預(yù)應(yīng)力塑料波紋管使用中的問(wèn)題
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管在使用當(dāng)中存在的問(wèn)題主要有預(yù)應(yīng)力塑料波紋管的穩(wěn)定性及腐蝕。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)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(wèn)題。
對(duì)于腐蝕問(wèn)題，可以通過(guò)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(jì)，阻斷腐蝕源;加強(qiáng)小室積水管理，這兩個(gè)方向解決。
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管使用中的問(wèn)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(yùn)行期間均有發(fā)生。管線試壓時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題主要有三種類型：由于管系臨時(shí)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(guò)量變形而失效;由于預(yù)應(yīng)力塑料波紋管設(shè)計(jì)所考慮的壓力或位移安全富裕度不夠，管線試壓時(shí)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(wèn)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(yùn)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(diǎn)腐蝕穿孔和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，其中氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂約占整個(gè)腐蝕失效的95%。預(yù)應(yīng)力塑料波紋管失穩(wěn)有強(qiáng)度失穩(wěn)和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)兩種類型，強(qiáng)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(jì)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(jì)主要考慮耐壓強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞性能等三個(gè)方面的因素。雖然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)EJM A標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這幾方面的計(jì)算和評(píng)定都有明確的規(guī)定，但從多年的應(yīng)用實(shí)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(jì)算和評(píng)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(shí)—個(gè)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品，在實(shí)際使用時(shí)也會(huì)出現(xiàn)—些問(wèn)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(yàn)時(shí)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(guò)大的變形不僅對(duì)其穩(wěn)定陛造成影響，還會(huì)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(bǔ)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(bǔ)償量越小。為了降低成本，提高單波補(bǔ)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(huì)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(qiáng)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(jì)算方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)可以看出，二者反映的均為強(qiáng)度問(wèn)題。當(dāng)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管設(shè)計(jì)的許用壽命較低時(shí)，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(duì)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(shí)，一個(gè)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(jì)壓力時(shí)，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(jì)壓力時(shí)，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(jì)壓力時(shí)，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(jì)壓力15倍時(shí)，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(gè)受壓力的拱粱，工作時(shí)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(guò)大時(shí)，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(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，預(yù)應(yīng)力塑料波紋管周向失穩(wěn)。
在國(guó)內(nèi)外相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于位移對(duì)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(guò)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(guò)低的設(shè)計(jì)疲勞壽命，將會(huì)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(duì)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(shí)現(xiàn)的。當(dāng)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管產(chǎn)生角變位時(shí)，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(gè)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(gè)方面
1、可靠性設(shè)計(jì)
a、材料選擇
對(duì)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(duì)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(jià)格比，優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)實(shí)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(guò)隨后的處理工藝(冷作硬化、熱處理等)獲得足夠的硬度和強(qiáng)度。
2)高彈性極限、抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)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(guò)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(hào)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(jià)格比較為優(yōu)良的材料。對(duì)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(shì)較低時(shí)，雨水或事故}生污水會(huì)浸泡預(yù)應(yīng)力塑料波紋管，應(yīng)考慮選用耐蝕性更強(qiáng)的材料，如鐵鎳合金、高鎳合金等。由于此類材料價(jià)格較高，在制造預(yù)應(yīng)力塑料波紋管時(shí)，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(méi)計(jì)
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(guò)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(yàn)和使用經(jīng)驗(yàn)，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(jì)時(shí)，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(duì)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(dú)吊裝;
除設(shè)計(jì)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(lái)調(diào)整管道的安裝偏差;
安裝過(guò)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(jī)械性損傷;
預(yù)應(yīng)力塑料波紋管所有活動(dòng)元件不得被外部構(gòu)件卡死或限制其活動(dòng)部位正常工作;
水壓試驗(yàn)用水須干凈、無(wú)腐蝕性，對(duì)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(guò)25x10，并應(yīng)及時(shí)排盡波紋中的積水等。
三、結(jié)語(yǔ)
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(guò)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(guò)低的設(shè)計(jì)疲勞壽命，將會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，必須引起重視起來(lái)。