預(yù)應(yīng)力塑料波紋管使用中的問題
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管在使用當(dāng)中存在的問題主要有預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的穩(wěn)定性及腐蝕。通過合理的設(shè)計預(yù)應(yīng)力塑料波紋管波形參數(shù)和疲勞壽命、安裝正確及管系應(yīng)力分析完善等措施,可以解決預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的穩(wěn)定性問題。
對于腐蝕問題,可以通過合理的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管選材和預(yù)應(yīng)力塑料波紋管結(jié)構(gòu)設(shè)計,阻斷腐蝕源;加強小室積水管理,這兩個方向解決。
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管使用中的問題
一、預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的失效類型及原因分析
1、失效類型的分析
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管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: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,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管過量變形而失效;由于預(yù)應(yīng)力塑料波紋管設(shè)計所考慮的壓力或位移安全富裕度不夠,管線試壓時預(yù)應(yīng)力塑料波紋管產(chǎn)生失穩(wěn)變形失效;預(yù)應(yīng)力塑料波紋管制造質(zhì)量問題,制造廠偷工減料,5層私自改為3層或更少。
預(yù)應(yīng)力塑料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,其中以腐蝕失效居多。從腐蝕失效預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的解剖分析發(fā)現(xiàn),腐蝕失效通常允點腐蝕穿孔和應(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%。預(yù)應(yīng)力塑料波紋管失穩(wěn)有強度失穩(wěn)和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)兩種類型,強度失穩(wěn)包括內(nèi)外壓預(yù)應(yīng)力塑料波紋管平面失穩(wěn)和外壓預(yù)應(yīng)力塑料波紋管周向失穩(wěn);結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是內(nèi)壓預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的柱失穩(wěn)。
2、設(shè)計疲勞壽命與穩(wěn)定性及應(yīng)力腐蝕的關(guān)系
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的設(shè)計主要考慮耐壓強度、穩(wěn)定性和疲勞性能等三個方面的因素。雖然國家標(biāo)準和美國EJM A標(biāo)準對這幾方面的計算和評定都有明確的規(guī)定,但從多年的應(yīng)用實踐和預(yù)應(yīng)力塑料波紋管失效分析中發(fā)現(xiàn),標(biāo)準中給出的關(guān)于穩(wěn)定性的計算和評定方法不夠全面,且疲勞壽命也僅給出了比較粗的界限范圍(平均疲勞壽命在103~105適用)。有時—個完全符合標(biāo)準要求的產(chǎn)品,在實際使用時也會出現(xiàn)—些問題。如內(nèi)壓軸向型預(yù)應(yīng)力塑料波紋管預(yù)變位狀態(tài)在壓力試驗時預(yù)應(yīng)力塑料波紋管易產(chǎn)生平面失穩(wěn),大直徑外壓軸向型預(yù)應(yīng)力塑料波紋管全位移工作狀態(tài)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管易產(chǎn)生周向失穩(wěn),小直徑復(fù)式拉桿型預(yù)應(yīng)力塑料波紋管、鉸鏈型預(yù)應(yīng)力塑料波紋管全位移工作狀態(tài)易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。預(yù)應(yīng)力塑料波紋管過大的變形不僅對其穩(wěn)定陛造成影響,還會為應(yīng)力腐蝕提供有利的環(huán)境條件。
a、預(yù)應(yīng)力塑料波紋管疲勞壽命與其綜合應(yīng)力
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的補償量取決于其疲勞壽命,疲勞壽命越高,預(yù)應(yīng)力塑料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(chǎn)廠家將預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的許用疲勞壽命降得很低,這樣會導(dǎo)致由位移引起的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管子午向彎曲應(yīng)力很大,綜合應(yīng)力很高,大大降低了預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的穩(wěn)定性。
b、預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的綜合應(yīng)力與其耐壓強度
由標(biāo)準中給出的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管平面穩(wěn)定性和周向穩(wěn)定性的計算方法和評定標(biāo)準可以看出,二者反映的均為強度問題。當(dāng)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管設(shè)計的許用壽命較低時,不僅其子午向綜合應(yīng)力較高,環(huán)向應(yīng)力也比較高,使預(yù)應(yīng)力塑料波紋管局部很快進入塑性變形,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力塑料波紋管失穩(wěn)。對于內(nèi)壓預(yù)應(yīng)力塑料波紋管,位移應(yīng)力在預(yù)應(yīng)力塑料波紋管波峰和波谷處形成塑性鉸,再加上壓力應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管很快產(chǎn)生平面失穩(wěn)。這就是低疲勞壽命預(yù)應(yīng)力塑料波紋管在位移條件下平面失穩(wěn)壓力遠低于高疲勞壽命的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的根本原因。例如在預(yù)變位狀態(tài)下,即預(yù)應(yīng)力塑料波紋管位移量為許用值的1陀時,一個許用疲勞壽命為200次的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管,尚未達到其允許設(shè)計壓力時,已經(jīng)產(chǎn)生平面失穩(wěn);許用疲勞壽命為1000次的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管,達到設(shè)計壓力時,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管處于平面穩(wěn)定狀態(tài),達到1.5倍設(shè)計壓力時,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管處于臨界失穩(wěn)狀態(tài);許用疲勞壽命為2000次的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管達到設(shè)計壓力15倍時,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管仍處于平面穩(wěn)定狀態(tài)。從外壓預(yù)應(yīng)力塑料波紋管縱向剖面看,相當(dāng)于一個受壓力的拱粱,工作時預(yù)應(yīng)力塑料波紋管處于拉伸狀態(tài),相當(dāng)于拱梁降低了拱高,其抗失穩(wěn)的能力自然降低。當(dāng)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管單波位移過大時,波紋平直部分傾斜,使得預(yù)應(yīng)力塑料波紋管波峰直徑有縮小的趨勢,但波峰圓環(huán)直徑是確定的,為了協(xié)調(diào)變形,就會產(chǎn)生波峰塌陷,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管周向失穩(wěn)。
在國內(nèi)外相應(yīng)的標(biāo)準中,關(guān)于位移對預(yù)應(yīng)力塑料波紋管外壓周向穩(wěn)定性的影響均未涉及,有待于深人探討。綜上所述,雖然至今為止在熱力管網(wǎng)的應(yīng)用過程中尚未發(fā)現(xiàn)由疲萄而引起的破壞,但預(yù)應(yīng)力塑料波紋管過低的設(shè)計疲勞壽命,將會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。
c、預(yù)應(yīng)力塑料波紋管位移與其柱穩(wěn)定性。
對于復(fù)式拉桿型和鉸鏈型預(yù)應(yīng)力塑料波紋管,橫向位移是由預(yù)應(yīng)力塑料波紋管角變位引起中間管段傾斜實現(xiàn)的。當(dāng)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管產(chǎn)生角變位時,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管凸出側(cè)承壓面積大于凹陷側(cè)承壓面積,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力塑料波紋管附加了—個橫向力,較之軸向型預(yù)應(yīng)力塑料波紋管更易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。顯然預(yù)應(yīng)力塑料波紋管單波位移越大,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管橫向位移越大,越易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。
二、改善預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的可靠性的幾個方面
1、可靠性設(shè)計
a、材料選擇
對用于供熱管網(wǎng)的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的選材,除應(yīng)考慮工作介質(zhì)、工作溫度和外部環(huán)境外,還應(yīng)考慮應(yīng)力腐蝕的可能性、水處理劑和管道清洗劑對材料的影響等,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合預(yù)應(yīng)力塑料波紋管材料的焊接、成型以及材料的|生能價格比,優(yōu)選出經(jīng)濟實用的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管制作材料。
一般情況下,選用預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的材料應(yīng)滿足下列條件:
1)良好的塑性,便于預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的加工成形,且能通過隨后的處理工藝(冷作硬化、熱處理等)獲得足夠的硬度和強度。
2)高彈性極限、抗拉強度和疲勞強度,保證預(yù)應(yīng)力塑料波紋管正常工作。
3)良好的焊接性能,滿足預(yù)應(yīng)力塑料波紋管在制作過程中的焊接工藝要求。
4)較好的耐腐蝕性能,滿足預(yù)應(yīng)力塑料波紋管在不同環(huán)境下工作要求。大多數(shù)生產(chǎn)廠家都采用奧氏體不銹鋼,如材料牌號為0Cd8N i9(相當(dāng)于 304)、00CA9Nil0(相當(dāng)于304L)、0Cd7NiM02(相當(dāng)于316)、 00Crl7Ni4M02(相當(dāng)于316L)。
為了提高預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的耐蝕陛,現(xiàn)供熱管網(wǎng)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的用材多選用316或316L,這兩種材料用于熱力管網(wǎng)應(yīng)該是性能價格比較為優(yōu)良的材料。對于地溝敷設(shè)的熱力管網(wǎng),當(dāng)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管所處管道地勢較低時,雨水或事故}生污水會浸泡預(yù)應(yīng)力塑料波紋管,應(yīng)考慮選用耐蝕性更強的材料,如鐵鎳合金、高鎳合金等。由于此類材料價格較高,在制造預(yù)應(yīng)力塑料波紋管時,可以考慮僅在與腐蝕眭介質(zhì)接觸的表面增加一層耐蝕合金。
b、疲勞壽命沒計
由預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的失效類型及原因分析可以看出,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的平面穩(wěn)定性、周向穩(wěn)定性及耐腐蝕I生能均與其位移量即 疲勞壽命相關(guān)。過低的疲勞壽撇導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力塑料波紋管穩(wěn)定性及耐蝕性能下降。根據(jù)試驗和使用經(jīng)驗,用于供熱工程的預(yù)應(yīng)力塑料波紋管疲勞壽命應(yīng)不小于 1000次。大多數(shù)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的失效是由外部環(huán)境腐蝕造成的,因此在進行預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的結(jié)構(gòu)設(shè)計時,可考慮隔絕外部腐蝕介質(zhì)與預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的接觸。如對于外壓軸向型預(yù)應(yīng)力塑料波紋管可在出口端環(huán)與出口管之間增加填料密封裝置,其作用相當(dāng)于套筒預(yù)應(yīng)力塑料波紋管,既可抵擋外部腐蝕介質(zhì)的侵入,又給預(yù)應(yīng)力塑料波紋管增加了一道安全屏障,即使預(yù)應(yīng)力塑料波紋管破壞,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管還可以起 到#lq黼l并避免預(yù)應(yīng)力塑料波紋管失效。
2、保證安裝質(zhì)量
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管不能承重,應(yīng)單獨吊裝;
除設(shè)計要求預(yù)拉伸或冷緊的預(yù)變形量外,嚴禁用使預(yù)應(yīng)力塑料波紋管變形的方法來調(diào)整管道的安裝偏差;
安裝過程不允許焊渣飛濺到預(yù)應(yīng)力塑料波紋管表面和受到其他機械性損傷;
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管所有活動元件不得被外部構(gòu)件卡死或限制其活動部位正常工作;
水壓試驗用水須干凈、無腐蝕性,對奧氏體不銹鋼材質(zhì)應(yīng)嚴格控制水中氯離子含量不超過25x10,并應(yīng)及時排盡波紋中的積水等。
三、結(jié)語
綜上所述,顯然預(yù)應(yīng)力塑料波紋管單波位移越大,預(yù)應(yīng)力塑料波紋管橫向位移越大,越易產(chǎn)生柱失穩(wěn)。雖然至今為止在熱力管網(wǎng)的應(yīng)用過程中尚未發(fā)現(xiàn)由疲勞而引起的破壞,但預(yù)應(yīng)力塑料波紋管過低的設(shè)計疲勞壽命,將會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果,必須引起重視起來。