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波纹补偿器在未来热力管道运用趋势及案例分析
发布时间:2017-12-14

  由于工程项目实施的年代不同,人们所掌握技术水准不一,在已运营的地下敷设供热管 网系统中的金属波纹管补偿器所处的自然环境各不相同,我们通常所使用的材质有其固有的 边界使用控制条件,应科学的根据所使用的工况及所敷设的自然环境,有针对性的设计选择, 并通过不同的手段创造和改变适应外界环境的办法,加以实施。而往往在实际工程实施中, 总因某一些工程在设计、施工、管理过程中不能按上述法则去操作,其结果造成一些工程在 投运短时间内就发生波纹补偿器爆裂事故。为帮助分析目前所发生波纹补偿器爆裂事故的成 因,下面列举两个工程波纹补偿器破坏的案例:


  案例一:华北地区某城市集中供热工程投入运行三个月,发现在 DN900mm 管道中补偿器 小室内波纹管出现漏水现象后两个月发生爆裂,经对全网 470 多个波纹补偿器进行普查,其 结果有 12 个破裂,8 个不同程度出现点腐蚀,3 个变形失稳,对破坏后的波纹补偿器进行检 验,金相分析结果为应力腐蚀,通过离子光谱仪对裂纹处锈蚀物分析,腐蚀介质成份主要为 氯及硫。


  案例二:东北地区某热电厂供热管网交付使用后三年,在维护过程中发现波纹补偿器泄 漏,DN450~DN600mm 管网在供水管上 386 个金属波纹管补偿器中检查发现有 69 个产生不同 程度的裂纹(部分已泄漏),日产材质均为 SUS304、SUS316、SUS316L 不锈钢,在对不同地 点地下水分别取样检验 Clˉ含量均超过 25PPM,严重的超过 4~5 倍,金相分析结果属应力腐 蚀,腐蚀介质为 Clˉ。


  通过上述两个工程案例可以看出,在气候条件、工程内容截然不同的两个地区,由于补 偿器其材质相同,外部所处的工作环境条件一样均含有超标 Clˉ等腐蚀介质,不同程度的 都产生应力腐蚀破坏,而且两个案例中破裂的 81 个补偿器全部在供水管道,金相及离子光 谱仪分析结果均为应力腐蚀,腐蚀介质为 Clˉ等。另外从其它工程破坏的波纹补偿器碎片 外观看与上述案例极为相似,绝大多数破坏的波纹管外表锈蚀严重,表面呈不均匀的褐色锈 斑,细裂纹清晰可见,呈网状疏密不一不规则分布,个别部位有脱落破损,通过用手折断碎 片发现裂纹大部分已腐蚀穿透,从现象看外表层严重,内层较轻。另外取同样的材质、试块 在高浓度 NaCl 溶液中通过几年浸泡后,均未发现试块腐蚀,应该说在无应力状态下,波纹 补偿器所选用的材质在 Clˉ的作用下是不会腐蚀的。在以往工程中所出现的波纹补偿器破 坏现象中板材应力腐蚀约占 80—90%以上,在工作应力作用下遇到超标 Clˉ等腐蚀介质是造 成波纹补偿器应力腐蚀破坏的主要原因,工作应力越大腐蚀速度越快。 所以地下敷设的供热管道在选择波纹补偿器时,必须掌握波纹补偿器设计疲劳寿命、综 合应力、单波位移量三者之间关系,根据这种量化关系合理确定波纹补偿器的设计疲劳寿命。 为控制波纹补偿器工作应力在设计中要进行经济比较,尽可能降低波纹补偿器工作应力,不 可单纯的为追求补偿量来降低设计疲劳寿命,而不注重应力的急剧变化。


  93 年在《城市供热管道用波纹补偿器》标准中(CJ/T3016-93)明确城市供热管道用波纹补偿器的使用疲劳 寿命定为 200 次。在 2000 年后出版的一些工具书把热网常用波纹补偿器(包括直埋)的设 计疲劳寿命确定为 200~300 次,仅从供热管网运行系统所规定的设计使用时间寿命看(30 年)似乎比较经济合理,但从本文所讨论问题中可以看出,在供热管网系统中所选用的波纹 补偿器只要存在与 Clˉ含量超标的物质接触的可能性,按设计疲劳寿命 200~300 次的标准 是不够的,在本文第二部分中列举的某城市 80 年代建设管网中所采用的波纹补偿器疲劳寿 命均不低于 1000 次,二十几年时间过去均正常运行,足可以说明问题。从下面的疲劳寿命 与综合应力、单波位移量比较表中可以看出它们之间的对应关系。过低的疲劳寿命会导致波 纹补偿器稳定性及耐腐蚀性能下降。总结以往工程在这方面成功与失败的教训,考虑经济因 素,建议敷设在地下有超标腐蚀介质的供热管道中设置波纹补偿器其设计疲劳寿命应设定为 1000~2000 次为宜。材质采用 316L。


  单波位移给出的是以许用寿命 1000 次为参照的参考值。 为使用户消除在应用过程中所产生的不安全顾虑,使波纹补偿器在城市直埋供热管道中 充分的发挥作用。让我们针对波纹补偿器在过去的应用过程中所出现的问题进行认真的研 究,并找出合理的解决办法,因为绝大部分波纹补偿器的破坏原因主要是应力腐蚀破坏。要做到从根本解决波纹补偿器的腐蚀破坏问题,必须切断腐蚀源,首先从产 品出厂前着手,只有这样才可以实现解决问题工厂化,质量才会有保障。而目前国内 80%左 右的直埋敷设供热管道工程,波纹补偿器与管道焊接完后直接施工保温层、保护层并实现整 体化。可想而知,当管道受冷热作用时,工作管是在补偿器的补偿状态下进行工作,而保温 层、保护层靠什么呢?在轴向变化较大的部位反复的通过热压冷拉的过程,肯定要产生横向 破坏,这样就给有腐蚀介质存在的地区,创造接触波纹补偿器的腐蚀机会。利用井室设置波 纹补偿器从目前施工方法和措施看是很难解决不漏水的问题,在冬季井内有水实质就形成了 储水加热池,除热损失外还要冒汽,如果水中有超标腐蚀介质,波纹补偿器很快就会损坏, 因此,也是造成波纹补偿器腐蚀破坏的主要原因。


  综上所述,我们总结了金属波纹补偿器在实际直埋供热管道的应用,并找出其在应用过 程中存在的主要问题,通过讨论分析,认为在实际应用过程中我们对波纹补偿器的真正的属 性在认识上还存在一定距离,在使用上重视程度还不够。就目前在国内直埋管道上所使用波 纹补偿器(除少数产品外)在整体保温防护制作方法上还存在一定误区,使其在工作中不能 保证正常的使用寿命。 因此,建议在直埋管道上使用金属波纹补偿器必须在其外保温、保护层伸缩位置上科学 合理的设置非金属补偿器,确保其正常工作时保温、保护层不被破坏,为保证质量应实现波 纹补偿器与保温、保护层三位一体工厂化生产,以产品的方式进入使用市场,产品的设计生 产必须经行业主管部门组织专家进行技术论证方可进行批量生产,对上述所提及的其它问 题,首先要做到用户自身的高度重视,科学合理对产品进行定价、禁防恶性竞争,目前在运 营的工程中因此而造成较大社会影响和经济损失的实例为数不少,应吸取教训。