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供水系统腐蚀漏损的永久性解决方案:不锈钢波纹水管

发表时间:2020-02-27 09:59来源:扬子不锈钢管业

导语

在水资源日益紧张的当今世界,保护节约水资源,降低漏损率,已经成为全球共识。我国城市供水系统需要解决的重要问题是管网漏损。根据我国654个城市的统计数据,目前我国自来水平均漏损率约为18%,欠发达地区最高可达70%。而日本东京和韩国首尔供水管网目前的漏损率均在3%以下,达到世界领先水平。可是你知道吗,东京和首尔若干年前的管网漏损率也曾分别高达15%和27%,那么,使它们水漏损率大幅下降的秘密武器是什么呢 -- 不锈钢波纹给水管道。



   项目实施背景


全球很多城市,无论富裕还是贫穷,都受到供水系统漏损问题的困扰。下图是各大城市水漏损率。


资料来源:经合组织(《城市水治理》,2014年)



2011-2018 设备费用支出细目



供水系统漏损导致的费用损失不仅仅是本身水量损失的费用,还包括由此发生的其它额外费用,如缺水需要寻找、处理和储存更多的水。

北美洲的很多供水公司都不确切了解自身系统中的水漏损程度。东京和台北已确认在漏损维修总数中,约有95%发生在50毫米(2英寸)或以下直径的给水管中。过去,这两个城市的给水管是由铅、铁或塑料制成的。

一旦给水管道被埋入地下,则各种作用力,例如:

  • 人流、车流和工程施工引起的振动;

  • 沉降;

  • 地震

都会导致管道变形、脱落甚至断裂。

材质不佳的管道不仅存在漏损问题,还会引发健康问题,因此需要加快这些管道的更换。


东京和台北等城市是如何降低供水漏损率的?


东京供水系统概况

来源:东京水务局



1980年,为了解决漏损难题,东京市从以下三个方面采取措施:
  • 将现有给水管道更换为316(UNS S31600)不锈钢管,铸铁主管道更换为球墨铸铁管道

  • 改善漏损检测

  • 改善检测到漏损时的响应时间


1998年又引入了316不锈钢波纹管取代直管和管接件。管道按一定的长度间隔形成波纹,因此很容易在安装时弯曲以适应方向变化而无需额外的接头。管道还能吸收振动、土地沉降和地震活动所带来的应力。通过采用单根波纹管,大大减少了管接头数量。


316L不锈钢波纹管


东京成功降低水漏损率的经验引起了台北和首尔当局的注意。2003年,台北启动了与东京类似的计划。台北在2002年经历了严重的干旱,导致居民在49天内只能获得间断供水。在台北全部450个计量区域当中,40%区域内的居民得水率不超过50%。


传统输水管线 vs 柔性输水管线




东京台北等地更换不锈钢波纹水管后效果喜人


从1994年至今,东京每年的水漏损量减少了近375亿加仑,每年节省费用2亿美元以上。从2002年至今,台北每年的水漏损量减少了约386亿加仑。更重要的是,台北在2014年那场比2002年(这场旱灾促使不锈钢水管项目的启动)更严重的旱灾中,很好地保证了连续供水并有结余。


东京、首尔和台北项目实施结果

来源:国际不锈钢论坛



东京不锈钢水管安装情况与修理次数、漏损率之间的相关关系




采用不锈钢波纹水管有什么优点 ?


不锈钢的优势 + 柔性波纹管的优势





为什么选用316不锈钢 ?


1

给水管道的埋地使用环境


连接给水主干管与用户之间的管道



由于管道埋地使用,土壤对材料的腐蚀行为有影响。埋在地下的钢管可能会受到土壤的腐蚀。




当阳极与阴极相连接或接触,锈蚀反应即开始发生


土壤也有多种类型。美国农业部对土壤进行了如下分类,见图。


影响土壤腐蚀性的因素包括化学成分、多孔性(透气性)、导电性(电阻率)

酸度、盐含量、水分、离子数量、氯化物含量、细菌、硫化物、 是否存在离散电流等。


来源:Euroinox 2002 不锈钢在土壤和混凝土中的耐腐蚀性


不锈钢在土壤中应处于钝化状态,但是,水、腐蚀性化学物质(氯离子、硫酸盐、细菌)和杂散电流的存在会造成局部腐蚀。

土壤中影响不锈钢腐蚀的关键因素有:土壤的酸度、电阻率、氯化物、硫酸盐和其它溶解性物质 、微生物腐蚀、氧浓差电池等。

1) 土壤的酸度

由矿物浸出、酸性植物分解、工业废料等引起。酸度高的土壤(pH值<5)使腐蚀风险提高。

2) 土壤的电阻率

电阻率与电化学反应有关。以下为土壤腐蚀性指标:

• 强腐蚀性 < 100 Ω cm

• 腐蚀性 1000 - 5000 Ω • cm

• 中等腐蚀性 5000 -10,000 Ω • cm

• 轻度腐蚀 10,000 - 20,000 Ω • cm

• 腐蚀性渐弱 > 20,000 Ω • cm

• 无腐蚀性 30,000 -100,000 Ω • cm

3) 氯离子和其它溶解性物质

氯化物是最重要的因素之一。氯化物的存在直接诱发不锈钢点蚀和缝隙腐蚀并降低土壤的电阻率。有害的氯化物可能是土壤中固有的,也可能来自外源。

4) 微生物腐蚀 (MIC)

微生物腐蚀是指微生物的活性和它们的代谢产物引起的腐蚀。

5) 氧浓差电池

不同的氧含量可能会导致由于氧浓差电池所产生的腐蚀问题。土壤的氧浓度决定了土壤的氧化还原电势。



2

316不锈钢的耐腐蚀性



316不锈钢中含有大约2%的钼,显著地改善了不锈钢耐氯离子点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀的性能。实际暴露试验结果见下图。


在美国东海岸暴露57年的不锈钢样片 -- 左:304 (不含钼),右:316(含2%钼)


3



10年埋地土壤腐蚀试验结果


日本不锈钢协会历时10年在12-15个测试地点对不锈钢管进行了土壤腐蚀测试


10 年材料测试项目


实地耐蚀性测试分为5年和10年,测试地点分布广泛。




测试样管材质有碳钢、铜、铅和不锈钢,放置于深1600mm,面积5100 X2600mm的坑中



由于上层与下层土壤之间的透气性不同,会导致垂直埋放的管体形成微电池。为了获得检测数据,在土壤垂直埋设了1800毫米长的304/316不锈钢管、碳钢管和脱氧铜管,上端离地面300毫米。每根测试样管水平埋放深1.0-1.5 m。


   168根样管, 历时10 年的结果



点蚀与Cl- 浓度以及304、316不锈钢耐土壤腐蚀性之间的关系(黑点表示点蚀)


缝隙腐蚀测试结果



304不锈钢管乙烯胶带下面出现缝隙腐蚀

                           首尔                                                   日本



10年试验结果



  • 多数测试点的304不锈钢管没有发生点蚀。 有些304管表面有锈蚀色,但耐蚀性还不错。海边测试点的个别不锈钢管出现缝隙腐蚀。

  • 含钼量为2%、含镍量为10%的316不锈钢在多种类型的土壤环境中均具有优良的耐腐蚀性。所有测试点水平埋放的316不锈钢管均未出现变色和腐蚀现象,测试结果表明316不锈钢管的耐蚀性优于304不锈钢管。.

  • 测试结果显示部分304不锈钢管出现局部腐蚀,因此,市政供水部门决定在东京供水系统改造项目中采用316L不锈钢水管。316不锈钢管道的使用寿命预计超过100年。

  • 316不锈钢在饮用水中基本上是惰性的,合金元素的释放量可忽略不计,因此对水质没有影响。




       结    论

不锈钢波纹给水管具有良好的耐腐蚀性和弹性,经久耐用,而且减少了接头数目,因此在防止漏损方面发挥了重要作用。

当前,中国水资源管理处于高优先级。中国拥有世界人口的20%,全球淡水资源的6%。2011年中国1号文件为水资源管理制度划定 “三条红线” :

1. 控制地表水和地下水的用水总量。

2. 着力提高用水效率,用水封顶。

3. 控制水污染物排放总量。

我国城市供水系统需要解决的重要问题之一也是管网漏损。而东京、首尔和台北的成功经验证明了不锈钢很适合用作给水管,甚至对于大型系统也适用。虽然与竞争材料相比初始成本可能较高,但由于延长了管道系统的使用寿命,降低了维护成本,显著减少了漏损和每加仑水的处理费用,已证明供水系统采用不锈钢管道是很好的投资。


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