鋼襯四氟管件波紋膨脹節(jié)應(yīng)用
作者：鋼襯四氟管 來源：膨脹節(jié) 發(fā)布時間：2022-03-02
在化工設(shè)備鋼襯四氟管道安裝中，波紋管膨脹節(jié)作為補(bǔ)償性能良好，維護(hù)使用簡便的補(bǔ)償元件，在國內(nèi)外供熱管網(wǎng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)自八十年代中期大面積采用集中供熱以來，波紋管膨脹節(jié)越來越多的取代了傳統(tǒng)的“п”形補(bǔ)償和套筒補(bǔ)償，為城市的現(xiàn)代化建設(shè)作出了貢獻(xiàn)。
隨著使用年限的增加，波紋管膨脹節(jié)失效偶有發(fā)生，雖然比例很低，因而有必要對近十幾年波紋管膨脹節(jié)的用量，失效膨脹節(jié)的數(shù)量，膨脹節(jié)失效原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，以其對此類補(bǔ)償裝置的安全性可靠性有全面的了解。針對波紋管膨脹節(jié)在使用過程中出現(xiàn)的問題，確定合理的解決方法，提高波紋管膨脹節(jié)的安全可靠性。
一、 波紋管膨脹節(jié)可靠性分析
波紋管膨脹節(jié)之所以能夠在許多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，除具有良好的補(bǔ)償能力之外，高可靠性是使波紋管膨脹節(jié)在眾多補(bǔ)償器中脫穎而出的主要原因。與套筒補(bǔ)償器、球形補(bǔ)償器等機(jī)械密封形補(bǔ)償器相比，波紋管膨脹節(jié)不存在密封性能隨位移循環(huán)而降低的問題。由于波紋管為一薄壁撓性元件，在高應(yīng)力狀態(tài)下工作，是管系中薄弱的部位，因而波紋管膨脹節(jié)的安全可靠性成為用戶為關(guān)心的問題。
波紋管膨脹節(jié)的的可靠性是通過設(shè)計、制造、安裝、運行管理等多個環(huán)節(jié)保證的，任何一個環(huán)節(jié)的失控都會導(dǎo)致膨脹節(jié)壽命的降低甚至失效，即便如此，從近十幾年波紋管膨脹節(jié)在供熱工程中的應(yīng)用實踐來看，其可靠度還是很高的。
二、 供熱管網(wǎng)用波紋管膨脹節(jié)概況及失效原因分析
1 供熱管網(wǎng)類型
國內(nèi)供熱管網(wǎng)可粗分為架空管線、地溝敷設(shè)和直埋敷設(shè)三種。
架空管線具有敷設(shè)方式靈活，根據(jù)管線走向，可采用不同結(jié)構(gòu)型式的膨脹節(jié)，在滿足補(bǔ)償要求的同時降低工程造價。架空管線由于膨脹節(jié)暴露于外部環(huán)境中，因而外部大氣環(huán)境的優(yōu)劣對波紋管的影響較大。
對于地溝敷設(shè)的供熱管網(wǎng)，當(dāng)溝內(nèi)保持清潔干燥無污染時，是膨脹節(jié)比較理想的工作環(huán)境；但當(dāng)?shù)販洗嬖谖鬯⑷谘}水或其它腐蝕性介質(zhì)時，將會對波紋管產(chǎn)生腐蝕，其腐蝕狀況與小室積水的成分相關(guān)。
九十年代后期，國內(nèi)供熱管網(wǎng)大量選擇直埋管網(wǎng)，由于管線直埋于土壤，膨脹節(jié)與管線接口處很難理想密封，因而土壤環(huán)境及地下水質(zhì)條件成為波紋管膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計和選材必須考慮的因素。
2 供熱管網(wǎng)波紋管用材
由于300系不銹鋼在大氣、水蒸氣及淡水等介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，因而在國外供熱管網(wǎng)中一直是波紋管的主流用材。國內(nèi)集中供熱用波紋管均選擇300系不銹鋼中的1Cr18Ni9Ti或304不銹鋼。結(jié)構(gòu)件材質(zhì)為低碳鋼或低合金鋼；除極個別產(chǎn)生腐蝕失效外，直到現(xiàn)在絕大部分波紋管仍在使用中。
在地下水位較低的地區(qū)，直埋波紋管膨脹節(jié)一般選用外壓或內(nèi)壓加外套管結(jié)構(gòu)，不考慮環(huán)境腐蝕問題。在地下水位較高且地下水中含有氯離子、硫離子、堿等腐蝕性介質(zhì)的地區(qū)，直埋波紋管膨脹節(jié)一般選用聯(lián)合保護(hù)型結(jié)構(gòu)。此類膨脹節(jié)由工作波紋管和保護(hù)波紋管組成，工作波紋管由300系不銹鋼制造，保護(hù)波紋管由300系不銹鋼加防腐涂料或由高鎳耐蝕合金制造。保護(hù)波紋管的作用是將外部腐蝕環(huán)境與工作波紋管隔絕開來，保護(hù)工作波紋管不受外部腐蝕介質(zhì)的侵蝕。
隨著近些年江河水質(zhì)、城市地下水質(zhì)條件的變化，供熱管網(wǎng)內(nèi)部介質(zhì)也有了較大的變化，尤其在沿海地區(qū)、重工業(yè)地區(qū)，供熱介質(zhì)中所含有害物質(zhì)如氯離子、硫離子、游離氧越來越多。由于300系不銹鋼對氯離子引起的應(yīng)力腐蝕比較敏感，這些地區(qū)的用戶對300系不銹鋼制波紋管有些擔(dān)心，為了保證波紋管的安全使用，在于介質(zhì)接觸的部分增設(shè)耐蝕金屬層。
三、 供熱管網(wǎng)波紋管膨脹節(jié)的失效類型及原因分析
1、 波紋管失效類型
供熱管網(wǎng)用波紋管膨脹節(jié)的失效在管線試壓和運行期間均有發(fā)生。
管線試壓時出現(xiàn)問題主要有三種類型
（1）由于管系臨時支撐不當(dāng)，或管系固定支架設(shè)置不合理，導(dǎo)致支架破壞，波紋管過量變形而失效；
（2）由于波紋管設(shè)計所考慮的壓力或位移安全裕度不夠，管線試壓時波紋管產(chǎn)生失穩(wěn)變形失效；
（3）膨脹節(jié)制造質(zhì)量問題，此類失效以小制造廠產(chǎn)品居多。
波紋管在運行期間的失效主要表現(xiàn)為腐蝕泄漏和失穩(wěn)變形兩種形式，其中又以腐蝕失效居多。從腐蝕失效波紋管的解剖分析發(fā)現(xiàn)，腐蝕失效通常分兩種類型：點腐蝕穿孔和應(yīng)力腐蝕開裂；其中氯離子應(yīng)力腐蝕開裂約占整個腐蝕失效的95％。波紋管失穩(wěn)有兩種類型：強(qiáng)度失穩(wěn)和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；強(qiáng)度失穩(wěn)包括內(nèi)外壓波紋管平面失穩(wěn)和外壓波紋管周向失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是內(nèi)壓波紋管膨脹節(jié)的柱失穩(wěn)。
2 波紋管失效原因分析
波紋管腐蝕失效原因
從近二十年波紋管在供熱管網(wǎng)的應(yīng)用實踐來看，波紋管的腐蝕失效與內(nèi)部輸送介質(zhì)和外部環(huán)境條件均有關(guān)系。當(dāng)內(nèi)部介質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求時，外部環(huán)境的腐蝕是造成波紋管失效的主要原因。
架空管網(wǎng)在安裝完畢后，通常會將管道連波紋管膨脹節(jié)一起包覆于密封的外護(hù)層中，當(dāng)外護(hù)層密封不理想時，大氣中的腐蝕介質(zhì)、酸雨、沿海地區(qū)鹽霧等均會對波紋管造成腐蝕。但至今尚無架空管線腐蝕失效的報道。
地溝敷設(shè)是城市集中供熱常見的敷設(shè)方式。理想的地溝環(huán)境是適合波紋管工作的。當(dāng)?shù)販现写嬖谖鬯⒑}堿的地下水、融雪鹽水或其它腐蝕性介質(zhì)時，用300系不銹鋼制造的波紋管往往使用一個或幾個供暖周期就腐蝕失效。直埋管網(wǎng)用波紋管膨脹節(jié)由于管線直埋于地下，膨脹節(jié)與管道接口處很難實現(xiàn)理想的密封連接，因此直埋管網(wǎng)波紋管最常見失效是由于外部腐蝕介質(zhì)引起的。
3、 波紋管設(shè)計疲勞壽命與穩(wěn)定性及應(yīng)力腐蝕的關(guān)系
波紋管的設(shè)計主要考慮三個方面的因素：耐壓強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞性能。
從多年的應(yīng)用實踐中，尤其是從一些波紋管失效分析中，感到標(biāo)準(zhǔn)中給出的關(guān)于穩(wěn)定性的計算和評定方法不夠全面；關(guān)于疲勞壽命也僅給出了比較粗的界限范圍（平均疲勞壽命Nc在103～105適用）。有時，一個完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品，在實際使用時也會出現(xiàn)一些問題。如內(nèi)壓軸向型膨脹節(jié)預(yù)變位狀態(tài)在壓力試驗時波紋管易產(chǎn)生平面失穩(wěn)，大直徑外壓軸向型膨脹節(jié)全位移工作狀態(tài)波紋管易產(chǎn)生周向失穩(wěn)，小直徑復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)、鉸鏈型膨脹節(jié)全位移工作狀態(tài)易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。波紋管過大的變形不僅對其穩(wěn)定性造成影響，變形引起的綜合應(yīng)力的增加，還會為應(yīng)力腐蝕提供有利的環(huán)境條件。以下將就波紋管穩(wěn)定性與疲勞壽命（單波補(bǔ)償量）的關(guān)系及波紋管綜合應(yīng)力與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系進(jìn)行簡要分析。
波紋管的補(bǔ)償量取決與其疲勞壽命，要求的疲勞壽命越高，波紋管單波補(bǔ)償量越小。為了降低成本，提高單波補(bǔ)償量，有些生產(chǎn)廠家將波紋管的許用疲勞壽命降的很低。這樣就導(dǎo)致由位移引起的波紋管子午向彎曲應(yīng)力很大，綜合應(yīng)力很高，大大降低了波紋管的穩(wěn)定性。
