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(zhǔn)和美國EJM A標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)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(yuǎn)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(dá)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(dá)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(dá)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(dá)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(zhǔn)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(jì)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(jìn)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(yán)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(yán)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。