供熱管網(wǎng)中直埋式波紋管補(bǔ)償器存在的問(wèn)題和建議

  直埋式波紋管補(bǔ)償器之所以能夠在許多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，除具有良好的補(bǔ)償能力之外，高可靠性是主要原因。其可靠性是通過(guò)設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行管理等多個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)保證的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失控都會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償器壽命的降低甚至失效。

  一、問(wèn)題的提出 
  直埋式波紋管補(bǔ)償器作為一種新型補(bǔ)償設(shè)備，從80年末期開(kāi)始使用，90年代得以大力推廣。作為一種補(bǔ)償性能良好，使用維護(hù)簡(jiǎn)單的補(bǔ)償器，特別是在代替以往套筒式補(bǔ)償器方面，得到大家的認(rèn)可，但隨著其使用年限與范圍的增加、擴(kuò)展，特別是在供熱系統(tǒng)中波紋管爆裂破損事故的不斷發(fā)生，使得我們必須站在新的高度，重新認(rèn)識(shí)波紋管補(bǔ)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(bǔ)償器在送汽過(guò)程突然發(fā)生爆裂（共9臺(tái)），致使香海熱電廠供熱主干線管網(wǎng)無(wú)法高負(fù)荷運(yùn)行，造成熱負(fù)荷大幅減少，制約用熱負(fù)荷。
  接連不斷的問(wèn)題，引起集團(tuán)公司各部門(mén)的高度關(guān)注，直埋式波紋管補(bǔ)償器在目前供熱管網(wǎng)中被廣泛使用，僅我公司集中供熱網(wǎng)中就有近千個(gè)，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(bǔ)償設(shè)備，一旦發(fā)生問(wèn)題后果十分嚴(yán)重，必須引起高度重視。本文試分析直埋式波紋管補(bǔ)償器爆裂破損各種原因及波紋管補(bǔ)償器在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和運(yùn)行管理各方面存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上提出解決問(wèn)題的方法。

  二、原因分析
  我們從6個(gè)方面進(jìn)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(bǔ)償器的外觀觀察，幾乎呈現(xiàn)一樣的特征，波紋管外層的外壁有少量腐蝕產(chǎn)物，但仍然保持一定的金屬光澤，裂紋很細(xì)，走向各異。在波紋管的第一層內(nèi)壁以及第二、三層的內(nèi)外壁有少量腐蝕產(chǎn)物附著，不銹鋼薄板已經(jīng)完全失去了金屬光澤，墜落地面已無(wú)金屬聲響，層間堵塞腐蝕產(chǎn)物，造成結(jié)合力差，內(nèi)表面附著均勻的薄水垢，無(wú)腐蝕產(chǎn)物，表面呈銀灰色。裂紋情況與腐蝕產(chǎn)物相近。裂紋擴(kuò)展方向具有發(fā)散特征，向各個(gè)方向開(kāi)裂。
以上觀察我們可以判斷：直埋式波紋管補(bǔ)償器的腐蝕開(kāi)裂應(yīng)是外層逐層向內(nèi)各層波紋管發(fā)展的，只是各層波紋管腐蝕破壞在時(shí)間上的有先后，才出現(xiàn)各層腐蝕開(kāi)裂程度上的明顯差異。腐蝕來(lái)自波紋管外，在進(jìn)入波紋管層間后，連續(xù)并加快了腐蝕的產(chǎn)生。由此我們可以排除腐蝕及層間進(jìn)汽原因而產(chǎn)生的破壞。
  2.應(yīng)力分析
  應(yīng)力的存在是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的必要條件之一。應(yīng)力的來(lái)源主要有：波紋管加工成型過(guò)程中產(chǎn)生的形變應(yīng)力和殘余應(yīng)力；在服役期間的工作應(yīng)力；裝配不當(dāng)導(dǎo)致的裝配應(yīng)力過(guò)大；腐蝕產(chǎn)物引起的。
  3.設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)分析
  直埋式波紋管補(bǔ)償器原始設(shè)計(jì)參數(shù)： 
  設(shè)計(jì)壓力：2.5MPa
  設(shè)計(jì)溫度：300℃
  許用疲勞壽命：約1000次
  波紋管材質(zhì)：304不銹鋼
  單層厚度：1.2mm
  直埋式波紋管補(bǔ)償器是蒸汽管網(wǎng)目前唯一的補(bǔ)償設(shè)備，服役期間運(yùn)行參數(shù)來(lái)看，運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)其失效不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。

  4.補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)分析
  從外壓直埋式波紋管補(bǔ)償器縱向剖面看，相當(dāng)于一個(gè)受壓力的拱梁，工作時(shí)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)波紋管單波位移過(guò)大時(shí)，波紋平直部分傾斜，使得波紋管波峰直徑有縮小的趨勢(shì)，但波峰圓環(huán)直徑是確定的，為了協(xié)調(diào)變形，就會(huì)產(chǎn)生波峰塌陷，波紋管周向失穩(wěn)。在國(guó)內(nèi)外相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于位移對(duì)波紋管外壓周向穩(wěn)定性的影響均未涉及，有待于深入探討。
  5.腐蝕產(chǎn)物分析（需定量、定性分析）
  6.材質(zhì)及微觀金相分析（需定量、定性分析）
  三、分析結(jié)論
  1.波紋管補(bǔ)償器的爆損是由應(yīng)力腐蝕造成的，腐蝕主要來(lái)源于外部環(huán)境。一是流入管道的天然水、化學(xué)鹽水及污水，二是施工中所用的防水劑、防凍劑等。
  2.加工過(guò)程中所產(chǎn)生的形變馬氏體不僅對(duì)材料的組織和結(jié)構(gòu)，而且對(duì)材料力學(xué)性能和腐蝕行為產(chǎn)生明顯影響。形變馬氏體建立了一條對(duì)氯脆敏感途徑，成為應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展的活性通道。
  3. 304不銹鋼Ni元素含量影響組織的穩(wěn)定性，Cl-離子易導(dǎo)致形變馬氏體產(chǎn)生。
  4. 應(yīng)力是腐蝕的條件，特別是腐蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力，加快了腐蝕的速度。
  5.位移應(yīng)力對(duì)波紋管設(shè)計(jì)的影響不容忽視，另外，安裝時(shí)未預(yù)拉伸及設(shè)計(jì)參數(shù)接近設(shè)備極限，都是重要影響因素。

  四、解決方法
 （一）、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、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(rèn)識(shí)加工過(guò)程形變馬氏體對(duì)波紋管帶來(lái)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(yīng)力和受載應(yīng)力，推廣首選低波高，大波距的波紋管。
  3.改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，重新認(rèn)識(shí)多層和單層波紋管產(chǎn)品的優(yōu)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(fā)事故發(fā)生。同時(shí)，可以考慮在外壓式波紋管外增加密封裝置，一來(lái)可以減少介質(zhì)中的Cl-腐蝕，二來(lái)可以減少突發(fā)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(huán)境中波紋管合理的使用周期。在無(wú)腐蝕條件下對(duì)波紋管研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究應(yīng)力與腐蝕的關(guān)系，找到在一定Cl-離子濃度下應(yīng)力最佳值。
  5.適當(dāng)提高波紋管的安全系數(shù)，研究位移應(yīng)力對(duì)波紋管產(chǎn)品影響，提高抵御意外事件的能力。

 （二）、工程設(shè)計(jì)施工方面
  1.設(shè)計(jì)人員必須對(duì)波紋管補(bǔ)償器有足夠的了解和認(rèn)識(shí)，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(shè)計(jì)圖紙要求，并嚴(yán)格工程質(zhì)量檢測(cè)程序，確保工程質(zhì)量。
  3.施工中嚴(yán)禁使用含Cl-離子的材料，嚴(yán)禁使用含Cl-離子的施工方法（如鹽水防凍等）。
  4.嚴(yán)格選擇生產(chǎn)廠家，并派駐廠員仔細(xì)把握從材料、加工到貯運(yùn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。
  5.建立波紋管檔案，從設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)行管理各方面都有明確記錄。
  6.波紋管在生產(chǎn)、貯運(yùn)及安裝過(guò)程中應(yīng)盡量避免污染。通常應(yīng)貯存于陰涼干燥的庫(kù)房，不得已露天放時(shí)，須使外壓波紋管出口端向下（即按介質(zhì)方由上向下），避免污水流入而引起腐蝕。
 （三）、運(yùn)行管理方面
  1.認(rèn)真調(diào)查并掌握波紋管使用環(huán)境條件，主要是Cl-離子含量情況，以期對(duì)應(yīng)力腐蝕有清醒認(rèn)識(shí)。并努力創(chuàng)造符合波紋管條件的運(yùn)行環(huán)境。
  2.重新認(rèn)識(shí)運(yùn)行檢查波紋管的重要性。波紋管作為管網(wǎng)附件是免維護(hù)的，但并不等于是免檢查的，要切實(shí)加強(qiáng)對(duì)波紋管的檢查，對(duì)內(nèi)壓型波紋管（鉸鏈型、復(fù)式拉桿型）要定期進(jìn)行波紋管著色檢查；對(duì)外壓波紋管主要檢查有無(wú)浸泡、泄漏，對(duì)直接裸露或滴水處的波紋管要加以防護(hù)。
  3.建議每5年進(jìn)行一次腐蝕狀況的抽樣分析和各項(xiàng)性能的檢測(cè)。
  4.清潔管道中的水質(zhì)，排除其中的沉積污物，消除點(diǎn)蝕形成和擴(kuò)展的條件。
  5.開(kāi)展波紋管剩余疲勞壽命的研究，正確及時(shí)更換具有潛在危險(xiǎn)的波紋管補(bǔ)償器。同時(shí)也要研究出突發(fā)事故下的搶修預(yù)案。
  6.加強(qiáng)小室積水管理，從根本上解決夾層進(jìn)汽及腐蝕問(wèn)題。
  7.建議每年進(jìn)行一到二次管線切換運(yùn)行。
  8.特殊情況下，延長(zhǎng)送汽時(shí)間（與規(guī)程規(guī)定時(shí)間相比）。

  五、結(jié)束語(yǔ)
  直埋式波紋管補(bǔ)償器是對(duì)原材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工工藝和運(yùn)行管理諸方面都有明確要求的產(chǎn)品，有著其自身的使用條件及相應(yīng)要求，本文正是力圖通過(guò)波紋管補(bǔ)償器爆損的現(xiàn)象，歸納和總結(jié)這些條件和要求，以期更加合理地用好波紋管。通過(guò)對(duì)直埋式波紋管補(bǔ)償器爆裂破損各種現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析，希望能引起大家對(duì)這個(gè)問(wèn)題的重視，并不斷地完善之。直埋式波紋管補(bǔ)償器存在的問(wèn)題主要有波紋管的穩(wěn)定性及腐蝕。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)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，可以解決波紋管的穩(wěn)定性問(wèn)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(rèn)識(shí)波紋管補(bǔ)償器，才不再簡(jiǎn)單盲目地肯定或否定，使我們從容應(yīng)對(duì)。--大連熱電集團(tuán)有限公司供熱總公司生產(chǎn)技術(shù)部 王迪浩；大連熱電集團(tuán)有限公司北部供熱工程項(xiàng)目部  古振彥