波紋膨脹節-波紋膨脹節在工程中的應用-河北中浩機械制造有限公司
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波紋膨脹節在工程中的應用
隨著使用年限的增加，波紋膨脹節失效偶有發生，雖然比例很低，由于直接關系百姓的生活，已越來越多的引起有關方面的關注。因而要對近十幾年波紋管膨脹節的用量，失效膨脹節的數量，膨脹節失效原因進行詳細的分析，以其對此類補償裝置的可靠性有全面的了解。針對波紋管膨脹節在使用過程中出現的問題，確定合理的解決方法，提高波紋管膨脹節的可靠性。
波紋管膨脹節作為補償性能良好，維護使用簡便的補償元件，在國內外供熱管網中得到了越來越廣泛的應用。國內自八十年代中期大面積采用集中供熱以來，波紋管膨脹節越來越多的取代了傳統的“п”形補償和套筒補償，為城市的現代化建設作出了貢獻。
1 波紋管膨脹節可靠性分析
波紋管膨脹節之所以能夠在許多行業中得到廣泛應用，除具有良好的補償能力之外，高可靠性是使波紋管膨脹節在眾多補償器中脫穎而出的主要原因。與套筒補償器、球形補償器等機械密封形補償器相比，波紋管膨脹節不存在密封性能隨位移循環而降低的問題。由于波紋管為一薄壁撓性元件，在高應力狀態下工作，是管系中薄弱的部位，因而波紋管膨脹節的可靠性成為用戶為關心的問題。
波紋管膨脹節的的可靠性是通過設計、制造、安裝、運行管理等多個環節_的，_一個環節的失控都會導致膨脹節壽命的降低甚至失效，即便如此，從近十幾年波紋管膨脹節在供熱工程中的應用實踐來看，其可靠度還是很高的。
2 供熱管網用波紋管膨脹節概況及失效原因分析
2.1 供熱管網類型
國內供熱管網可粗分為架空管線、地溝敷設和直埋敷設三種。
架空管線具有敷設方式靈活，根據管線走向，可采用不同結構型式的膨脹節，在滿足補償要求的同時降低工程造價。架空管線由于膨脹節暴露于外部環境中，因而外部大氣環境的優劣對波紋管的影響較大。
對于地溝敷設的供熱管網，當溝內保持清潔干燥時，是膨脹節比較理想的工作環境；但當地溝存在污水、融雪鹽水或其它腐蝕性介質時，將會對波紋管產生腐蝕，其腐蝕狀況與小室積水的成分相關。
九十年代后期，國內供熱管網大量選擇直埋管網，由于管線直埋于土壤，膨脹節與管線接口處很難理想密封，因而土壤環境及地下水質條件成為波紋管膨脹節結構設計和選材要考慮的因素。
2.2 供熱管網波紋管用材
由于300系不銹鋼在大氣、水蒸氣及淡水等介質中具有良好的耐蝕性，因而在國外供熱管網中一直是波紋管的主流用材。國內集中供熱用波紋管均選擇300系不銹鋼中低檔的1Cr18Ni9Ti或304不銹鋼。結構件材質為低碳鋼或低合金鋼；除_個別產生腐蝕失效外，直到現在絕大部分波紋管仍在使用中。
在九十年代中期，由于個別地區環境條件比較惡劣，出現波紋管受外部環境腐蝕產生失效現象，引起業內人士注意，供熱工程用波紋管開始選擇耐蝕性較好的316和316L不銹鋼。
八十年代末供熱管網直埋技術傳入我國，由于直埋管線不用開地溝，可節約管溝敷設費用，一次性投資較低，且符合城市美化環境的要求，因而發展很快。在地下水位較低的地區，直埋波紋管膨脹節一般選用外壓或內壓加外套管結構，不考慮環境腐蝕問題。在地下水位較高且地下水中含有氯離子、硫離子、堿等腐蝕性介質的地區，直埋波紋管膨脹節一般選用聯合保護型結構。此類膨脹節由工作波紋管和保護波紋管組成，工作波紋管由300系不銹鋼制造，保護波紋管由300系不銹鋼加防腐涂料或由高鎳耐蝕合金制造。保護波紋管的作用是將外部腐蝕環境與工作波紋管隔絕開來，保護工作波紋管不受外部腐蝕介質的侵蝕。
隨著近些年江河水質、城市地下水質條件的變化，供熱管網內部介質也有了較大的變化，尤其在沿海地區、重工業地區，供熱介質中所含有害物質如氯離子、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力腐蝕比較敏感，這些地區的用戶對300系不銹鋼制波紋管有些擔心，為了_波紋管的正常使用，在于介質接觸的部分增設耐蝕金屬層。
2.3 供熱管網波紋管膨脹節的失效類型及原因分析
2.3.1 波紋管失效類型
供熱管網用波紋管膨脹節的失效在管線試壓和運行期間均有發生。
管線試壓時出現問題主要有三種類型，（1）由于管系臨時支撐不當，或管系固定支架設置不合理，導致支架破壞，波紋管過量變形而失效；（2）由于波紋管設計所考慮的壓力或位移裕度不夠，管線試壓時波紋管產生失穩變形失效；（3）膨脹節制造質量問題，此類失效以小制造廠產品居多。
波紋管在運行期間的失效主要表現為腐蝕泄漏和失穩變形兩種形式，其中又以腐蝕失效居多。從腐蝕失效波紋管的解剖分析發現，腐蝕失效通常分兩種類型：點腐蝕穿孔和應力腐蝕開裂；其中氯離子應力腐蝕開裂約占整個腐蝕失效的95％。波紋管失穩有兩種類型：強度失穩和結構失穩；強度失穩包括內外壓波紋管平面失穩和外壓波紋管周向失穩，結構失穩是內壓波紋管膨脹節的柱失穩。
2.3.2 波紋管失效原因分析
2.3.2.1波紋管腐蝕失效原因
從近二十年波紋管在供熱管網的應用實踐來看，波紋管的腐蝕失效與內部輸送介質和外部環境條件均有關系。當內部介質符合標準要求時，外部環境的腐蝕是造成波紋管失效的主要原因。
架空管網在安裝完畢后，通常會將管道連波紋管膨脹節一起包覆于密封的外護層中，當外護層密封不理想時，大氣中的腐蝕介質、酸雨、沿海地區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。
地溝敷設是城市集中供熱常見的敷設方式。理想的地溝環境是適合波紋管工作的。當地溝中存在污水、含鹽堿的地下水、融雪鹽水或其它腐蝕性介質時，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_腐蝕失效。直埋管網用波紋管膨脹節由于管線直埋于地下，膨脹節與管道接口處很難實現理想的密封連接，因此直埋管網波紋管常見失效是由于外部腐蝕介質引起的。
2.3.2.2 波紋管設計疲勞壽命與穩定性及應力腐蝕的關系
眾所周知，波紋管的設計主要考慮三個方面的因素：耐壓強度、穩定性和疲勞性能。在標準和EJMA標準中，對這幾方面的計算和評定都有明確的規定。
從多年的應用實踐中，尤其是從一些波紋管失效分析中，感到標準中給出的關于穩定性的計算和評定方法不夠全面；關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，一個符合標準要求的產品，在實際使用時也會出現一些問題。如內壓軸向型膨脹節預變位狀態在壓力試驗時波紋管易產生平面失穩，大直徑外壓軸向型膨脹節全位移工作狀態波紋管易產生周向失穩，小直徑復式拉桿型膨脹節、鉸鏈型膨脹節全位移工作狀態易產生柱失穩。波紋管過大的變形不僅對其穩定性造成影響，變形引起的綜合應力的增加，還會為應力腐蝕提供有利的環境條件。以下將_波紋管穩定性與疲勞壽命（單波補償量）的關系及波紋管綜合應力與應力腐蝕的關系進行簡要分析。
a. 波紋管疲勞壽命與其綜合應力
波紋管的補償量取決與其疲勞壽命，要求的疲勞壽命越高，波紋管單波補償量越小。為了降低成本，提高單波補償量，有些生產廠家將波紋管的許用疲勞壽命降的很低。這樣_導致由位移引起的波紋管子午向彎曲應力很大，綜合應力很高，大大降低了波紋管的穩定性。表1給出了無加強U形波紋管許用疲勞壽命與子午向綜合應力及單波補償量之間的關系。
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