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不銹鋼是如何阻止水漏損的? 不銹鋼波紋輸水管道--水漏損的終結者?

在每個自來水公司的工具箱中都能找到修補套管。利用它們可以快速修理漏損的水管而無需更換管道。修復套管的材質一般為含鉬的316不銹鋼,它們可以減少水資源浪費,這是鉬幫助保護地球資源的又有一個方式。


公元97年, 羅馬皇帝涅爾瓦奧古斯都任命弗朗提努斯擔任羅馬市水務長官,羅馬是有800多年歷史的古城,在當時供水系統已相當完善。九條水渠將Tiber河和其它水源的水送入城,城內還有許多水井供人們取水,考古學家估計每天的供水量大約在50-100萬立方米,粘土瓦、鉛管和明渠與水箱、池塘和水庫相連,將水送到城內,人口最多時達100萬。作為對比,如今的東京水務局,每天要保證1250萬人400萬立方米的用水量。


據羅馬市溝渠史資料記載,弗朗提努斯擔心由于各種原因造成的水資源短缺,例如干旱、城市擴張、羅馬各種噴泉和洗浴的需求、舊管道漏水、最重要的是偷水行為造成水費損失。水資源浪費和可能出現的缺水目前依然困擾著城市,目前羅馬面臨著干旱,漏水和偷水造成的水損失達44%。當然,這些問題不僅出現在古羅馬,全球各大城市都是如此。


城市供水系統的水漏損


美國自來水廠協會(AWWA)制定了新管道的漏損標準,適用于管道安裝和測試階段。允許的漏損量根據水管直徑、長度、接頭數量和水壓而定。服役時間、地殼運動、管道偏斜和腐蝕、墊圈老化等,都是造成漏水的因素。許多城市都制定了控制漏損和管道更換計劃。水管使用30-50年后一般要考慮更換,但是,再好的計劃也抵擋不了自然的力量。低腐蝕率材料制成的水管在穩定的土壤中使用壽命可以長達100年以上,卻僅有少量漏水或根本不漏水,而管道如果在不穩定的環境中,可能使用25年就需要更換。


老舊系統的漏水率一般比較高。例如,華盛頓特區的供水系統已經有100年的歷史,輸水管道的漏水率大約是35%,而位于華盛頓以南的新興城鎮Fairfax,漏水率不到3%,因為這里的管道較新,而且當地有完善的維修計劃和人力物力資源。


美國城市供水管道總長大約有160萬公里。每年需要修理、更換或安裝的管道大約2.1萬公里。其中,大部分管徑為100-500mm,用于較小的主管道和配水管道。


供水主管道的漏損會在短時間內造成大量水的損失



“修補套管” 維護方案


出現漏水點時,更換管道并不容易,因為管道埋在地下,而且還連接在帶壓力的供水管網上。一個經濟有效的方法是修補漏點。


不銹鋼長久以來在修補滲漏管道方面起著重要作用,不需要局部更換,也不需要把漏水管整根挖出。該方法是用不銹鋼套管管箍緊固滲漏管道,不用焊接,也不用套絲。就好像在手指上纏了一個創可貼。內襯橡膠墊圈的304或316不銹鋼管箍圍繞著管道的漏水部位被緊固。卡緊管卡或管箍,水管外部的密封壓力大于管內壓力,從而達到止漏的效果。


套管的應用范圍很廣,幾乎適用于所有管徑,大多用于300mm以上的管道。也可以用作分支三通和一般性修理,甚至可以用來加固混凝土管道。當加裝閥門需要切斷水泥管中的鋼筋時,用這種管箍可以增強管道的強度。有一個城市已經在直徑1200mm的混凝土管上使用了這種套管管箍。維修管箍的最大優點是易采購,成本低,經濟耐用和便于安裝。


316不銹鋼修補套管管箍用于管道堵漏而無需更換管道 ? JCM工業公司



含鉬材料起密封作用


套管的材質幾乎全部為不銹鋼,最常用的牌號是304,它適用于多種土壤。但是,當遇到腐蝕性土壤時,應當采用含鉬316不銹鋼,因為它耐均勻腐蝕和點蝕性能更好。最近,一些制造商正在提供含鉬雙相不銹鋼2205套管,作為316套管的高級替代品。2205雙相不銹鋼的強度是316的兩倍以上,耐應力腐蝕斷裂和均勻腐蝕能力優異。高強度很重要,因為外層的金屬套管要承受很大的應力,才能使橡膠襯套起到密封作用。



適應特殊需求


一些制造商為關鍵應用提供套管的定制設計和制造服務。例如,有一個供應商承接了一個高難度水下維修項目,美國南卡州查爾斯頓市610mm口徑的高密度聚乙烯(HDPE)塑料管道出了問題。這條輸水主干管的壓力4.8巴,熔焊接頭開裂,故障點位于港口水下7.5米處。


查爾斯頓市政工程部門原計劃采用庫存的304管箍和涂層碳鋼限制器。但是為了一勞永逸,他們希望采用更堅固的套管管箍,以承受高應力,并保證長期的使用性能。他們請制造廠設計制造一種新的管套,把維修管箍全部封裝起來,并做了一種限制器,釋放延長塑料管上的應力。除了設計和加工新的316套管管箍,還包括試驗7.5米水下安裝的演習。這種新型套管管箍于2004年安裝,使用效果非常好,至今沒有出現任何問題。


技術人員正在對水下安裝進行地面演練,模擬安裝定制的316不銹鋼維修套管管箍

 ? charleston commissioners of public works



技術人員正在審查正確的安裝步驟 ? charleston commissioners of public works


不銹鋼修補套管用于城市供水管堵漏已經有幾十年。隨著缺水情況日益突顯,水務部門加大力度減少水漏損。同時,由于供水設施老化,再加上全面更換資金不足,維修工作量越來越大,因此,未來修補套管的作用會越來越重要。




不銹鋼波紋輸水管道--水漏損的終結者 

龐大的城市供水管網將來自水源、經過自來水廠處理的水輸送到千家萬戶,沒有它,生活難以想象。但平均而言,自來水公司生產的水有超過四分之一都在中途損失掉了,并未到達用戶端。

水漏損最主要的原因是陳舊管道的滲漏和爆管,以及管件的松動或腐蝕。全球平均25-30%的水在輸送過程中流失。在歐洲,平均26%的水被損失掉,在世界其他地區,無收益水量(NRW)比率高達70%。在美國,一個3.84億美元、為期20年的公共水系統投資計劃中,2/3被指定用于改善給水管網系統。

NRW

無收益水量(NRW)可以定義為供水企業生產(或購買)和輸送的未產生收入的水,基本上是系統投入減去計費消耗。未計費或未經許可的消費和儀表誤差占NRW的一小部分,NRW最大的部分是由于爆管和滲漏造成的水損失。

含鉬不銹鋼是鍍鋅管、塑料管等老式管道的理想替代材料。它可以大幅減少維修數量和總體水漏損量,尤其是地下管道損壞風險較高的地震多發地區。
自來水在輸送過程中的水漏損不僅是一種浪費,而且代價高昂。它需要額外的水處理設備和更多的處理化學品,更多的能源將水泵送到用戶。再加上水資源的不必要損耗以及建設新的集水設施如水壩和水庫造成自然棲息地的破壞等。因此解決水漏損難題,其獲益遠不止是省錢。

印度加爾各答的人們排隊從水車取水 


耐用和柔性輸水管道
更換老舊的鍍鋅鋼或塑料水管可以大大減少漏水,特別是連接供水主管道和用戶的輸配水管道,大約95%的滲漏都發生在此處。漏水問題往往幾個月甚至幾年都沒有被發現,這意味著即使很小的滲漏也可能造成百萬升水的損失。

更換舊管道是顯而易見的解決方案,但是更換成什么管道呢?為了確保提供優質飲用水且具有很長的使用壽命,管道材料必須比鋼鐵和塑料具有明顯的優勢。連接主管道與水表的傳統管道需要眾多彎頭和配件。接頭易受墊圈老化、地殼運動、地面交通振動和地震的影響,隨著時間的推移,所有這些因素都會造成滲漏。而不銹鋼波紋管道不需要接頭,免除了造成滲漏的隱患。實踐證明,采用不銹鋼波紋管道使水漏損的可能性降低75–80%。

含鉬不銹鋼還有其他優點:

耐用--不銹鋼波紋管使用壽命可達100年或更長,無需更換或修理。
強度高、延展性好--管道能夠承受周圍土壤、道路行駛的重型卡車的巨大壓力,即使經受地震也是“先彎后折”。因為強度高,管件兩端可以進行牢固的連接。
管件–-不銹鋼波紋管可以簡單地彎曲以適合安裝,安裝簡潔快速,省時省錢。
柔韌性--強度和柔韌性相結合,即使發生意外的機械損壞(如被挖掘機碰撞)也能保護管道。
耐腐蝕性--對各種水質、水處理化學品和周圍土壤有優異的耐腐蝕性能和抗老化性能。
清潔衛生--不銹鋼在水中基本上是惰性的,合金成分的釋放量可忽略不計,因此可確保飲用水的水質。
可回收再利用--不銹鋼100%可回收再利用,進一步減少了對環境的影響,在使用壽命結束時回收了一部分原始成本。


東京接近零滲漏
像任何城市一樣,東京也消耗大量水。20世紀下半葉,隨著人口和工業的涌入,大都市地區的經濟迅速增長,對水的需求大大增加。盡管由于新的節水技術導致需求放緩,但城市的水需求量仍然驚人,2013年的供水量超過15億立方米。

在身處地震帶、有超過200萬個連接件的供水管網中,漏水的可能性是相當大的,但是目前水的漏損率僅略高于2%。秘訣在哪里呢?原來在1980年代初期,水務部門實施了一項減少水損失的計劃,用316L不銹鋼取代了所有鉛管道,并從1998年開始,更換為波紋316L不銹鋼管道。他們還用抗震球墨鑄鐵管道代替了鑄鐵主管道,增強了輸水設施的抗震能力。

東京安裝316不銹鋼波紋管供水管道?Tokyo Waterworks


管理部門還引入了全面滲漏檢測和快速修復系統,在滲漏還不很明顯的時候,使用各種新技術快速檢測和修復滲漏點。上述種種措施,使東京的無收益水量(NRW)比例從1983年的17%下降到2013年的2.2%。

相比較而言,自1990年代初以來,每年東京漏水量減少將近1.5億立方米。東京自來水廠每年因水漏損降低以及維修案例減少而節省的費用,可達數億美元。

自1983年以來東京不銹鋼輸水管道安裝比例與修理次數、漏損率之間的相關關系


臺灣避免了干旱斷水
臺北也開展了一項類似的計劃,更換供水管道和鑄鐵主管。2013年該市供水量為8億立方米。其供水管網有大約310,000個連接件。該計劃始于2003年,此前一年發生了嚴重干旱,臺北只能間斷供水長達49天。

對城市內450個水表計量區域的滲漏率進行了分析,發現40%的區域在水輸送到消費者之前已經流失了一半或更多的水。對維修案例的詳細分析表明,盡管聚丁烯管道僅占管網的3%,卻占所有泄漏的28%。約90%的問題發生在塑料管道中,其中絕大多數(83%)是由管道裂紋引起的。與東京一樣,也引入了增強的滲漏檢測和快速修復系統。

迄今為止,正在進行的計劃已將35%的配水管道(各種材料)更換為316L不銹鋼波紋管。其結果是水漏損下降了10個百分點,從2003年的27%下降到2014年的17%。就水量而言,臺北的損失比東京更大,2005年損失3.65億立方米水。2014年,更換還不到一半,但滲漏量已經降低到2.19億立方米,減少了1.46億立方米,從而節省了大量成本。


2014年發生了比2002年更為極端的干旱,降雨量比前一次干旱還少13%。但是,自2003年以來,水漏損大為改善,供水從未中斷。實際上,盡管輸水總量減少,卻有更多的水到達了用戶端。

水是人類的基本需求,無法被其他任何東西所替代。平均而言,我們每天各種形式水的攝入量約為四升,日常生活中使用得更多。供水安全是城鎮可持續發展的前提。用含鉬不銹鋼管道代替滲漏的輸水管道是對未來的一項投資,對于當今也具有經濟和環境方面的重要意義。


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