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供热管网中直埋式波纹管补偿器存在的问题和建议

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-11-08  浏览次数:177
  直埋式波纹管补偿器之所以能够在许多行业中得到广泛应用,除具有良好的补偿能力之外,高可靠性是主要原因。其可靠性是通过设计、制造、安装、运行管理等多个环节来保证的,任何一个环节的失控都会导致补偿器寿命的降低甚至失效。
  一、问题的提出 
  直埋式波纹管补偿器作为一种新型补偿设备,从80年末期开始使用,90年代得以大力推广。作为一种补偿性能良好,使用维护简单的补偿器,特别是在代替以往套筒式补偿器方面,得到大家的认可,但随着其使用年限与范围的增加、扩展,特别是在供热系统中波纹管爆裂破损事故的不断发生,使得我们必须站在新的高度,重新认识波纹管补偿器。
  2011年11月20日~2001年12月8日,我公司香海热电厂供热干线(东线 DN600)的沿海街等部位直埋式波纹管补偿器在送汽过程突然发生爆裂(共9台),致使香海热电厂供热主干线管网无法高负荷运行,造成热负荷大幅减少,制约用热负荷。
  接连不断的问题,引起集团公司各部门的高度关注,直埋式波纹管补偿器在目前供热管网中被广泛使用,仅我公司集中供热网中就有近千个,特别是在大口径的供热主干线上,直埋式波纹管是目前唯一的补偿设备,一旦发生问题后果十分严重,必须引起高度重视。本文试分析直埋式波纹管补偿器爆裂破损各种原因及波纹管补偿器在设计、生产、施工和运行管理各方面存在的问题,并在此基础上提出解决问题的方法。
  二、原因分析
  我们从6个方面进行了事故原因分析,试述如下:
  1.外观观察
从爆裂后解体的直埋式波纹管补偿器的外观观察,几乎呈现一样的特征,波纹管外层的外壁有少量腐蚀产物,但仍然保持一定的金属光泽,裂纹很细,走向各异。在波纹管的第一层内壁以及第二、三层的内外壁有少量腐蚀产物附着,不锈钢薄板已经完全失去了金属光泽,坠落地面已无金属声响,层间堵塞腐蚀产物,造成结合力差,内表面附着均匀的薄水垢,无腐蚀产物,表面呈银灰色。裂纹情况与腐蚀产物相近。裂纹扩展方向具有发散特征,向各个方向开裂。
以上观察我们可以判断:直埋式波纹管补偿器的腐蚀开裂应是外层逐层向内各层波纹管发展的,只是各层波纹管腐蚀破坏在时间上的有先后,才出现各层腐蚀开裂程度上的明显差异。腐蚀来自波纹管外,在进入波纹管层间后,连续并加快了腐蚀的产生。由此我们可以排除腐蚀及层间进汽原因而产生的破坏。
  2.应力分析
  应力的存在是导致应力腐蚀开裂的必要条件之一。应力的来源主要有:波纹管加工成型过程中产生的形变应力和残余应力;在服役期间的工作应力;装配不当导致的装配应力过大;腐蚀产物引起的。
  3.设计运行参数分析
  直埋式波纹管补偿器原始设计参数: 
  设计压力:2.5MPa
  设计温度:300℃
  许用疲劳寿命:约1000次
  波纹管材质:304不锈钢
  单层厚度:1.2mm
  直埋式波纹管补偿器是蒸汽管网目前唯一的补偿设备,服役期间运行参数来看,运行参数远小于设计参数,对其失效不会产生太大的影响。
  4.补偿器结构分析
  从外压直埋式波纹管补偿器纵向剖面看,相当于一个受压力的拱梁,工作时波纹管处于拉伸状态,相当于拱梁降低了拱高,其抗失稳的能力自然降低。当波纹管单波位移过大时,波纹平直部分倾斜,使得波纹管波峰直径有缩小的趋势,但波峰圆环直径是确定的,为了协调变形,就会产生波峰塌陷,波纹管周向失稳。在国内外相应的标准中,关于位移对波纹管外压周向稳定性的影响均未涉及,有待于深入探讨。
  5.腐蚀产物分析(需定量、定性分析)
  6.材质及微观金相分析(需定量、定性分析)
  三、分析结论
  1.波纹管补偿器的爆损是由应力腐蚀造成的,腐蚀主要来源于外部环境。一是流入管道的天然水、化学盐水及污水,二是施工中所用的防水剂、防冻剂等。
  2.加工过程中所产生的形变马氏体不仅对材料的组织和结构,而且对材料力学性能和腐蚀行为产生明显影响。形变马氏体建立了一条对氯脆敏感途径,成为应力腐蚀裂纹扩展的活性通道。
  3. 304不锈钢Ni元素含量影响组织的稳定性,Cl-离子易导致形变马氏体产生。
  4. 应力是腐蚀的条件,特别是腐蚀产物的楔入应力,加快了腐蚀的速度。
  5.位移应力对波纹管设计的影响不容忽视,另外,安装时未预拉伸及设计参数接近设备极限,都是重要影响因素。
  四、解决方法
 (一)、产品设计、加工方面
  1.改变以往304不锈钢材,选用耐腐蚀的超低碳奥氏体不锈钢(如316L)。
  2.充分认识加工过程形变马氏体对波纹管带来的各方面的影响,尽可能减少形变马氏体的生成。为降低加工残余应力和受载应力,推广首选低波高,大波距的波纹管。
  3.改进产品设计,重新认识多层和单层波纹管产品的优劣。并增加直观检查波纹管外腐蚀的渠道和方法,尽量减少突发事故发生。同时,可以考虑在外压式波纹管外增加密封装置,一来可以减少介质中的Cl-腐蚀,二来可以减少突发事故的损失。
  4.重新研究并确立在一定条件下的波纹管寿命,提出在不同环境中波纹管合理的使用周期。在无腐蚀条件下对波纹管研究的基础上,重点研究应力与腐蚀的关系,找到在一定Cl-离子浓度下应力最佳值。
  5.适当提高波纹管的安全系数,研究位移应力对波纹管产品影响,提高抵御意外事件的能力。
 (二)、工程设计施工方面
  1.设计人员必须对波纹管补偿器有足够的了解和认识,这是正确选择和使用波纹管的前提条件。
  2.施工必须遵守设计图纸要求,并严格工程质量检测程序,确保工程质量。
  3.施工中严禁使用含Cl-离子的材料,严禁使用含Cl-离子的施工方法(如盐水防冻等)。
  4.严格选择生产厂家,并派驻厂员仔细把握从材料、加工到贮运的各个环节。
  5.建立波纹管档案,从设计、制造、施工、运行管理各方面都有明确记录。
  6.波纹管在生产、贮运及安装过程中应尽量避免污染。通常应贮存于阴凉干燥的库房,不得已露天放时,须使外压波纹管出口端向下(即按介质方由上向下),避免污水流入而引起腐蚀。
 (三)、运行管理方面
  1.认真调查并掌握波纹管使用环境条件,主要是Cl-离子含量情况,以期对应力腐蚀有清醒认识。并努力创造符合波纹管条件的运行环境。
  2.重新认识运行检查波纹管的重要性。波纹管作为管网附件是免维护的,但并不等于是免检查的,要切实加强对波纹管的检查,对内压型波纹管(铰链型、复式拉杆型)要定期进行波纹管着色检查;对外压波纹管主要检查有无浸泡、泄漏,对直接裸露或滴水处的波纹管要加以防护。
  3.建议每5年进行一次腐蚀状况的抽样分析和各项性能的检测。
  4.清洁管道中的水质,排除其中的沉积污物,消除点蚀形成和扩展的条件。
  5.开展波纹管剩余疲劳寿命的研究,正确及时更换具有潜在危险的波纹管补偿器。同时也要研究出突发事故下的抢修预案。
  6.加强小室积水管理,从根本上解决夹层进汽及腐蚀问题。
  7.建议每年进行一到二次管线切换运行。
  8.特殊情况下,延长送汽时间(与规程规定时间相比)。
  五、结束语
  直埋式波纹管补偿器是对原材料、产品设计加工工艺和运行管理诸方面都有明确要求的产品,有着其自身的使用条件及相应要求,本文正是力图通过波纹管补偿器爆损的现象,归纳和总结这些条件和要求,以期更加合理地用好波纹管。通过对直埋式波纹管补偿器爆裂破损各种现象和数据的分析,希望能引起大家对这个问题的重视,并不断地完善之。直埋式波纹管补偿器存在的问题主要有波纹管的稳定性及腐蚀。通过合理的设计波纹管波形参数和疲劳寿命、安装正确及管系应力分析完善等措施,可以解决波纹管的稳定性问题。我们感到,只有不断地探索和积累,才能真正更加全面地认识波纹管补偿器,才不再简单盲目地肯定或否定,使我们从容应对。--大连热电集团有限公司供热总公司生产技术部 王迪浩;大连热电集团有限公司北部供热工程项目部  古振彦
 
 
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