內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管在太陽能熱水系統(tǒng)中的應(yīng)用
東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 李文藝
太陽能熱水系統(tǒng)在使用過程受到工作環(huán)境的影響，水質(zhì)和管道會在物理、化學(xué)等作用下發(fā)生變化，產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢等主要問題，而導(dǎo)致無法滿足使用要求，提出經(jīng)濟(jì)的新型解決方案——內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管道系統(tǒng)，并對應(yīng)用前景的經(jīng)濟(jì)性和適用性進(jìn)行了展望。東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 李文藝
前言
在太陽能熱水系統(tǒng)中，管路是系統(tǒng)的重要組成部分。太陽能熱水系統(tǒng)的主要功能是為人們提供生活熱水，與人們的生活安全密切相關(guān)，因而要求太陽能系統(tǒng)管路首先具有耐腐蝕、耐高溫、抗凍和良好機(jī)械性能的特點(diǎn)；其次須對人體無任何損害，也就是管道、管件必須具有良好的衛(wèi)生性能，這兩方面對管路材料提出了很高的要求。本文對比分析各種管道性能及其在太陽能系統(tǒng)中的應(yīng)用，著重介紹內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管的性能和其在太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用及前景。
太陽能熱水系統(tǒng)管路性能要求
（1）太陽能熱水系統(tǒng)主要為了提供生活熱水，所以衛(wèi)生性能是基本要求。這就要求太陽能管路不允許造成污染，應(yīng)滿足“健康第一”的要求；
（2）太陽能熱水系統(tǒng)的主要介質(zhì)為來自市政管網(wǎng)的自來水，管路需要有一定的耐腐蝕性；
（3）由于太陽能熱水系統(tǒng)溫度時(shí)刻在由低到高或由高到低變化，這就要求太陽能熱水系統(tǒng)管路的材料具有熱膨脹系數(shù)小和耐冷熱水沖擊的抗疲勞性能；
（4）太陽能系統(tǒng)高溫決定了系統(tǒng)必然會產(chǎn)生水垢，需要系統(tǒng)管路不易結(jié)垢或具有自動清理水垢的能力；
（5）太陽能熱水系統(tǒng)有可能達(dá)到介質(zhì)的沸點(diǎn)高溫，故管路耐高溫性能必不可少；
（6）對于承壓太陽能系統(tǒng)來說，管路必須能承受0.6MPa以上的壓力；
（7）太陽能系統(tǒng)管路的要求有一定的坡度，需要管路具有一定的強(qiáng)度剛性，管路材料強(qiáng)度是關(guān)鍵性的指標(biāo)；
（8）施工安裝也是太陽能熱水系統(tǒng)的重要部分，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的重要工序，因此方便、安全、可靠、成熟的連接方式是管路系統(tǒng)的必要條件；
（9）作為建筑物的配套設(shè)備一部分，太陽能系統(tǒng)管路還要求有相應(yīng)的壽命要求和經(jīng)濟(jì)性能。
太陽能常用管材的性能及特點(diǎn)
目前，太陽能系統(tǒng)中最常用的管材主要有：塑料管、金屬管、塑料金屬復(fù)合管。
1. 塑料管
塑料管是合成樹脂加添加劑熔融成型加工而成的制品。常用的塑料管種類有：硬聚氯乙烯管（PVC-U）、高密度聚乙烯管（PE-HD）、交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）、無規(guī)共聚聚丙烯管（PP-R）、聚丁烯管（PB）、工程塑料丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）等。
塑料管的使用溫度及耐熱性能決定了PVC-U、PE、ABS僅能用于冷水管，而PE-X、PP、PB則可用于熱水管。但塑料的材料強(qiáng)度僅為鋼的1/10左右，故塑料管的低材料強(qiáng)度剛性決定了不適宜作為太陽能熱水系統(tǒng)管路。
2 .金屬管
金屬管主要包括鍍鋅鋼管、鑄鐵管、不銹鋼管。
鑄鐵管與鍍鋅鋼管相比具有易腐蝕、造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于埋地敷設(shè)，大量被用于消防、排水管。隨著社會的不斷進(jìn)步和人們安全意識的提高，鑄鐵管正在逐步退出市場。
鍍鋅鋼管分熱鍍鋅鋼管和冷鍍鋅鋼管兩種，熱鍍鋅鋼管鍍鋅層厚，具有鍍層均勻，附著力強(qiáng)，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。冷鍍鋅工藝成本低，其本身的耐腐蝕性熱鍍鋅鋼管相差很多，在含氯的自來水中，鋅層的腐蝕量為0.12g/㎡•d，如果鋅層厚度為500g/㎡，耐蝕壽命為11.4年；如果鋅層厚度為300g/㎡，耐蝕壽命為6.8年。鍍鋅管的使用曾經(jīng)在冷熱水管路中占主導(dǎo)地位，但由于鍍鋅管的衛(wèi)生性能較差、易結(jié)垢的特點(diǎn)，決定了其逐漸被太陽能熱水系統(tǒng)所淘汰。
不銹鋼管自20世紀(jì)發(fā)明以來憑借其優(yōu)良的性能和漂亮的外觀在所有管材的發(fā)展中成為一枝獨(dú)秀。其優(yōu)點(diǎn)為：滿足健康要求、安全衛(wèi)生，可保持水質(zhì)純凈對人體健康沒有任何影響；不銹鋼含鉻，在鋼管表面氧化后形成厚0.03～0.05×10-6mm的致密的鈍化膜，阻止金屬繼續(xù)氧化；而碳鋼氧化后成為粉末。使用溫度范圍極廣，可在-270℃～400℃的溫度下長期安全工作（這也是其他任何塑料管材都無法比擬的）；它是一種環(huán)保材料，不含環(huán)境污染物（無鉛、無聚氯乙烯、無環(huán)境荷爾蒙等），可無數(shù)次再生，100％回收利用材料；具有很高的強(qiáng)度和耐腐蝕性、可靠耐用、長壽命、低維護(hù)，大大降低了水管的滲漏率；具有優(yōu)越的流通性能和較好的保溫性能可節(jié)約能源、降低能耗。缺點(diǎn)為：目前價(jià)格較貴，大范圍推廣起來有困難。
3 .塑料金屬復(fù)合管
塑料金屬復(fù)合管一般以金屬作支撐材料，內(nèi)襯以環(huán)氧樹脂和水泥為主，它的特點(diǎn)是重量輕、內(nèi)壁光滑、阻力小、耐腐蝕性好。根據(jù)材料不同可分為：鋼塑復(fù)合管；不銹鋼-塑復(fù)合管、塑覆不銹鋼水管、塑覆銅管、鋁塑復(fù)合管、交聯(lián)鋁塑復(fù)合管、襯塑鋁合金管。
塑料復(fù)合管中塑料熱膨脹系數(shù)為鋼的10倍，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)不一致，常導(dǎo)致使用中兩種材料產(chǎn)生分層，故塑料復(fù)合管不適宜作為太陽能管路；同時(shí)由于鋁塑復(fù)合管、交聯(lián)鋁塑復(fù)合管、襯塑鋁合金管材質(zhì)的剛性太差，也不適宜作為太陽能管路。
內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管性能特點(diǎn)
通過以上分析，塑料管、金屬管、塑料金屬復(fù)合管不能完全滿足太陽能熱水系統(tǒng)的性能要求。
早在2000年1月1日開始實(shí)施的《關(guān)于在住宅建設(shè)中淘汰落后產(chǎn)品的通知》中規(guī)定：自2000年6月1日起，在城鎮(zhèn)新建住宅中，禁止使用冷鍍鋅鋼管用于室內(nèi)給水管道，并根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況逐步禁止使用熱鍍鋅鋼管，推廣應(yīng)用新型復(fù)合管材。這項(xiàng)規(guī)定給新型管材的推廣和應(yīng)用提供了廣闊的平臺。內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管以其優(yōu)異的性能，成為更理想的管道升級換代產(chǎn)品。
1內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管簡介
內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管又名雙金屬復(fù)合管，顧名思義，是以鋼管作為基管，通過爆炸復(fù)合法、液壓復(fù)合法、拉拔復(fù)合法或機(jī)械旋壓法等復(fù)合工藝將不銹鋼內(nèi)襯管與基管復(fù)合的雙金屬管材。
3.2 內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管性能和技術(shù)特點(diǎn)
內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管兼顧了其內(nèi)外兩層管材的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了它們各自的缺點(diǎn)，是理想的給水管材，其主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：
（1）具有良好的機(jī)械性能，結(jié)合強(qiáng)度高；
由于內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管內(nèi)外兩層均為金屬材料，外管為碳鋼管其抗壓、抗沖擊性強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度大，兩種金屬材料熱膨脹系數(shù)相近，不會產(chǎn)生內(nèi)外層分離現(xiàn)象，大大提高了供水的安全性。
（2）防銹耐腐蝕性好，且耐熱耐寒；
內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管外層鋼管防腐層可按規(guī)定做成熱鍍鋅層，也可做成環(huán)氧或3PE防腐層，安全可靠。內(nèi)層不銹鋼材質(zhì)由于具有防銹和耐氧化、耐酸堿、耐晶間腐蝕性等良好化學(xué)性能，其防銹和防蝕比其它材質(zhì)優(yōu)越。不銹鋼材質(zhì)工作溫度耐熱可達(dá)350℃，耐寒可達(dá)-270℃，可以完全滿足給水用管材的要求。
（3）安裝便捷，工藝簡單；
內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管，可焊接、螺紋連接、法蘭連接和溝槽連接，安裝同傳統(tǒng)鍍鋅鋼管和鋼塑復(fù)合管一樣，DN100以下管道采用螺紋連接、DN100以上管道采用法蘭或溝槽連接，工藝簡單，安裝工人不需要專門培訓(xùn)。
（4）衛(wèi)生環(huán)保、安全性好；
由于內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管內(nèi)壁光滑，管內(nèi)流體阻力小，不易結(jié)垢，且不銹鋼材質(zhì)化學(xué)性能穩(wěn)定，在使用過程中不受流體腐蝕，不銹鋼管本體無雜質(zhì)進(jìn)入流體，所以流體無污染。內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管與不銹鋼復(fù)合管件配套連接，加上對接頭螺紋和端面的無毒防銹處理，可以有效防止對水質(zhì)造成的二次污染。尤其江蘇眾信綠色管業(yè)科技有限公司獨(dú)有的全屏蔽雙密封螺紋管件連接專利更是首次徹底解決了內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管的連接密封問題，避免鋼管端面和流體接觸。
1-可鍛鑄鐵管件；2-注塑成型的塑料填充層；3-注塑成型的橡膠密封圈；4-不銹鋼內(nèi)襯層；5-端部加工螺紋的外層基管
圖2 內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管與管件的連接示意圖
（5）性價(jià)比優(yōu)。
內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管的造價(jià)只有不銹鋼管的三分之一的價(jià)格，薄壁不銹鋼管的三分之二的價(jià)格，紫銅管的五分之一價(jià)格。
表1 內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管與其它常用管材的主要性能比較
內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管與太陽能管路的適用性
通過對太陽能的性能要求及太陽能常用管道、內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管道性能的比較分析發(fā)現(xiàn)，在衛(wèi)生性能、耐腐蝕性、耐熱性能、熱膨脹性、結(jié)垢性能、耐壓性能、強(qiáng)度剛性、施工難度、使用壽命、性價(jià)比等方面，內(nèi)襯不銹鋼更加適用于太陽能熱水系統(tǒng)管路。
結(jié)束語
管材是太陽能熱水系統(tǒng)的重要組成部分，內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管是近年來在太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛的新型管材，這得益于其工藝先進(jìn)、安全、環(huán)保以及性價(jià)比高，完全能滿足太陽能熱水系統(tǒng)管路的性能要求。但為了確保太陽能熱水系統(tǒng)的質(zhì)量，我們使用者除了要充分了解內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管的性能和特點(diǎn)，還要熟悉相關(guān)的施工技術(shù)，使管材達(dá)到其最佳的使用效果。目前，針對類似內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管這種新型復(fù)合金屬管材，國家已出臺相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和圖集，如CJ/T192-2004、CECS205-2015、GB/T31940-2015，這大大有助于這種新型給水管材的發(fā)展和應(yīng)用。
管材是太陽能熱水系統(tǒng)的重要組成部分，內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管是近年來在太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛的新型管材，這得益于其工藝先進(jìn)、安全、環(huán)保以及性價(jià)比高，完全能滿足太陽能熱水系統(tǒng)管路的性能要求。但為了確保太陽能熱水系統(tǒng)的質(zhì)量，我們使用者除了要充分了解內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管的性能和特點(diǎn)，還要熟悉相關(guān)的施工技術(shù)，使管材達(dá)到其最佳的使用效果。目前，針對類似內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管這種新型復(fù)合金屬管材，國家已出臺相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和圖集，如CJ/T192-2004、CECS205-2015、GB/T31940-2015，這大大有助于這種新型給水管材的發(fā)展和應(yīng)用。
