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不銹鋼可持續未來
Sustainable Future with Stainless Steel

作者: 香港不銹鋼管件商會

(本技術文章節選《今日機電第44期》)

恰當地運用和維護不銹鋼,它可延用近一世紀並保持其抗腐蝕、耐用、耐溫、堅硬等特性。用於供水系統可確保市民飲用食水安全,本文將闡釋不銹鋼在食水系統的運用和誤解。銅在建築中應用歷史悠久,一般用作水管,供電系統及導電用途。目前香港食水系統多採用銅管。

現時香港承建商可選擇用銅管或不銹鋼管,不銹鋼管在市面上開始普及。按兩者性能而言,不銹鋼食水系統會比銅食水系統更耐腐蝕、長壽、環保、安全。

銅管件的優勝之處分別為殺菌消毒和環保。早在西元前 2600-2000 年,古埃及人就用銅來消毒飲用水。銅離子 (Cu+) 可以殺死細菌和病毒。根據國際銅業協會 International Copper Association, ICA 的資料,銅製物體可令細菌外層的細胞膜產生短路,破裂成孔洞;銅離子進入細菌內,使細菌不能呼吸、吸收養份、

代謝或產生能量,進而慢慢死亡。

1銅是可回收的及能減少碳排放。歐洲常從再生材料回收約 50%銅,再加入銅原材料生產銅需求。回收利用的能源比用於開采和生產相同銅的能源耗用低 85%。

2 雖然回收能節約銅的自然資源,但雜銅會有多少不同的雜質,成分複雜,含量微少也難以檢測,對食水系統構成風險。回收需經過入爐、冶煉等

等重新鑄造過程,當中己涉及不少碳排放。這些雜質有機會在冶煉中排放有毒物,其煙塵成分複雜,難以處理。

申訴專員公署於 2018 年 4 月 17 日報告指出,香港水管爆裂問題未得到有效改善,總體滲漏率為15.2%,遠比新加坡的 5% 為高。在 2012 年至 2017年,近半的水管爆裂個案(如表 1),均是由於水管老化或與水管銹蝕問題有關而導致的。(3)  雖然問題未能證實與銅管有關,但新加坡採用不銹鋼管,相對

較耐腐蝕,減少滲漏食水。

table1

根據香港水務處刊物《樓宇內部供水設備防銹蝕喉管物料一般資料》,當中提及不銹鋼管與銅管都能

抵受高壓、強力耐用、易於接合等,但銅管在軟水環境下有機會引致「銅綠水」出現 (如圖 1)。 

1

 銅綠生成化學式︰ 2Cu+H2O+CO2+O2 → Cu2(OH)2CO3

銅在潮濕空氣中會產生銅綠 ,在理想情況下,銅綠會與水和空氣產生化學反應,依附在銅管內側,形成保護膜(如圖 2)。

2

但於軟水或靜止水的環境下,  銅綠不平均分佈 ( 如圖 3),水再流動時,容易沖刷銅綠。銅綠不溶於冷水和醇,但溶於酸、氰化物 (CN– 或 –CN)、氨水 (NH4OH) 和銨鹽 (NH4+)。食水中若有其他雜質,銅綠有機會溶解於食水中,當超過 100ppm 時,便有呈藍色的銅綠水。

3

 

不銹鋼管件的稍勝之處

一、  抗腐蝕性強

         不銹鋼是一種合金,加入了鉻和鎳兩種元素,這能為不銹鋼表面形成一層堅韌緻密的鉻氧化物保護膜,防止銹蝕,並可自行修復。也可利用藥水恢復原有的光澤和抗銹性。因此它比一般鋼種更具抗腐蝕性。

         日本相關協會 (Japan Stainless Steel Association & Nickel Development Institute) 早於 1980 年,就不銹鋼管埋地的銹蝕表現進行十年測試及研究 (5),共 25 個測試點(參見圖 4)。

4a

4b

4c

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 由此可見,就防銹力而言,不銹鋼比銅、鋼和鉛優勝。

 

金屬腐蝕

從 上 頁 一 覽 表 中 可 見, Fukuyama 試 點 中 的 304 不 銹 鋼 及Okinawa 試點中的 304&316 不銹鋼也有出現腐蝕情況。主要原因是這兩處為沿岸地區,土壤和空氣中含有高濃度氯離子 Cl-。Cl- 為金屬殺手,來自於鹽 (NaCl) 或工業化合物,會使大部份金屬或合金出現孔蝕 (Pitting Corrosion) ( 如圖 5) 和縫隙腐蝕 ( Crevice Corrosion) ( 如圖 6)。

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但銅暴露在鹽和污染環境中的腐蝕率通常是不銹鋼的 10~100 倍。6香港食水以氯氣或臭氧作為水的消毒劑。氯氣 Cl2 有別於氯離子Cl-,它是氣體,並不溶於水,對金屬不會構成威脅。為應對氯離子 Cl-  對不銹鋼的影響,坊間已有不同系列的不銹鋼,可用於不同氯離子濃度的環境下 ( 如表 3)。

table3

它們以耐孔蝕當量 (Pitting Resistance Equivalent, 簡稱 PRE) 為指標,計算不銹鋼於氯離子環境下抗孔蝕能力 [ 計算方法如下 ],該計算值越高其耐孔蝕性越佳 ( 如表 4)。

table4

300 系不銹鋼 : PREN = %Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N

400 系不銹鋼 : PREN = %Cr + 3.3 x %Mo

按環境適當選擇不銹鋼型號市面常用的 304 及 316 不銹鋼都能提供良好的強度等級:304 適用於大多數室內和輕度城市污染的溫和室外環境﹔而 316 在中低級沿海和除冰鹽暴露或在中度工業或高度城市污染級別的環境中使用最為廣泛。304 也可以在除冰鹽或沿海海鹽暴露的環境中使用,但要選擇光滑的表面並進行定期的清理,以除去難看的表面銹蝕。在一些腐蝕性很強的沿海地區,便需要使用比 316 更具有抗腐蝕性的雙相不銹鋼,如目前最廣泛使用的 2205。

 

二、 耐用及長期性能優良

         不銹鋼發展至今已 80 多年,含鎳的 300 系不銹鋼是使用最普

         遍的材料。早期摩天大廈不是玻璃幕墙,而是金属玻璃幕墙設

         計,優雅、閃亮的不銹鋼裝飾藝術風格開拓了壽命持久、國際

         認可的高尚摩天大樓設計範例。例如,紐約市的 Socony-Mobil

         大廈 (1954) 和芝加哥的內陸鋼鐵公司大廈 (1958) 都采用不銹

         鋼。歷經 60 餘載,大廈外觀沒有劣化,也無需更換。

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若對不銹綱食水系統進行適當的選擇和維護,管件將耐用近百年。

 

三、  可回收、循環使用成份高

         不銹鋼可以 100% 回收循環利用,其中 8-15% 為鎳,18-20% 為鉻,餘下為廢鐵,成本較銅可比,因此它可以無限次循環利用來製造出更多價廉物美的不銹鋼。回收的冶煉過程與銅相近,同樣有雜質釋出,但冶煉不銹鋼需更高溫度(近攝氏 1300 度),能有效把有毒物燃燒, 煙塵經過先進技術過濾及處理後排出。不銹鋼在使用期間沒有任何金屬流失,不需要用純新材料來替代,因此能最少化由金屬劣化而對環境產生的負面影響。不銹鋼管食水系統的耐用性強,可以重複使用,亦可回收,因此不會造成環境污染及產生廢料,達至環保、「零」碳排放,有利於可持續發展。更配有多種不同類型的接駁方法,方便改動及

維修。

四、 食水飲用安全放心

         不銹鋼是一種無毒、無腐蝕、無滲出物及無異味的材料。廚房設備、食品工業、乳製品業及醫療器具( 包括生物醫用植入 ) 等方面早已使用不銹鋼,近年

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來還興起環保不銹鋼飲管。它可以在 -270°C - 400°C 的溫度下作業,都不會釋出有害物質,性能亦可保持穩定。香港食物安全中心亦曾向消費者建議盛載油性或高溫食物,應改 用玻璃、陶瓷或不銹鋼容器。不銹鋼的用途廣泛,多年來給予市民信心保證。不銹鋼中的鎳、鉻釋出率極低,在很多樣本中低於

可檢測極限,所有樣本均在典型飲用濃度限制範圍 內。不銹鋼管件不會對水質造成污染,出現「紅水」、「銅綠水」和「隱患水」的問題。它能夠保持水質純淨、安全、衛生,對人體不會帶來傷害,是現時供水系統一個較佳的選擇。

 

不銹鋼食水系統

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傳統銅管道以燒焊方式接駁,除了增加污染食水的機會,施工期間焊接需用火,增加工地火災風險和碳排放。為保障工人生命安全,減少工業意外,地盤內應減少焊接這高風險施工,改為使用無需用火,安裝簡單快捷的接駁方法。香港水務處已於 2017 年修訂水務設施規例,法例訂明不銹鋼喉管須屬 304 等級或更佳等級,並須符合 BS 6362:1990、BS EN 10217-7:2014 及 BS EN 10312:2002 的相關規定;不銹鋼配件則須符合澳洲標準 AS 3688:2016。(規例詳情可參閱 : https://www.elegislation.gov.hk/hk/cap102A!en-zh-Hant-HK.pdf)現時,市面上已有不少無需用火、低風險的接駁方法,如擴管式 (AS3688-6)、滾槽式 (AS3688-9)、卡壓式 (AS3688-10) 等。