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供熱管網中直埋式波紋管補償器存在的問題和建議

放大字體  縮小字體 發布日期:2012-11-08  瀏覽次數:281
  直埋式波紋管補償器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,高可靠性是主要原因。其可靠性是通過設計、制造、安裝、運行管理等多個環節來保證的,任何一個環節的失控都會導致補償器壽命的降低甚至失效。
  一、問題的提出 
  直埋式波紋管補償器作為一種新型補償設備,從80年末期開始使用,90年代得以大力推廣。作為一種補償性能良好,使用維護簡單的補償器,特別是在代替以往套筒式補償器方面,得到大家的認可,但隨著其使用年限與范圍的增加、擴展,特別是在供熱系統中波紋管爆裂破損事故的不斷發生,使得我們必須站在新的高度,重新認識波紋管補償器。
  2011年11月20日~2001年12月8日,我公司香海熱電廠供熱干線(東線 DN600)的沿海街等部位直埋式波紋管補償器在送汽過程突然發生爆裂(共9臺),致使香海熱電廠供熱主干線管網無法高負荷運行,造成熱負荷大幅減少,制約用熱負荷。
  接連不斷的問題,引起集團公司各部門的高度關注,直埋式波紋管補償器在目前供熱管網中被廣泛使用,僅我公司集中供熱網中就有近千個,特別是在大口徑的供熱主干線上,直埋式波紋管是目前唯一的補償設備,一旦發生問題后果十分嚴重,必須引起高度重視。本文試分析直埋式波紋管補償器爆裂破損各種原因及波紋管補償器在設計、生產、施工和運行管理各方面存在的問題,并在此基礎上提出解決問題的方法。
  二、原因分析
  我們從6個方面進行了事故原因分析,試述如下:
  1.外觀觀察
從爆裂后解體的直埋式波紋管補償器的外觀觀察,幾乎呈現一樣的特征,波紋管外層的外壁有少量腐蝕產物,但仍然保持一定的金屬光澤,裂紋很細,走向各異。在波紋管的第一層內壁以及第二、三層的內外壁有少量腐蝕產物附著,不銹鋼薄板已經完全失去了金屬光澤,墜落地面已無金屬聲響,層間堵塞腐蝕產物,造成結合力差,內表面附著均勻的薄水垢,無腐蝕產物,表面呈銀灰色。裂紋情況與腐蝕產物相近。裂紋擴展方向具有發散特征,向各個方向開裂。
以上觀察我們可以判斷:直埋式波紋管補償器的腐蝕開裂應是外層逐層向內各層波紋管發展的,只是各層波紋管腐蝕破壞在時間上的有先后,才出現各層腐蝕開裂程度上的明顯差異。腐蝕來自波紋管外,在進入波紋管層間后,連續并加快了腐蝕的產生。由此我們可以排除腐蝕及層間進汽原因而產生的破壞。
  2.應力分析
  應力的存在是導致應力腐蝕開裂的必要條件之一。應力的來源主要有:波紋管加工成型過程中產生的形變應力和殘余應力;在服役期間的工作應力;裝配不當導致的裝配應力過大;腐蝕產物引起的。
  3.設計運行參數分析
  直埋式波紋管補償器原始設計參數: 
  設計壓力:2.5MPa
  設計溫度:300℃
  許用疲勞壽命:約1000次
  波紋管材質:304不銹鋼
  單層厚度:1.2mm
  直埋式波紋管補償器是蒸汽管網目前唯一的補償設備,服役期間運行參數來看,運行參數遠小于設計參數,對其失效不會產生太大的影響。
  4.補償器結構分析
  從外壓直埋式波紋管補償器縱向剖面看,相當于一個受壓力的拱梁,工作時波紋管處于拉伸狀態,相當于拱梁降低了拱高,其抗失穩的能力自然降低。當波紋管單波位移過大時,波紋平直部分傾斜,使得波紋管波峰直徑有縮小的趨勢,但波峰圓環直徑是確定的,為了協調變形,就會產生波峰塌陷,波紋管周向失穩。在國內外相應的標準中,關于位移對波紋管外壓周向穩定性的影響均未涉及,有待于深入探討。
  5.腐蝕產物分析(需定量、定性分析)
  6.材質及微觀金相分析(需定量、定性分析)
  三、分析結論
  1.波紋管補償器的爆損是由應力腐蝕造成的,腐蝕主要來源于外部環境。一是流入管道的天然水、化學鹽水及污水,二是施工中所用的防水劑、防凍劑等。
  2.加工過程中所產生的形變馬氏體不僅對材料的組織和結構,而且對材料力學性能和腐蝕行為產生明顯影響。形變馬氏體建立了一條對氯脆敏感途徑,成為應力腐蝕裂紋擴展的活性通道。
  3. 304不銹鋼Ni元素含量影響組織的穩定性,Cl-離子易導致形變馬氏體產生。
  4. 應力是腐蝕的條件,特別是腐蝕產物的楔入應力,加快了腐蝕的速度。
  5.位移應力對波紋管設計的影響不容忽視,另外,安裝時未預拉伸及設計參數接近設備極限,都是重要影響因素。
  四、解決方法
 (一)、產品設計、加工方面
  1.改變以往304不銹鋼材,選用耐腐蝕的超低碳奧氏體不銹鋼(如316L)。
  2.充分認識加工過程形變馬氏體對波紋管帶來的各方面的影響,盡可能減少形變馬氏體的生成。為降低加工殘余應力和受載應力,推廣首選低波高,大波距的波紋管。
  3.改進產品設計,重新認識多層和單層波紋管產品的優劣。并增加直觀檢查波紋管外腐蝕的渠道和方法,盡量減少突發事故發生。同時,可以考慮在外壓式波紋管外增加密封裝置,一來可以減少介質中的Cl-腐蝕,二來可以減少突發事故的損失。
  4.重新研究并確立在一定條件下的波紋管壽命,提出在不同環境中波紋管合理的使用周期。在無腐蝕條件下對波紋管研究的基礎上,重點研究應力與腐蝕的關系,找到在一定Cl-離子濃度下應力最佳值。
  5.適當提高波紋管的安全系數,研究位移應力對波紋管產品影響,提高抵御意外事件的能力。
 (二)、工程設計施工方面
  1.設計人員必須對波紋管補償器有足夠的了解和認識,這是正確選擇和使用波紋管的前提條件。
  2.施工必須遵守設計圖紙要求,并嚴格工程質量檢測程序,確保工程質量。
  3.施工中嚴禁使用含Cl-離子的材料,嚴禁使用含Cl-離子的施工方法(如鹽水防凍等)。
  4.嚴格選擇生產廠家,并派駐廠員仔細把握從材料、加工到貯運的各個環節。
  5.建立波紋管檔案,從設計、制造、施工、運行管理各方面都有明確記錄。
  6.波紋管在生產、貯運及安裝過程中應盡量避免污染。通常應貯存于陰涼干燥的庫房,不得已露天放時,須使外壓波紋管出口端向下(即按介質方由上向下),避免污水流入而引起腐蝕。
 (三)、運行管理方面
  1.認真調查并掌握波紋管使用環境條件,主要是Cl-離子含量情況,以期對應力腐蝕有清醒認識。并努力創造符合波紋管條件的運行環境。
  2.重新認識運行檢查波紋管的重要性。波紋管作為管網附件是免維護的,但并不等于是免檢查的,要切實加強對波紋管的檢查,對內壓型波紋管(鉸鏈型、復式拉桿型)要定期進行波紋管著色檢查;對外壓波紋管主要檢查有無浸泡、泄漏,對直接裸露或滴水處的波紋管要加以防護。
  3.建議每5年進行一次腐蝕狀況的抽樣分析和各項性能的檢測。
  4.清潔管道中的水質,排除其中的沉積污物,消除點蝕形成和擴展的條件。
  5.開展波紋管剩余疲勞壽命的研究,正確及時更換具有潛在危險的波紋管補償器。同時也要研究出突發事故下的搶修預案。
  6.加強小室積水管理,從根本上解決夾層進汽及腐蝕問題。
  7.建議每年進行一到二次管線切換運行。
  8.特殊情況下,延長送汽時間(與規程規定時間相比)。
  五、結束語
  直埋式波紋管補償器是對原材料、產品設計加工工藝和運行管理諸方面都有明確要求的產品,有著其自身的使用條件及相應要求,本文正是力圖通過波紋管補償器爆損的現象,歸納和總結這些條件和要求,以期更加合理地用好波紋管。通過對直埋式波紋管補償器爆裂破損各種現象和數據的分析,希望能引起大家對這個問題的重視,并不斷地完善之。直埋式波紋管補償器存在的問題主要有波紋管的穩定性及腐蝕。通過合理的設計波紋管波形參數和疲勞壽命、安裝正確及管系應力分析完善等措施,可以解決波紋管的穩定性問題。我們感到,只有不斷地探索和積累,才能真正更加全面地認識波紋管補償器,才不再簡單盲目地肯定或否定,使我們從容應對。--大連熱電集團有限公司供熱總公司生產技術部 王迪浩;大連熱電集團有限公司北部供熱工程項目部  古振彥
 
 
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