内衬不锈钢复合钢管在太阳能热水系统中的应用
东南大学附属中大医院 李文艺
太阳能热水系统在使用过程受到工作环境的影响，水质和管道会在物理、化学等作用下发生变化，产生腐蚀、结垢等主要问题，而导致无法满足使用要求，提出经济的新型解决方案——内衬不锈钢复合钢管道系统，并对应用前景的经济性和适用性进行了展望。东南大学附属中大医院 李文艺
前言
在太阳能热水系统中，管路是系统的重要组成部分。太阳能热水系统的主要功能是为人们提供生活热水，与人们的生活安全密切相关，因而要求太阳能系统管路首先具有耐腐蚀、耐高温、抗冻和良好机械性能的特点；其次须对人体无任何损害，也就是管道、管件必须具有良好的卫生性能，这两方面对管路材料提出了很高的要求。本文对比分析各种管道性能及其在太阳能系统中的应用，着重介绍内衬不锈钢复合钢管的性能和其在太阳能热水系统的应用及前景。
太阳能热水系统管路性能要求
（1）太阳能热水系统主要为了提供生活热水，所以卫生性能是基本要求。这就要求太阳能管路不允许造成污染，应满足“健康第一”的要求；
（2）太阳能热水系统的主要介质为来自市政管网的自来水，管路需要有一定的耐腐蚀性；
（3）由于太阳能热水系统温度时刻在由低到高或由高到低变化，这就要求太阳能热水系统管路的材料具有热膨胀系数小和耐冷热水冲击的抗疲劳性能；
（4）太阳能系统高温决定了系统必然会产生水垢，需要系统管路不易结垢或具有自动清理水垢的能力；
（5）太阳能热水系统有可能达到介质的沸点高温，故管路耐高温性能必不可少；
（6）对于承压太阳能系统来说，管路必须能承受0.6MPa以上的压力；
（7）太阳能系统管路的要求有一定的坡度，需要管路具有一定的强度刚性，管路材料强度是关键性的指标；
（8）施工安装也是太阳能热水系统的重要部分，是实现系统功能的重要工序，因此方便、安全、可靠、成熟的连接方式是管路系统的必要条件；
（9）作为建筑物的配套设备一部分，太阳能系统管路还要求有相应的寿命要求和经济性能。
太阳能常用管材的性能及特点
目前，太阳能系统中最常用的管材主要有：塑料管、金属管、塑料金属复合管。
1. 塑料管
塑料管是合成树脂加添加剂熔融成型加工而成的制品。常用的塑料管种类有：硬聚氯乙烯管（PVC-U）、高密度聚乙烯管（PE-HD）、交联聚乙烯管（PE-X）、无规共聚聚丙烯管（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。
塑料管的使用温度及耐热性能决定了PVC-U、PE、ABS仅能用于冷水管，而PE-X、PP、PB则可用于热水管。但塑料的材料强度仅为钢的1/10左右，故塑料管的低材料强度刚性决定了不适宜作为太阳能热水系统管路。
2 .金属管
金属管主要包括镀锌钢管、铸铁管、不锈钢管。
铸铁管与镀锌钢管相比具有易腐蚀、造价低等特点，适用于埋地敷设，大量被用于消防、排水管。随着社会的不断进步和人们安全意识的提高，铸铁管正在逐步退出市场。
镀锌钢管分热镀锌钢管和冷镀锌钢管两种，热镀锌钢管镀锌层厚，具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。冷镀锌工艺成本低，其本身的耐腐蚀性热镀锌钢管相差很多，在含氯的自来水中，锌层的腐蚀量为0.12g/㎡•d，如果锌层厚度为500g/㎡，耐蚀寿命为11.4年；如果锌层厚度为300g/㎡，耐蚀寿命为6.8年。镀锌管的使用曾经在冷热水管路中占主导地位，但由于镀锌管的卫生性能较差、易结垢的特点，决定了其逐渐被太阳能热水系统所淘汰。
不锈钢管自20世纪发明以来凭借其优良的性能和漂亮的外观在所有管材的发展中成为一枝独秀。其优点为：满足健康要求、安全卫生，可保持水质纯净对人体健康没有任何影响；不锈钢含铬，在钢管表面氧化后形成厚0.03～0.05×10-6mm的致密的钝化膜，阻止金属继续氧化；而碳钢氧化后成为粉末。使用温度范围极广，可在-270℃～400℃的温度下长期安全工作（这也是其他任何塑料管材都无法比拟的）；它是一种环保材料，不含环境污染物（无铅、无聚氯乙烯、无环境荷尔蒙等），可无数次再生，100％回收利用材料；具有很高的强度和耐腐蚀性、可靠耐用、长寿命、低维护，大大降低了水管的渗漏率；具有优越的流通性能和较好的保温性能可节约能源、降低能耗。缺点为：目前价格较贵，大范围推广起来有困难。
3 .塑料金属复合管
塑料金属复合管一般以金属作支撑材料，内衬以环氧树脂和水泥为主，它的特点是重量轻、内壁光滑、阻力小、耐腐蚀性好。根据材料不同可分为：钢塑复合管；不锈钢-塑复合管、塑覆不锈钢水管、塑覆铜管、铝塑复合管、交联铝塑复合管、衬塑铝合金管。
塑料复合管中塑料热膨胀系数为钢的10倍，由于两种材料的热膨胀系数不一致，常导致使用中两种材料产生分层，故塑料复合管不适宜作为太阳能管路；同时由于铝塑复合管、交联铝塑复合管、衬塑铝合金管材质的刚性太差，也不适宜作为太阳能管路。
内衬不锈钢复合管性能特点
通过以上分析，塑料管、金属管、塑料金属复合管不能完全满足太阳能热水系统的性能要求。
早在2000年1月1日开始实施的《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》中规定：自2000年6月1日起，在城镇新建住宅中，禁止使用冷镀锌钢管用于室内给水管道，并根据当地实际情况逐步禁止使用热镀锌钢管，推广应用新型复合管材。这项规定给新型管材的推广和应用提供了广阔的平台。内衬不锈钢复合管以其优异的性能，成为更理想的管道升级换代产品。
1内衬不锈钢复合钢管简介
内衬不锈钢复合钢管又名双金属复合管，顾名思义，是以钢管作为基管，通过爆炸复合法、液压复合法、拉拔复合法或机械旋压法等复合工艺将不锈钢内衬管与基管复合的双金属管材。
3.2 内衬不锈钢复合钢管性能和技术特点
内衬不锈钢复合钢管兼顾了其内外两层管材的优点，同时也克服了它们各自的缺点，是理想的给水管材，其主要技术优点体现在以下五个方面：
（1）具有良好的机械性能，结合强度高；
由于内衬不锈钢复合钢管内外两层均为金属材料，外管为碳钢管其抗压、抗冲击性强，抗拉强度大，两种金属材料热膨胀系数相近，不会产生内外层分离现象，大大提高了供水的安全性。
（2）防锈耐腐蚀性好，且耐热耐寒；
内衬不锈钢复合钢管外层钢管防腐层可按规定做成热镀锌层，也可做成环氧或3PE防腐层，安全可靠。内层不锈钢材质由于具有防锈和耐氧化、耐酸碱、耐晶间腐蚀性等良好化学性能，其防锈和防蚀比其它材质优越。不锈钢材质工作温度耐热可达350℃，耐寒可达-270℃，可以完全满足给水用管材的要求。
（3）安装便捷，工艺简单；
内衬不锈钢复合钢管，可焊接、螺纹连接、法兰连接和沟槽连接，安装同传统镀锌钢管和钢塑复合管一样，DN100以下管道采用螺纹连接、DN100以上管道采用法兰或沟槽连接，工艺简单，安装工人不需要专门培训。
（4）卫生环保、安全性好；
由于内衬不锈钢复合钢管内壁光滑，管内流体阻力小，不易结垢，且不锈钢材质化学性能稳定，在使用过程中不受流体腐蚀，不锈钢管本体无杂质进入流体，所以流体无污染。内衬不锈钢复合管与不锈钢复合管件配套连接，加上对接头螺纹和端面的无毒防锈处理，可以有效防止对水质造成的二次污染。尤其江苏众信绿色管业科技有限公司独有的全屏蔽双密封螺纹管件连接专利更是首次彻底解决了内衬不锈钢复合钢管的连接密封问题，避免钢管端面和流体接触。
1-可锻铸铁管件；2-注塑成型的塑料填充层；3-注塑成型的橡胶密封圈；4-不锈钢内衬层；5-端部加工螺纹的外层基管
图2 内衬不锈钢复合钢管与管件的连接示意图
（5）性价比优。
内衬不锈钢复合钢管的造价只有不锈钢管的三分之一的价格，薄壁不锈钢管的三分之二的价格，紫铜管的五分之一价格。
表1 内衬不锈钢复合钢管与其它常用管材的主要性能比较
内衬不锈钢复合钢管与太阳能管路的适用性
通过对太阳能的性能要求及太阳能常用管道、内衬不锈钢复合管道性能的比较分析发现，在卫生性能、耐腐蚀性、耐热性能、热膨胀性、结垢性能、耐压性能、强度刚性、施工难度、使用寿命、性价比等方面，内衬不锈钢更加适用于太阳能热水系统管路。
结束语
管材是太阳能热水系统的重要组成部分，内衬不锈钢复合钢管是近年来在太阳能热水系统应用越来越广泛的新型管材，这得益于其工艺先进、安全、环保以及性价比高，完全能满足太阳能热水系统管路的性能要求。但为了确保太阳能热水系统的质量，我们使用者除了要充分了解内衬不锈钢复合钢管的性能和特点，还要熟悉相关的施工技术，使管材达到其最佳的使用效果。目前，针对类似内衬不锈钢复合钢管这种新型复合金属管材，国家已出台相关的标准、规程和图集，如CJ/T192-2004、CECS205-2015、GB/T31940-2015，这大大有助于这种新型给水管材的发展和应用。
管材是太阳能热水系统的重要组成部分，内衬不锈钢复合钢管是近年来在太阳能热水系统应用越来越广泛的新型管材，这得益于其工艺先进、安全、环保以及性价比高，完全能满足太阳能热水系统管路的性能要求。但为了确保太阳能热水系统的质量，我们使用者除了要充分了解内衬不锈钢复合钢管的性能和特点，还要熟悉相关的施工技术，使管材达到其最佳的使用效果。目前，针对类似内衬不锈钢复合钢管这种新型复合金属管材，国家已出台相关的标准、规程和图集，如CJ/T192-2004、CECS205-2015、GB/T31940-2015，这大大有助于这种新型给水管材的发展和应用。
