高了保障，也给后期维护保养极大地减少了工作量，但不锈钢系统一次投资费用大，系统设计时应结合实际情况和理论计算选择合适的连接方式和壁厚以节约成本。消防系统管材采用不锈钢管不论从规范的支撑还是理论分析均具备可行性，并已在雄安商务服务中心项目中得以应用。本文仅针对螺纹连接管道进行壁厚计算分析，其他连接方式对于壁厚的影响是有待相关研究者解决的问题。面对不锈钢材质成本高的问题，随着行业发展，推动研发出安全可靠、经济合理的连接方式指日可待。Q