淺析薄壁不銹鋼管在軌道交通冷卻循環水系統中的運用

摘要：冷卻循環水系統是空調水系統的重要組成部分，軌道交通冷卻水系統一般為開式系統，水中雜質多，加上冷卻水溫度較高，極易對管道內壁產生腐蝕，因此冷卻循環水管材質不僅要考慮管道水力條件，還應充分考慮水管耐久性、耐腐蝕的要求。近年來，部分城市新建的軌道交通冷卻循環水管開始采用薄壁不銹鋼管代替傳統的三種管材，本文對薄壁不銹鋼管在軌道交通冷卻循環水系統中的運用作一個簡單的分析及展望。

關鍵詞：城市軌道交通;冷卻循環水系統;薄壁不銹鋼管

Abstract：Cooling circulating water system is an important part of air conditioning water system， for the open system， the material of the pipe line should consider not only the condition of water conservancy， but also the durabilityand corrosion resistance， due to the inner wall of the pipes would corroded by the high temperature hot water with impuritie. In recent years， the thin-walled stainless steel pipes are used to replace the traditional three kinds of pipes in the newly built cooling and circulating water pipes of rail transit in some cities. In this paper， the application of thin-walled stainless steel pipe in cooling circulating water system of rail transit is briefly analyzed and prospected.

Keywords：Urban rail transit;Cooling Cycling-water System;Thin-wall Stainless Steel Pipe

1 引言

從1969年10月1日我國第一條地鐵通車至今，全國已有四十個多個城市開通或正在建設城市軌道交通項目，目前已開通的城市軌道交通線路里程達七千多公里，我國已迎來了城市軌道交通建設的高潮。空調冷卻循環水系統對軌道交通的運營及環境有著極為重要的作用，而水管的材質選擇則會直接影響循環冷卻水的最終運行的效果，根據調研發現，三種傳統的冷卻水管材在軌道交通的運用中均有一些弊端，都有發生事故的案例，嚴重影響了軌道交通正常的運營，造成了較大的經濟損失。近年來，隨著國民經濟的快速增長，薄壁不銹鋼管在民建項目包括生活用水系統、直飲水系統、食品管道系統、大型屋面虹吸式排水系統中均得到廣泛的運用，該種材質具有衛生、耐腐蝕、強度高、水力條件好、綠色環保等優點，在一些城市新建的軌道交通項目的冷卻循環水系統中也逐漸開始采用該材質替代傳統的管材，文章就薄壁不銹鋼管在軌道交通冷卻循環水系統中的運用作一個簡單的分析及展望。

2 軌道交通循環冷卻水系統工況分析

軌道交通地下車站項目的冷卻循環水系統一般包括放置在室外地面或者屋頂的開式冷卻塔以及設置在冷凍機房內的冷卻循環泵、水處理儀、冷水機組等，冷卻水管為連接各設備要暴露在室外環境中以及埋地敷設，室外的水管需承受四季溫差、風吹雨淋、土壤的侵蝕，這就對冷卻循環水管外壁的耐腐蝕性提出了較高的要求。在工程建設時，要求對鍍鋅鋼管鍍鋅層被破壞部分及管螺紋露出部分刷防銹漆一道、面漆二道，埋地敷設的鍍鋅鋼管采用四油三布加強防腐。

軌道交通冷卻循環水系統一般為開式系統，由于水和大氣不斷的接觸，會混入各種雜質，同時需要不定期的從市政管網上補充一定的水量，因此冷卻水一般有以下特點：（1）開式系統的水分不斷蒸發，需不定時補充市政自來水，同時由于冷卻水與空氣熱交換時，會混入空氣中各種不確定的成分，導致水質變化復雜（2）空氣中的塵土、細菌、孢子、可溶性氣體進入水體，致使微生物、藻類大量繁殖 [1]（3）水中溶解氧及電解質離子濃度升高，如SO42-、Cl-等，導致金屬內壁發生電化學腐蝕及氧腐蝕的速度加劇（4）冷卻循環水在管道中的流速較慢，按《建筑給水排水設計標準》GB50015-2019第3.11.11條規定，冷卻循環水干管中的流速一般為1～2m/s[2]，并且冷卻水系統的供回水溫度一般在32～37℃左右，較高的溫度導致水中二氧化碳氣體散失，破壞了水中的酸堿平衡，容易在水管內部形成水垢。在平時的運營過程中，維保人員需對冷卻循環水水質進行監測，通過水處理儀、在線清洗裝置、電子除垢儀、調節水流速度等方式減輕水質對管道內壁的腐蝕，延長水管的使用壽命。

3 軌道交通循環冷卻水集中常用管材的比較及分析

軌道交通項目作為百年民生工程，冷卻循環水系統關乎著軌道交通各項設備能否正常運行及空間環境溫度的調節，冷卻水管敷設線路長，甚至穿越站廳公共區，管道若出現問題搶修，極為費時費力，嚴重時甚至導致軌道交通車站無法正常使用，將造成極大的社會負面影響，因此對冷卻循環水系統管道選擇上更偏向于管材的耐久性、耐腐蝕性以及安全性。

目前已開通運營的軌道交通項目中，絕大部分的冷卻循環水系統的管材采用的是鍍鋅鋼管、襯塑（涂塑）鋼管、內襯不銹鋼管三種。

由于鍍鋅鋼管前期投資較小，安裝方便的優勢，鍍鋅鋼管成為了軌道交通冷卻循環水系統中運用最為廣泛的管材，但是鍍鋅鋼管耐腐蝕性、抗氧化性較差，理論使用壽命一般也就20～25年，為了延長鍍鋅鋼管的使用壽命，實際工程上還需再采取一些措施增強鍍鋅鋼管的耐腐蝕性及抗氧化性，比如前文提及的四油三布防腐措施、涂刷防銹漆等，還有一些城市，如上海采用AOP水處理儀，將臭氧溶解并加入到冷卻水中，使用臭氧等強氧化性物質在水中產生一系列自由基反應，分解水中有機物與微生物，同時在金屬表面形成一層致密的氧化膜，減緩管道腐蝕的速度。但是以上的種種措施也只是能稍微減緩管道被腐蝕的速度，另外管道防腐性能的好壞嚴重依賴施工質量，往往一些隱蔽工程最容易先出現問題，根據調研，有些運行10年以上的地鐵線路，每年能從冷卻水管道中沖洗出幾十公斤的銹皮、水垢等，說明管道已經氧化腐蝕嚴重，一旦承壓不夠造成水管破裂，后果不堪設想。

軌道交通冷卻循環水系統中另外一種使用較多的管材就是襯塑鋼管或者涂塑鋼管，襯塑或者涂塑鋼管具有內壁抗腐蝕、耐磨、連接方式可靠的優點，但是這種管材的缺點也是較為明顯，首先是接口處施工復雜、焊接處需回廠補塑，如現場補塑處理不當內壁極易產生脫落，其次作為使用兩種不同材質的復合管，復合處極易應溫差原因造成不同程度的伸縮從而導致內壁脫落，內壁脫落除了使管道內壁失去的抗腐作用，更會對管道造成淤堵，進而影響設備正常運行甚至因高溫損壞，影響地鐵的正常運營。內襯不銹鋼管和襯塑鋼管優缺點類似，在此不再展開討論。

國外發達國家的管道系統在上世紀七八十年代就開始廣泛使用薄壁不銹鋼管，隨著國民經濟的快速增長，薄壁不銹鋼管在我國的民建項目包括生活用水系統、直飲水系統、食品管道系統、大型屋面虹吸式排水系統中得到廣泛的運用。近年來，部分城市新建的軌道交通冷卻循環水管開始采用薄壁不銹鋼管代替傳統的三種管材，如北京地鐵7、8號線、成都地鐵17號線等。薄壁不銹鋼管雖然相較于其他傳統管材價格偏高，但是這種管材具有衛生、耐腐蝕、強度高、水力條件好、綠色環保等優點。根據參考文獻，不銹鋼管在管壁上會形成一層致密的Cr2O3鈍化膜，而冷卻水中的SO42-對不銹鋼沒有負面影響，甚至還會抑制Cl-對Cr2O3鈍化膜侵蝕的敏感性，因此不銹鋼管均有較強耐腐蝕性[3];另外不銹鋼管相較于傳統管材物理性能上也有較強的優勢，不銹鋼管有較強剛度，承壓系數更高，同時管道阻力系數低，具有較好的水利條件，從而降低了設備能耗;從軌道交通日常的運營維保來看，傳統方案一般是通過往冷卻循環水中加化學藥劑來除垢去銹，但是化學藥劑一般具有弱酸性，這種方法難以達到防腐與阻垢的平衡，存在金屬管道內壁腐蝕甚至點蝕，進而影響設備及輸送管道使用壽命，不銹鋼管具有較強耐腐蝕性，不易生銹，平時的管道維護中只需要除垢即可，目前市面上已有針對不銹鋼表面除垢且不帶Cl-的各種除垢劑，這就大大提高了設備及管道維護效率及使用壽命，進而節省了投資。

4 結束語

隨著我國經濟的不斷增長，人們對生活質量要求的不斷提高，薄壁不銹鋼管在軌道交通冷卻循環水系統中的應用將會越來越多，不銹鋼以其優越的性能逐步替代傳統落后的各類管材已是大勢所趨，隨著各種新材料、新技術更多在軌道交通項目上的應用，必將實現城市軌道交通給排水工程質量的提升，推動城市經濟可持續發展。

參考文獻：

[1] 趙亞偉. 王玉秋，空調水系統水質的若干常見問題 [J].建筑熱能通風空調.2003（02）：67-68.

[2] 《建筑給水排水設計標準》（GB50015-2019）

[3] 桑士忠，氯離子濃度對304不銹鋼耐蝕性能的影響[J].企業技術開發，2012（12）：174-176.

（作者單位：上海市隧道工程軌道交通設計研究院）

作者簡介：何浩（1988～），男，碩士研究生，工程師，從事軌道交通工程設計與研究。