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预应力塑料波纹管使用中的问题

来源:预应力塑料波纹管使用问 作者:预应力塑料波纹管 发布日期:2018-07-27

  预应力塑料波纹管在使用当中存在的问题主要有预应力塑料波纹管的稳定性及腐蚀。通过合理的设计预应力塑料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,可以解决预应力塑料波纹管的稳定性问题。

  对于腐蚀问题,可以通过合理的预应力塑料波纹管选材和预应力塑料波纹管结构设计,阻断腐蚀源;加强小室积水管理,这两个方向解决。

  预应力塑料波纹管使用中的问题

一、预应力塑料波纹管的失效类型及原因分析

  

1、失效类型的分析

  预应力塑料波纹管的失效在管线试压和运行期间均有发生。管线试压时出现问题主要有三种类型:由于管系临时支撑不当,或管系固定支架设置不合理,导致支架破坏,预应力塑料波纹管过量变形而失效;由于预应力塑料波纹管设计所考虑的压力或位移安全富裕度不够,管线试压时预应力塑料波纹管产生失稳变形失效;预应力塑料波纹管制造质量问题,制造厂偷工减料,5层私自改为3层或更少。

  预应力塑料波纹管在运行期间的失效主要表现为腐蚀泄漏和失稳变形两种形式,其中以腐蚀失效居多。从腐蚀失效预应力塑料波纹管的解剖分析发现,腐蚀失效通常允点腐蚀穿孔和应力腐蚀开裂,其中氯离子应力腐蚀开裂约占整个腐蚀失效的95%。预应力塑料波纹管失稳有强度失稳和结构失稳两种类型,强度失稳包括内外压预应力塑料波纹管平面失稳和外压预应力塑料波纹管周向失稳;结构失稳是内压预应力塑料波纹管的柱失稳。

  

2、设计疲劳寿命与稳定性及应力腐蚀的关系

  预应力塑料波纹管的设计主要考虑耐压强度、稳定性和疲劳性能等三个方面的因素。虽然国家标准和美国EJM A标准对这几方面的计算和评定都有明确的规定,但从多年的应用实践和预应力塑料波纹管失效分析中发现,标准中给出的关于稳定性的计算和评定方法不够全面,且疲劳寿命也仅给出了比较粗的界限范围(平均疲劳寿命在103~105适用)。有时—个完全符合标准要求的产品,在实际使用时也会出现—些问题。如内压轴向型预应力塑料波纹管预变位状态在压力试验时预应力塑料波纹管易产生平面失稳,大直径外压轴向型预应力塑料波纹管全位移工作状态预应力塑料波纹管易产生周向失稳,小直径复式拉杆型预应力塑料波纹管、铰链型预应力塑料波纹管全位移工作状态易产生柱失稳。预应力塑料波纹管过大的变形不仅对其稳定陛造成影响,还会为应力腐蚀提供有利的环境条件。

  a、预应力塑料波纹管疲劳寿命与其综合应力

  预应力塑料波纹管的补偿量取决于其疲劳寿命,疲劳寿命越高,预应力塑料波纹管单波补偿量越小。为了降低成本,提高单波补偿量,有些生产厂家将预应力塑料波纹管的许用疲劳寿命降得很低,这样会导致由位移引起的预应力塑料波纹管子午向弯曲应力很大,综合应力很高,大大降低了预应力塑料波纹管的稳定性。

  b、预应力塑料波纹管的综合应力与其耐压强度

  由标准中给出的预应力塑料波纹管平面稳定性和周向稳定性的计算方法和评定标准可以看出,二者反映的均为强度问题。当预应力塑料波纹管设计的许用寿命较低时,不仅其子午向综合应力较高,环向应力也比较高,使预应力塑料波纹管局部很快进入塑性变形,导致预应力塑料波纹管失稳。对于内压预应力塑料波纹管,位移应力在预应力塑料波纹管波峰和波谷处形成塑性铰,再加上压力应力,预应力塑料波纹管很快产生平面失稳。这就是低疲劳寿命预应力塑料波纹管在位移条件下平面失稳压力远低于高疲劳寿命的预应力塑料波纹管的根本原因。例如在预变位状态下,即预应力塑料波纹管位移量为许用值的1陀时,一个许用疲劳寿命为200次的预应力塑料波纹管,尚未达到其允许设计压力时,已经产生平面失稳;许用疲劳寿命为1000次的预应力塑料波纹管,达到设计压力时,预应力塑料波纹管处于平面稳定状态,达到1.5倍设计压力时,预应力塑料波纹管处于临界失稳状态;许用疲劳寿命为2000次的预应力塑料波纹管达到设计压力15倍时,预应力塑料波纹管仍处于平面稳定状态。从外压预应力塑料波纹管纵向剖面看,相当于一个受压力的拱粱,工作时预应力塑料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。当预应力塑料波纹管单波位移过大时,波纹平直部分倾斜,使得预应力塑料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,预应力塑料波纹管周向失稳。

  在国内外相应的标准中,关于位移对预应力塑料波纹管外压周向稳定性的影响均未涉及,有待于深人探讨。综上所述,虽然至今为止在热力管网的应用过程中尚未发现由疲萄而引起的破坏,但预应力塑料波纹管过低的设计疲劳寿命,将会导致灾难性的后果。

  c、预应力塑料波纹管位移与其柱稳定性。

  对于复式拉杆型和铰链型预应力塑料波纹管,横向位移是由预应力塑料波纹管角变位引起中间管段倾斜实现的。当预应力塑料波纹管产生角变位时,预应力塑料波纹管凸出侧承压面积大于凹陷侧承压面积,导致预应力塑料波纹管附加了—个横向力,较之轴向型预应力塑料波纹管更易产生柱失稳。显然预应力塑料波纹管单波位移越大,预应力塑料波纹管横向位移越大,越易产生柱失稳。

  

二、改善预应力塑料波纹管的可靠性的几个方面

  

1、可靠性设计

  a、材料选择

  对用于供热管网的预应力塑料波纹管的选材,除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外,还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等,并在此基础上结合预应力塑料波纹管材料的焊接、成型以及材料的|生能价格比,优选出经济实用的预应力塑料波纹管制作材料。

  一般情况下,选用预应力塑料波纹管的材料应满足下列条件:

  1)良好的塑性,便于预应力塑料波纹管的加工成形,且能通过随后的处理工艺(冷作硬化、热处理等)获得足够的硬度和强度。

  2)高弹性极限、抗拉强度和疲劳强度,保证预应力塑料波纹管正常工作。

  3)良好的焊接性能,满足预应力塑料波纹管在制作过程中的焊接工艺要求。

  4)较好的耐腐蚀性能,满足预应力塑料波纹管在不同环境下工作要求。大多数生产厂家都采用奥氏体不锈钢,如材料牌号为0Cd8N i9(相当于 304)、00CA9Nil0(相当于304L)、0Cd7NiM02(相当于316)、 00Crl7Ni4M02(相当于316L)。

  为了提高预应力塑料波纹管的耐蚀陛,现供热管网预应力塑料波纹管的用材多选用316或316L,这两种材料用于热力管网应该是性能价格比较为优良的材料。对于地沟敷设的热力管网,当预应力塑料波纹管所处管道地势较低时,雨水或事故}生污水会浸泡预应力塑料波纹管,应考虑选用耐蚀性更强的材料,如铁镍合金、高镍合金等。由于此类材料价格较高,在制造预应力塑料波纹管时,可以考虑仅在与腐蚀眭介质接触的表面增加一层耐蚀合金。

  b、疲劳寿命没计

  由预应力塑料波纹管的失效类型及原因分析可以看出,预应力塑料波纹管的平面稳定性、周向稳定性及耐腐蚀I生能均与其位移量即 疲劳寿命相关。过低的疲劳寿撇导致预应力塑料波纹管稳定性及耐蚀性能下降。根据试验和使用经验,用于供热工程的预应力塑料波纹管疲劳寿命应不小于 1000次。大多数预应力塑料波纹管的失效是由外部环境腐蚀造成的,因此在进行预应力塑料波纹管的结构设计时,可考虑隔绝外部腐蚀介质与预应力塑料波纹管的接触。如对于外压轴向型预应力塑料波纹管可在出口端环与出口管之间增加填料密封装置,其作用相当于套筒预应力塑料波纹管,既可抵挡外部腐蚀介质的侵入,又给预应力塑料波纹管增加了一道安全屏障,即使预应力塑料波纹管破坏,预应力塑料波纹管还可以起 到#lq黼l并避免预应力塑料波纹管失效。

  

2、保证安装质量

  预应力塑料波纹管不能承重,应单独吊装;

  除设计要求预拉伸或冷紧的预变形量外,严禁用使预应力塑料波纹管变形的方法来调整管道的安装偏差;

  安装过程不允许焊渣飞溅到预应力塑料波纹管表面和受到其他机械性损伤;

  预应力塑料波纹管所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动部位正常工作;

  水压试验用水须干净、无腐蚀性,对奥氏体不锈钢材质应严格控制水中氯离子含量不超过25x10,并应及时排尽波纹中的积水等。

  

三、结语

  综上所述,显然预应力塑料波纹管单波位移越大,预应力塑料波纹管横向位移越大,越易产生柱失稳。虽然至今为止在热力管网的应用过程中尚未发现由疲劳而引起的破坏,但预应力塑料波纹管过低的设计疲劳寿命,将会导致灾难性的后果,必须引起重视起来。

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